Система и способ для детектирования вибраций, беспроводной передачи, беспроводного приема и обработки данных, принимающий модуль и способ для приема и обработки данных Российский патент 2019 года по МПК G06F15/16 H04L12/02 H04W92/02 

Область техники

[0001] Изобретение относится к беспроводным технологиям передачи данных, и более конкретно, к системе и способу для детектирования вибраций и беспроводной передачи, беспроводного приема, и обработки данных.

Уровень техники

[0002] На сегодняшний день известно множество интерактивных устройств, имитирующих музыкальные инструменты. Данные устройства, в большинстве своем, созданы для того, чтобы предоставить пользователям возможность создания музыки, как это было бы, например, при игре на фортепиано или при игре на ударных инструментах. При этом пользователям, при использовании различных интерактивных устройств, не придется покупать весь перечень музыкальных инструментов, на которых пользователи желают играть.

[0003] Одним из примеров таких интерактивных систем является контроллер барабанной палочки, описанный в патенте US 20110030533 А1. Данный контроллер выбран в качестве прототипа заявленного устройства. Известный контроллер, выполнен с возможностью крепления на барабанную палочку, которая включает в себя датчик для определения силы ударов, сигнал с которого поступает на микроконтроллер, передающий обработанные сигналы на беспроводной передатчик, при этом контроллер включает в себя микрофон и аккумулятор.

[0004] Однако, в известном контроллере датчик в наконечнике палочки усложняет конструкцию устройства, так как в самой барабанной палочке необходимо наличие отверстия для дополнительной проводной линии связи между микроконтроллером и датчиком в наконечнике палочки. Более того, наличие множества кнопок так же усложняет конструкцию, делая ее более сложной в управлении по своему назначению.

[0005] Известен интерактивный контроллер, описанный в патенте US 20170018264 А1. Известный контроллер представляет собой интерактивную барабанную палочку, содержащую датчики для определения силы ударов, сигнал с которых поступает на процессор, который передает обработанные сигналы на беспроводной передатчик, а также литий-ионный аккумулятор.

[0006] Однако, в известном контроллере расположение дисплея на палочке, также усложняет его конструкцию. Поскольку интерактивный контроллер имитирует игру на ударных инструментах, дисплей подвержен механическим воздействиям и, следовательно, может преждевременно выйти из строя. Более того, наличие множества кнопок, а также наличие дополнительного датчика в наконечнике интерактивного контроллера, усложняет конструкцию известного контроллера.

[0007] Также известна система электронных барабанных палочек, описанная в патенте US 20110239847 А1. Известная система раскрывает электронные барабанные палочки, содержащие датчики для определения силы ударов, сигнал с которых поступает на микроконтроллер, который передает обработанные сигналы на беспроводной передатчик, при этом контроллер включает в себя микрофон и аккумулятор.

[0008] Однако, известный контроллер представляет собой барабанную палочку, и не имеет возможности крепления на какую либо другую барабанную палочку в соответствии с предпочтениями пользователя. Более того, в сам контроллер встроен дополнительный модуль, обеспечивающий хранение семплов (звуковых фрагментов), что усложняет конструкцию известного контроллера.

[0009] Известные из уровня техники решения предусматривают интерактивные контроллеры для имитации игры на ударных инструментах. Однако ни одно из известных решений не раскрывают контроллера для имитации игры на музыкальных инструментах, который мог бы крепиться на абсолютно любое устройство извлечения звука из музыкальных инструментов в соответствии с предпочтениями пользователя.

Раскрытие изобретения:

[0010] Технический результат заявленного изобретения заключается в расширении арсенала технических средств для обеспечения детектирования вибраций, передачи и/или приема, и обработки данных.

[0011] В одном воплощении предложена система для детектирования вибраций и беспроводной передачи, беспроводного приема, и обработки данных, включающая:

контроллер для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных, имеющий корпус и выполненный с возможностью крепления на устройстве извлечения звука из музыкальных инструментов, при этом контроллер включает:

- микроконтроллер, который содержит вход для приема цифровых сигналов, вход для приема аналоговых сигналов, вход/выход, подключенный к первой шине последовательного периферийного интерфейса (SPI), память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки поступающих на микроконтроллер сигналов;

- два пьезоэлектрических датчика, обеспечивающих детектирование вибраций упомянутого контроллера, соединенных между собой, шунтированных диодами, и выполненных с возможностью генерирования сигналов и расположенных друг к другу под углом от 60 до 90 градусов, при этом выходы датчиков соединены с аналоговым входом микроконтроллера;

- первый радиомодуль контроллера беспроводной передачи данных, соединенный с микроконтроллером посредством первой шины SPI, и выполненный с возможностью приема данных от микроконтроллера по шине SPI и беспроводной передачи данных с частотой 2.4 гГц на принимающий модуль;

- электретный микрофон с предварительным усилителем сигнала, предназначенный для детектирования частоты вибраций, соединенный с входом компаратора, выход которого соединен с цифровым входом микроконтроллера;

- первый автономный источник питания с напряжением до 5 Вольт, подключенный напрямую к микроконтроллеру и компаратору, подключенный через первую плату стабилизатора с напряжением 3.3 Вольт к первому радиомодулю и к микрофону через предварительный усилитель микрофона и обеспечивающий питанием микроконтроллер, компаратор, первый радиомодуль контроллера и микрофон с предварительным усилителем;

принимающий модуль, соединенный с контроллