一种智能加油棒的制作方法

专利名称：一种智能加油棒的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络技术，特别涉及一种利用无线传感及网络技 术的智能加油才奉。
背景技术：
在各种娱乐活动中，娱乐活动组织者常常需要观众参与到娱乐活动中， 对娱乐表演者的表演才艺进行评价，以便评选最优的表演节目，同时，也有 助于增加现场气氛以及调动观众的参与热情。
现有技术中，娱乐活动组织者广泛使用加油棒或其他的观众手持装置， 例如，手持评分器以使观众参与到娱乐活动中，具体来说，观众在娱乐表演 活动中，可以通过使用加油棒上的按钮开关，使加油棒发出不同颜色/频率 的灯光、不同的声响来表明观众的参与热情以及对娱乐活动表演者表演的节 目的支持。
可见，现有的加油棒只具有灯光、声响等功能，而不具有与控制中心交 互的功能，进而无法通过加油棒对表演节目进行评选，影响了观众对表演节 目参与的热情。

发明内容
有鉴于此，本发明的一个主要目的在于提供一种智能加油棒，具有与控 制中心的交互功能。
为达到上述目的，本发明提供了一种智能加油棒，该智能加油棒包括加
油棒本体，还包括
固定于所述加油棒本体的加速度传感器，用于感测所述加油棒本体的加速 度，并输出模拟的加速度信息；调理采集模块，用于将模拟的加速度信息转换为数字信号； 主处理模块，用于从所述数字信号中获取所述加油棒本体的加速度幅值、 和/或振动频率，根据获取的加速度幅值、和/或振动频率以及预先设置的兴奋度
评估算法计算出兴奋度评估分值；
通讯模块，用于将所述兴奋度评估分值发送至外部的控制中心； 电源管理模块，用于为所述加速度传感器、调理采集模块、主处理模块、
以及通讯模块提供工作电源。
所述加速度信息为与加速度成线性关系的电压信号。 所述加速度传感器为三轴加速度传感器，用于感测所述加油棒本体在X轴、
Y轴、Z轴方向的加速度，并输出模拟的X轴、Y轴、Z轴方向的加速度信息。 所述调理采集模块包括低通滤波器以及A/D转换器，其中， 低通滤波器，用于对所述三轴加速度传感器输出的电压信号进行滤波； A/D转换器，用于对滤波后的电压信号进行采样，将模拟的滤波电压信号
转换为数字信号。
所述调理采集模块进一步包括高通滤波器，用于接收所述低通滤波器输 出的滤波电压信号，进行高通滤波后输出至所述A/D转换器。
所述调理采集模块进一步包括比较器以及频率计数器，其中，
比较器，用于接收高通滤波器输出的调理滤波电压信号，将调理滤波电压 信号转换为晶体管-晶体管逻辑TTL电平信号，输入至频率计数器；
频率计数器，用于对输入的TTL电平信号相邻的两个上升沿进4亍计时，将 计时得到的时间取倒数获取智能加油纟奉的振动频率。
所述主处理^^莫块包括
信号处理单元，用于接收调理采集模块输出的X轴、Y轴、Z轴数字信号， 进行峰-峰值计算分别得到各轴的最大峰-峰值，对得到的各轴的最大峰-峰值进 行平方和开根号运算，获取智能加油棒的加速度幅值；并对X轴、Y轴、Z轴 数字信号进行快速傅立叶变换FFT运算，获取各轴FFT运算后最大幅值对应的 相同频率值，将该相同频率值作为智能加油棒的加速度振动频率值；兴奋度评估算法单元，用于根据获取的加速度幅值、和/或振动频率值以及 预先设置的兴奋度评估算法计算兴奋度评估分值。
所述信号处理单元包括第一计算子单元、第二计算子单元、第三计算子
单元、以及第四计算子单元，其中，
第一计算子单元，用于接收调理采集模块输出的采样数字信号，在预先设
定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X轴、Y轴、Z轴的采样数字 信号进行峰-峰值计算分别得到各轴的最大峰-峰值；
第二计算子单元，用于对得到的各轴的最大峰-峰值进行平方和开根号运
算，获取智能加油棒的加速度幅值；
第三计算子单元，用于接收调理采集模块输出的采样数字信号，在预先设 定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X轴、Y轴、Z轴的采样数字 信号进行FFT运算，获取FFT运算后各轴最大幅值对应的频率值；
第四计算子单元，用于从各轴最大幅值对应的频率值中，获取各轴最大幅 值对应的相同频率值，将该相同频率值作为智能加油棒的加速度振动频率值。
所述主处理模块进一步包括连接触发单元，用于在上电时通知通信模块 建立与所述控制中心的无线连接，并在通信模块建立无线连接后，触发加速度 传感器开始采集。
所述通讯模块进一步用于在与所述控制中心建立无线连接后，并从所述控 制中心获取标识身份识别能力的标识地址。
所述通讯模块进一步用于在与所述控制中心断开无线连接后，通知连接触 发单元、并监测与所述控制中心的通信状态、以待无线连接恢复；
连接触发单元进一步用于在无线连接断开后，触发加速度传感器停止采集。
连接触发单元进一步用于在所述通讯模块与所述控制中心断开无线连接 后，判断计算得到的兴奋度评估分值是否大于预先设定的兴奋度评估阈值，如 果大于，控制通信模块向所述控制中心发送建立网络连接指令恢复无线通信连 接。
所述加油棒本体进一步包括具有物理按键的兴奋度评估分值按键单元，所述主处理模块进一步包括兴奋度评估分值按键响应单元，用于在观众按下 兴奋度评估分值按键后，发送采集开始控制信号，触发加速度传感器开始采集； 接收信号处理单元输出的兴奋度评估分值，如果兴奋度评估分值小于或等于预 先设定的兴奋度评估阈值，发送采集结束控制信号，触发加速度传感器停止采 集。
所述加油棒本体进一步包括具有物理按键的兴奋度评估分值开始4姿键单 元及兴奋度评估分值结束按键单元，所述主处理模块进一步包括兴奋度评估 分值开始按键响应单元以及兴奋度评估分值结束按键响应单元，
兴奋度评估分值开始按键响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值开始 ^4建后，发送采集开始控制信号，触发加速度传感器开始采集；
兴奋度评估分值结束按键响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值结束 按^:后，发送采集结束控制信号，触发加速度传感器停止采集。
进一步包括灯光/声响控制模块，用于根据从主处理模块接收的兴奋 度评估分值，与存储的主处理模块输出的前一次兴奋度评估分值进行比较， 控制智能加油棒的灯光/声响进行相应变化。
由上述的技术方案可见，本发明提供的智能加油棒，固定于加油棒本体 的加速度传感器感测所述智能加油棒本体的加速度，并输出模拟的加速度信 息；调理采集模块将所述加速度传感器输出的模拟的加速度信息转换为数字 信号；主处理模块从所述数字信号中获取所述加油棒本体的加速度幅值、和 /或振动频率，根据获取的加速度幅值、和/或振动频率以及预先设置的兴奋 度评估算法计算兴奋度评估分值；通讯模块将所述主处理模块计算得到的兴 奋度评估分值发送至外部的控制中心；电源管理模块，用于为所述加速度传 感器、调理釆集模块、主处理模块以及通讯模块提供工作电源。由于智能加 油棒内置加速度传感器、通讯模块以及兴奋度评估算法，可以实时采集观众 的兴奋信息并进行处理，与控制中心实现交互，从而实时通过加油棒对表演 节目进行评选、准确反映观众在娱乐活动中的兴奋感觉，提高了观众参与的 热情。


图1为本发明智能加油棒平面结构示意图2为本发明智能加油棒第一结构示意图； 图3为本发明智能加油棒第二结构示意图4为本发明实施例图1和图2中所示的兴奋度评估算法单元结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体 实施例对本发明作进 一 步地详细描述。
本发明提供的智能加油棒，利用三轴加速度传感器感测智能加油棒X、 Y 、 Z三维空间的振动加速度信息，在控制中心设置的参与兴奋度评估分值 的时间长度内，根据各轴的加速度信号计算得出该时间长度内的加速度幅度 及振动频率值，然后根据设定的评估分值计算方法计算兴奋度评估分值并发 送至控制中心。
图1为本发明智能加油棒平面结构示意图，参见图1,该智能加油棒包 括加油棒本体、加速度传感器、调理采集模块、主处理模块、通讯模块、 电源管理模块，其中，
加速度传感器，固定于加油棒本体，用于感测智能加油棒的加速度信息， 并将感测信息输出至调理采集模块；
较佳地，在加油棒内设置三轴加速度传感器，当观众晃动加油棒时，三 轴加速度传感器分别感测三个方向(三轴X轴、Y轴、Z轴)的模拟加速 度信息，输出与加速度成线性关系的电压信号。
调理采集模块，用于对加速度传感器输出的模拟加速度信息进行调理滤 波、采样，将模拟的加速度信息转换为数字信号，输出至主处理模块；
本实施例中，调理采集模块包括低通滤波器以及A/D转换器，其中，
低通滤波器，用于对加速度传感器输出的采集信号进行滤波；实际应用中，观众在晃动智能加油^奉时，晃动的频率一般在10Hz以下， 因此，可以设置该低通滤波器的截止频率为10Hz。
确定低通滤波器的截止频率后，可以根据如下公式选择低通滤波器相关
参数
巧=丄
式中，《为低通滤波器截止频率，/ 为等效电阻，C为等效电容。 A/D转换器，用于对滤波后的采集信息进行采样，将模拟的采集信息 转换为数字信号。
实际应用中，使用的加速度传感器可能具有零赫兹响应特性，这种类型 的加速度传感器可以测出重力加速度，从而对加速度传感器输出的电压信号 带来误差，影响后续的观众兴奋度评估，因而，在本发明实施例中，还可以 设置高通滤波器，用于接收低通滤波器输出的电压信号，进行高通滤波，以 滤除加速度传感器感测的重力加速度产生的直流电压分量，将进行高通滤波 后的电压信号输出至A/D转换器。
高通滤波器的截止频率可以设置到接近于0Hz,本实施例中，考虑高通 滤波器的滤波性能，可设置高通滤波器的截止频率为0.5Hz。
主处理模块，用于接收A/D转换器输出的数字信号，获取智能加油棒 的加速度幅值、和/或智能加油棒振动频率，根据获取的加速度幅值、和/ 或振动频率以及预先设置的兴奋度评估算法计算兴奋度评估分值，将计算出 的兴奋度评估分值输出至通讯模块；
获取智能加油棒的加速度幅值、和/或智能加油棒振动频率的流程如下
三轴加速度传感器采集的X、 Y、 Z三个方向的加速度信息，经A/D转 换后，输出的X方向的数字信号对应加油棒的X轴加速度幅值、Y方向的 数字信号对应加油棒的Y轴加速度幅值、Z方向的数字信号对应加油^f奉的Z 轴加速度幅值，在预先设定的时间周期内，分别对X轴、Y轴、Z轴的加速 度幅值进行峰-峰值计算分别得到各轴的最大峰-峰值《p、《_p、 a",然后对计算获取的各轴最大峰-峰值进行平方和获取平方和的各轴最大峰-峰值
((";-》2+ 》2+(";)2)，最后对平方和的各轴最大峰-峰值进行平方根运算 V(O(O(";-》2,获取智能加油棒在预先设定的时间周期内的加速度
幅值。当然，也可以通过其他的方式获取加速度幅值，具体可参考相关的文 献，在此不再赘述。
本实施例中，峰-峰值计算方法为
以经A/D转换后输出的X方向的数字信号为例，在预先设定的参与兴 奋度评估分值的时间长度内，设采样后的采样点为 《，a …，(T1 , 在所有的采
样点内找到相邻的最大值和最小值比较该采样点中连续的5个采样点，如 果满足"、'、^《^卜a、 —^ ，则取flT为预先设定的参与兴奋度评估分值的时
一2 ,-I i i+J f+2 i
间长度内的最大值；如果满足 则取^为预先设定的参
i一2 M i (+1 i+2 i
与兴奋度评估分值的时间长度内的最小值，将获取的最大值与最小值相减得 到X轴的峰-峰值a",然后在获取的X轴的峰-峰值中找出X轴的最大峰-峰值。
当然，实际应用中，也可以采用其他的峰-峰值计算方法，例如，利用 快速傅利叶变换(FFT, Fast Fourier Transform )算法计算每个频率点上的幅 值，找出最大的幅值，最大幅值的两倍为峰-峰值。
同样地，在预先设定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X 轴、Y轴、Z轴的加速度幅值时域信号进行FFT运算，获取各轴FFT运算 后最大幅值对应的相同频率值，将该相同频率值作为智能加油棒的加速度振 动频率值。具体来说，取其中一轴(例如，X轴)数字信号进行FFT运算后 最大幅值对应的第一频率值，如果其它两轴(例如，Y轴、Z轴)数字信号 进行FFT运算后在该第一频率值下分别对应的幅值最大，则该第一频率值 为智能加油棒的加速度振动频率值；否则，取最大幅值对应的第二频率值， 直至其它两轴数字信号进行FFT运算后在该第二频率值下对应的幅值最大， 将该第二频率值为智能加油棒的加速度振动频率值。实际应用中，为了进一步降低整个智能加油棒的功耗，也可以由控制中 心在表演节目进行的时间内，根据实际需要，设置加速度传感器的起始工作 时间以及结束时间，使得加速度传感器、调理采集模块、主处理模块、通讯 模块在设置的时间内工作，并统计该时间段内的加速度幅值以及振动频率 值。
兴奋度评估算法根据获取的加速度幅值、和/或，振动频率，计算获取
兴奋度评估分值，算法的原则是加速度幅值、和/或，振动频率越大，表 明观众的热情越高，表演者表演的节目也越精彩，因而兴奋度评估分值越高。
兴奋度评估分值可以是根据获取的加速度幅值或振动频率计算，也可以 是根据获取的加速度幅值和振动频率进行加权计算。例如，可以根据幅值的 大小、和/或，频率的快慢确定兴奋度评估分值算法，当加速度幅值、和/ 或，振动频率小于或等于预先设定的兴奋度评估阈值时，表明观众对表演的 该节目不感兴趣或节目处于间歇阶段，主处理模块控制不执行兴奋度评估分 值计算，当加速度幅值、和/或，振动频率大于或等于预先设定的最大兴奋 度评估阈值时，表明观众对表演的该节目非常感兴趣，主处理模块将兴奋度 评估分值设置为满分或设定的最大兴奋度评估分值。
通讯模块，用于将接收的兴奋度评估分值发送至控制中心；
本实施例中，通讯4莫块可以采用有线或无线的方式进行通信，以无线通 信为例，无线通讯模块采用具有低成本、低功耗、网络容量大的IEEE802.15.4 短距离无线通讯标准，通过印制电路板天线进行传输，其无线传输拓朴结构 采用星型、树状或网状结构。
控制中心为每个通讯模块(智能加油棒)分配用于标识身份识别能力的 唯一标识(ID， Identification)地址，从而在表演节目活动的进行中，识别 出参与活动的不同观众，该ID地址可以通过控制中心上的软件进行设置， 例如，通过软件将ID地址设置为容易统计的对应数字编码，当通讯模块与 控制中心建立无线连接时，控制中心将ID地址分配给该通讯模块；并可以 在表演活动结束后，收回分配给通讯模块的ID地址，以供下一次表演活动使用。
进一步地，考虑到在表演节目的间歇阶段，观众可能会将智能加油棒放 置于地面或其他影响智能加油棒无线连接的位置，因而造成在表演节目开始 时智能加油棒与控制中心还处于无线连接中断的状态中，本发明实施例中， 可以通过主处理模块对加速度传感器的输出值进行判断并控制通讯模块与
控制中心建立无线连接，建立过程如下当观众将智能加油棒放置于地面或 其他影响智能加油棒无线连接的位置时，主处理模块计算得到的兴奋度评估 分值，或接收的来自加速度传感器的电压信号很小并基本维持不变；当观众 在表演节目开始举起智能加油棒晃动(在无线通讯技术领域，该姿势通常为 最佳通讯状态)时，主处理模块计算得到的兴奋度评估分值，或接收的来自 加速度传感器的电压信号变化较大，因而，主处理模块通过判断计算得到的 兴奋度评估分值，或接收的来自加速度传感器的电压信号是否达到 一定的阈 值，如果达到，控制无线通信模块向控制中心发送建立网络连接指令恢复无 线通信连接。
控制中心接收兴奋度评估分值后，进行相应的处理，并将相应处理结果 进行显示，例如，对兴奋度评估分值进行累加、或者，统计参与评分的观众 人数以及兴奋度评估分值的平均值、兴奋度评估分值的均方差等，上述处理 为本领域公知常识，在此不再赘述。
电源管理模块，用于为加速度传感器、调理采集模块、主处理模块以及 通讯模块提供工作电源。
电源管理模块管理整个智能加油棒的能量供应，可以分为电源单元和稳 压单元，其中，
电源单元，用于提供供电电压；
电源单元可以为一次性干电池或可充电电池并设置有电源开关。较佳 地，当电源单元4吏用可充电电池时，电源单元内部设计有充电管理电路，用 于接入外部电源，对内置的可充电电池进行充电。
稳压单元，用于将电源单元输出的供电电压分别稳定在加速度传感器、调理采集模块、主处理模块以及通讯模块需要的工作电压上。
进一步地，该智能加油棒还可以包括灯光/声响控制模块，用于根据 从主处理模块接收的兴奋度评估分值，控制智能加油棒的灯光/声响进行相 应的变4匕。
实际应用中，灯光/声响控制模块接收主处理模块输出的兴奋度评估分 值，与存储的主处理模块输出的前一次兴奋度评估分值进行比较，如杲差值 大于预先设定的调整阈值，则调高灯光亮度/声响强度，使得智能加油棒随 着观众的兴奋程度实时变化。
在图1中，灯光/声响控制模块以控制模块、发光管以及喇叭表示。 下面对观众使用图1所示的智能加油棒参与娱乐活动的流程进行说明。 参与娱乐活动现场的每个观众事先获取活动规则，例如，观众参与兴奋 度评估分值的时间间隔周期、参与兴奋度评估分值的时间长度、评估分值的 计算方法等，在智能加油棒与控制中心建立无线连接后，控制中心控制软件 将设置的兴奋度评估分值的时间间隔周期、参与兴奋度评估分值的时间长度 发送至智能加油棒，或者，还可以将设置的评估分值的计算方法发送至智能
加油棒进行更新或安装；当然，也可以让观众通过智能加油棒本体上面的按 键启动进行评估分值或结束进行评估分值，这样，当观众从启动按键到按下 结束按键的时间大于控制中心设置的参与评估分值的时间长度时，对于超出 的评估分值不予考虑。智能加油棒在每个参与兴奋度评估分值的时间长度 内，计算观众晃动智能加油棒的幅值和频率，根据设置的评估分值计算方法 获取兴奋度评估分值，发送至控制中心，控制中心的控制软件进行统计，通 常在参与兴奋度评估分值的时间长度内对观众发送的兴奋度评估分值进行 简单的累加，然后除以参与活动的观众人数，就可以得到平均兴奋度评估分 值，并可以将例如参与的观众人数、平均兴奋度评估分值、不同的冷热场场 景模式等相关参数显示在大屏幕或数码管上。此外，由于每个智能加油棒具 有独立的ID地址，控制中心还可以对参与活动的观众进行分组，并统计出 各组观众的平均兴奋度评估分值，作为竟赛的评判标准之一 。由上述实施例可见，本发明的智能加油棒，通过加速度传感器感测智能 加油棒的实时加速度信息，经调理采集模块的调理滤波、采样、模/数转换 后，输出至主处理模块，主处理器模接收输出的数字信号，获取智能加油棒 的加速度幅值、和/或，智能加油棒振动频率，根据获取的加速度幅值、和/ 或，振动频率以及预先设置的兴奋度评估算法计算兴奋度评估分值，将计算 出的兴奋度评估分值通过通讯模块发送至控制中心，从而实现与控制中心的 交互，实时反映了观众在娱乐活动中的兴奋感觉，并对娱乐活动进行实时评 分；同时，兴奋度评估分值功能全面，可以反映观众细微真实的兴奋感觉， 因而提高了观众参与娱乐活动的热情。进一步地，该智能加油棒内设置的灯 光/声响控制模块，还可以根据从主处理模块接收的兴奋度评估分值，并与 存储的主处理模块输出的前一次兴奋度评估分值进行比较，根据比较结果控 制智能加油棒的灯光/声响进行相应的变化，使得智能加油棒的灯光/声响随 着观众的兴奋程度实时变化，通过灯光/声响的实时变化，直接反映观众参 与娱乐活动的热情。
基于图1，下面举三个实施例，对本发明智能加油棒的具体实施方式
进 4亍-洋细j兌明。
实施例一
图2为本发明智能加油棒第一结构示意图，参见图2,该智能加油棒包 括加油棒本体、电容加速度传感器、调理采集模块、主处理模块、无线通 讯模块、灯光/声响控制模块以及电源管理模块，其中，
电容加速度传感器，固定于加油棒本体，用于感测智能加油棒本体的加 速度信息，并将采集的模拟加速度信息输出至调理采集模块；
实际应用中，电容加速度传感器可以是在智能加油棒一上电的时候即开 始采集智能加油棒本体的加速度信息，感测加油棒本体在X轴、Y轴、Z轴 方向的加速度；也可以是为了减少耗电功耗，在接收到主处理模块发送的采 集开始控制信号后，触发采集智能加油棒本体的加速度信息，并在接收到主 处理模块发送的采集结束控制信号后，停止采集智能加油棒本体的加速度信自
调理采集模块，包括X轴信号低通滤波器、X轴信号高通滤波器、X 轴信号A/D转换器、Y轴信号低通滤波器、Y轴信号高通滤波器、Y轴信 号A/D转换器、Z轴信号低通滤波器、Z轴信号高通滤波器、Z轴信号A/D 转换器；其中，
电容加速度传感器输出的X轴采集信号，经过X轴信号低通滤波器进 行调理滤波，去除高频噪声信号、再通过X轴信号高通滤波器进行调理滤 波，去除电容加速度传感器X轴的直流分量，输出至X轴信号A/D转换器， X轴信号A/D转换器将经过调理滤波后的模拟信号进行采样，转换为数字 信号，输出至主处理模块。
采样率可以根据实际需要确定，例如，本发明实施例中，采样率可以设 置为每秒100个采样点。
电容加速度传感器输出的Y轴采集信号以及Z轴采集信号的处理与X 轴采集信号处理相同，在此不再赘述。
主处理模块，包括信号处理单元、兴奋度评估算法单元，其中，
信号处理单元，用于分别接收X轴信号A/D转换器、Y轴信号A/D转 换器以及Z轴信号A/D转换器输出的数字信号，获取智能加油棒的加速度 幅值、和/或，智能加油棒振动频率；
兴奋度评估算法单元，用于根据获取的加速度幅值、和/或，振动频率 以及预先设置的兴奋度评估算法计算兴奋度评估分值，将计算出的兴奋度评 估分值输出至无线通讯模块以及灯光/声响控制模块；
如前所述，如果电容加速度传感器接收主处理模块发送的采集开始控制 信号/采集结束控制信号触发采集/停止采集，则主处理模块进一步包括连接 触发单元，用于在上电时通知无线通信模块建立与控制中心的无线连接，并 在建立连接后，发送采集开始控制信号，触发电容加速度传感器开始采集； 接收兴奋度评估算法单元输出的兴奋度评估分值，如果兴奋度评估分值小于 或等于预先设定的兴奋度评估阈值，发送采集结束控制信号，触发电容加速度传感器停止采集。或者，用于在通讯模块与控制中心断开无线连接后，判 断计算得到的兴奋度评估分值是否大于预先设定的兴奋度评估阁值，如果大 于，控制通信模块向控制中心发送建立网络连接指令恢复无线通信连接。
连接触发单元也可以根据从兴奋度评估算法单元接收计算好的智能加 油棒的加速度幅值、和/或，智能加油棒振动频率，确定是否需要电容加速 度传感器采集。
此外，还可以在加油棒本体上设置具有物理按键的兴奋度评估分值按键 单元，相应地，在主处理模块中设置兴奋度评估分值按键响应单元，用于在 观众按下兴奋度评估分值按键后，发送采集开始控制信号，触发加速度传感
器开始采集；接收信号处理单元输出的兴奋度评估分值，如果兴奋度评估分 值小于或等于预先设定的兴奋度评估阈值，发送采集结束控制信号，触发加 速度传感器停止采集，并在观众重新按下兴奋度评估分值按键后，重新发送 采集开始控制信号；或者，
在加油棒本体上设置具有物理按键的兴奋度评估分值开始按键单元及
兴奋度评估分值结束按键单元，相应地，在主处理模块中分别设置兴奋度评 估分值开始按键响应单元以及兴奋度评估分值结束按键响应单元，
兴奋度评估分值开始按键响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值开始 按键后，发送采集开始控制信号，触发加速度传感器开始采集；
兴奋度评估分值结束按键响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值结 束按键后，发送采集结束控制信号，触发加速度传感器停止采集。
实际应用中，为了减少观众短时间内不晃动智能加油棒而导致的电容加 速度传感器停止采集的现象，连接触发单元可以在大于或等于预先设定的参 与兴奋度评估分值的时间长度内，如果接收的所有兴奋度评估分值都小于预 先设定的兴奋度评估阈值，才发送采集结束控制信号，触发电容加速度传感 器停止采集。
无线通讯模块，用于将接收的兴奋度评估分值发送至控制中心； 本实施例中，无线通讯模块接收主处理模块的通知，从控制中心获取ID地址，建立与控制中心的无线连接；在与控制中心失去无线连接后，自动进 入睡眠状态并通知主处理模块发送采集结束控制信号，后续中继续监测与控 制中心的通信状态，监测的手段可参见相关技术文献，例如，可以是每隔预 定的时间周期发送信令，如果在预定的时间内接收到娱乐活动中心返回的相 应响应，重新发起进行无线连接，当与控制中心恢复无线连接时，通知主处 理模块发送采集开始控制信号。
当然，实际应用中，如前所述，也可以是电容加速度传感器一直采集智 能加油棒的加速度信息，当主处理模块通过判断计算得到的兴奋度评估分值 是否达到预先设定的兴奋度评估阈值，或者，电容加速度传感器的输出值是 否达到一定的阈值，如果达到，控制无线通信模块向控制中心发送建立网络 连接指令恢复无线通信连接。
电源管理模块，用于分别为电容加速度传感器、调理采集模块、主处理 模块、无线通讯模块以及灯光/声响控制模块提供工作电压。
实施例二
图3为本发明智能加油棒第二结构示意图，参见图3,该智能加油棒包 括加油棒本体、电容加速度传感器、调理采集模块、主处理模块、无线通 讯模块、灯光/声响控制模块以及电源管理模块，其中，加油棒本体、电容 加速度传感器、主处理模块、无线通讯模块、灯光/声响控制模块以及电源 管理模块与图2中相应模块结构、功能相同，调理采集模块中的低通滤波器、 高通滤波器也与图2中调理采集模块中相应模块结构、功能相同，与图2不 同的是，本实施例中，调理采集模块中的每个高通滤波器输出两路信号，一 路信号直接输出至A/D转换器，另一路信号经比较器输出至频率计数器， 其中，
比较器，用于接收高通滤波器输出的调理滤波信号，将调理滤波信号转 换为晶体管-晶体管逻辑(TTL, Transistor- Transistor Logic )电平信号，输 入至频率计数器；
频率计数器，用于对输入的TTL电平信号相邻的两个上升沿进行计时，将计时得到的时间取倒数获取加速度信息的频率，输出至主处理模块。
本实施例中，主处理模块的频率计数输入管脚在预先设定的时间周期
内，对输入的频率进行计数，获取智能加油棒振动频率。
所应说明的是，主处理模块通过比较器以及频率计数器获取智能加油棒
振动频率与前述图1和图2通过FFT方法获耳又智能加油4奉振动频率为两种 不同的方法，相比较先对加速度传感器的输出信号进行采样，然后进行FFT 运算，计算出信号频率的FFT方法，该频率计数方法将加速度传感器每个 通道的输出信号通过整流电路整流为TTL电平信号，再对该TTL电平信号 进行计时，然后计算出TTL电平信号的频率，实现较为简单，不需要进行 复杂的运算，但只能计算出主频率而不能求出加速度信号中所有的频率分 量。
实施例三
图4为本发明实施例图1和图2中所示的主处理模块结构示意图，参见 图4,该主处理模块包括信号处理单元以及兴奋度评估算法单元，其中， 信号处理单元包括加速度幅值计算子单元、加速度幅值平方和开根号计算子 单元、加速度频率计算子单元、加速度频率主频查找算法子单元，其中，
加速度幅值计算子单元，用于接收调理采集模块输出的采样数字信号， 在预先设定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X轴、Y轴、Z轴 的采样数字信号进行峰-峰值计算分别得到各轴的最大峰-峰值；
加速度幅值平方和开根号计算子单元，用于对得到的各轴的最大峰-峰 值进行平方和开根号运算，获取智能加油棒的加速度幅值；
加速度频率计算子单元，用于接收调理采集模块输出的采样数字信号， 在预先设定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X轴、Y轴、Z轴 的采样数字信号进行FFT运算，获取FFT运算后各轴最大幅值对应的频率 值；
加速度频率主频查找算法子单元，用于从各轴最大幅值对应的频率值 中，获取各轴最大幅值对应的相同频率值，将该相同频率值作为智能加油棒的加速度振动频率值；
兴奋度评估算法单元，用于根据获取的加速度幅值、振动频率值以及预 先设置的兴奋度评估算法，计算获取兴奋度评估分值。
由上述实施例可见，本发明提供的智能加油棒，通过利用三轴加速度传 感器测量智能加油棒本体的晃动信息，智能加油棒本体的晃动程度与观众的
兴奋度密切相关，可以准确反映观众参与活动的兴奋程度；三轴加速度传感 器采集X、 Y 、 Z三维空间的振动加速度信息，在控制中心设置的参与兴奋 度评估分值的时间长度内，分别对各轴的加速度信号进行峰-峰值计算，取 各轴峰-峰值的平方和，再进行平方根运算，得出该时间长度内的加速度幅 度；在同样的参与评估分值的时间长度内，对测得的各轴加速度时域信号分 别进行FFT运算，获取各轴FFT运算后最大幅值对应的相同频率值，将该 相同频率值作为智能加油棒在该时间长度内的加速度振动频率值，然后根据 设定的评估分值计算方法计算兴奋度评估分值。控制中心在整个节目进行的 时间内(可以设置开始结束时间)，统计各个时间周期的兴奋度评估分值， 进行累加后平均，得出平均兴奋度评估分值，实现了智能加油棒与控制中心 的交互，由于智能加油棒内置兴奋度评估算法，采集统计了观众在整个节目 过程中大量的振动数据，使得评估的分值准确。然后，将获取的平均兴奋度 评估分值通过无线网络发送至控制中心，可以避免对大量加速度时域信号的 无线传输，降低了无线网络的流量负荷，提高了无线网络连接的可靠性以及 无线网络的节点(加油棒)容量。同时，无线网络使用IEEE802.15.4无线传 感器网络协议，功耗低、支持数量庞大的节点(加油棒)，并通过主处理模 块判断计算得到的加速度传感器的输出值达到一定的阈值时，快速恢复与控 制中心的无线通信连接，提高了无线网络的响应时间以及鲁棒性。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种智能加油棒，包括加油棒本体，其特征在于，该智能加油棒还包括固定于所述加油棒本体的加速度传感器，用于感测所述加油棒本体的加速度，并输出模拟的加速度信息；调理采集模块，用于将模拟的加速度信息转换为数字信号；主处理模块，用于从所述数字信号中获取所述加油棒本体的加速度幅值、和/或振动频率，根据获取的加速度幅值、和/或振动频率以及预先设置的兴奋度评估算法计算出兴奋度评估分值；通讯模块，用于将所述兴奋度评估分值发送至外部的控制中心；电源管理模块，用于为所述加速度传感器、调理采集模块、主处理模块、以及通讯模块提供工作电源。
2、 如权利要求1所述的智能加油棒，其特征在于，所述加速度信息为与加 速度成线性关系的电压信号。
3、 如权利要求1或2所述的智能加油棒，其特征在于，所述加速度传感器 为三轴加速度传感器，用于感测所述加油一奉本体在X轴、Y轴、Z轴方向的加 速度，并输出模拟的X轴、Y轴、Z轴方向的加速度信息。
4、 如权利要求3所述的智能加油棒，其特征在于，所述调理采集模块包括 低通滤波器以及A/D转换器，其中，低通滤波器，用于对所述三轴加速度传感器输出的电压信号进行滤波； A/D转换器，用于对滤波后的电压信号进行采样，将模拟的滤波电压信号 转换为数字信号。
5、 如权利要求4所述的智能加油棒，其特征在于，所述调理采集模块进一 步包括高通滤波器，用于接收所述低通滤波器输出的滤波电压信号，进行高 通滤波后输出至所述A/D转换器。
6、 如权利要求5所述的智能加油棒，其特征在于，所述调理采集模块进一 步包括比较器以及频率计数器，其中，比较器，用于接收高通滤波器输出的调理滤波电压信号，将调理滤波电压信号转换为晶体管-晶体管逻辑TTL电平信号，输入至频率计数器；频率计数器，用于对输入的TTL电平信号相邻的两个上升沿进行计时，将 计时得到的时间取倒数获取智能加油棒的振动频率。
7、 如权利要求3所述的智能加油棒，其特征在于，所述主处理模块包括 信号处理单元，用于接收调理采集模块输出的X轴、Y轴、Z轴数字信号，进行峰-峰值计算分别得到各轴的最大峰-峰值，对得到的各轴的最大峰-峰值进行平方和开根号运算，获取智能加油棒的加速度幅值；并对X轴、Y轴、Z轴 数字信号进行快速傅立叶变换FFT运算，获取各轴FFT运算后最大幅值对应的 相同频率值，将该相同频率值作为智能加油棒的加速度振动频率值；兴奋度评估算法单元，用于根据获取的加速度幅值、和/或振动频率值以及 预先设置的兴奋度评估算法计算兴奋度评估分值。
8、 如权利要求7所述的智能加油棒，其特征在于，所述信号处理单元包括 第一计算子单元、第二计算子单元、第三计算子单元、以及第四计算子单元，其中，第一计算子单元，用于接收调理采集;f莫块输出的采样^:字信号，在预先设 定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X轴、Y轴、Z轴的采样数字 信号进行峰-峰值计算分别得到各轴的最大峰-峰值；第二计算子单元，用于对得到的各轴的最大峰-峰值进行平方和开根号运算，获取智能加油棒的加速度幅值；第三计算子单元，用于接收调理采集模块输出的采样数字信号，在预先设 定的参与兴奋度评估分值的时间长度内，分别对X轴、Y轴、Z轴的采样数字 信号进行FFT运算，获取FFT运算后各轴最大幅值对应的频率值；第四计算子单元，用于从各轴最大幅值对应的频率值中，获取各轴最大幅 值对应的相同频率值，将该相同频率值作为智能加油棒的加速度振动频率值。
9、 如权利要求7所述的智能加油棒，其特征在于，所述主处理模块进一步 包括连接触发单元，用于在上电时通知通信模块建立与所述控制中心的无线连接，并在通信模块建立无线连接后，触发加速度传感器开始采集。
10、 如权利要求9所述的智能加油棒，其特征在于，所述通讯模块进一步 用于在与所述控制中心建立无线连接后，并从所述控制中心获取标识身份识别 能力的标识地址。
11、 如权利要求IO所述的智能加油棒，其特征在于，所述通讯模块进一步 用于在与所述控制中心断开无线连接后，通知连接触发单元、并监测与所述控制中心的通信状态、以待无线连接恢复；连接触发单元进一步用于在无线连接断开后，触发加速度传感器停止采集。
12、 如权利要求IO所述的智能加油棒，其特征在于，连接触发单元进一步 用于在所述通讯模块与所述控制中心断开无线连接后，判断计算得到的兴奋度 评估分值是否大于预先设定的兴奋度评估阈值，如果大于，控制通信模块向所 述控制中心发送建立网络连接指令恢复无线通信连接。
13、 如权利要求7所述的智能加油棒，其特征在于，所述加油棒本体进一 步包括具有物理按键的兴奋度评估分值按键单元，所述主处理模块进一步包 括兴奋度评估分值按4A响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值按4t后， 发送采集开始控制信号，触发加速度传感器开始釆集；接收信号处理单元输出 的兴奋度评估分值，如果兴奋度评估分值小于或等于预先设定的兴奋度评估阈 值，发送采集结束控制信号，触发加速度传感器停止采集。
14、 如权利要求7所述的智能加油棒，其特征在于，所述加油棒本体进一 步包括具有物理按键的兴奋度评估分值开始按键单元及兴奋度评估分值结束 按键单元，所述主处理模块进一步包括兴奋度评估分值开始按键响应单元以 及兴奋度评估分值结束按键响应单元，兴奋度评估分值开始掩建响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值开始 按键后，发送采集开始控制信号，触发加速度传感器开始采集；兴奋度评估分值结束按4定响应单元，用于在观众按下兴奋度评估分值结束 按键后，发送采集结束控制信号，触发加速度传感器停止采集。
15、 如权利要求1或2所述的智能加油棒，其特征在于，进一步包括灯光/声响控制模块，用于根据从主处理模块接收的兴奋度评估分值，与存储的主 处理模块输出的前一次兴奋度评估分值进行比较，控制智能加油棒的灯光/声响 进4亍相应变4匕。
全文摘要
本发明公开了一种智能加油棒，固定于加油棒本体的加速度传感器采集智能加油棒本体的模拟加速度信息；调理采集模块将模拟的加速度信息转换为数字信号；主处理模块用于从所述数字信号中获取所述加油棒本体的加速度幅值、和/或振动频率，根据获取的加速度幅值、和/或振动频率以及预先设置的兴奋度评估算法计算出兴奋度评估分值；通讯模块将主处理模块计算得到的兴奋度评估分值发送至外部的控制中心；电源管理模块，用于为智能加油棒提供工作电源。应用本发明，可以实现智能加油棒与控制中心的交互，从而实时、准确反映观众在娱乐活动中的兴奋感觉，同时，使得评估的分值更加准确，提高了观众参与的热情。
文档编号A63H5/00GK101574585SQ20091008576
公开日2009年11月11日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者唐智斌, 张俊辉 申请人:北京必创科技有限公司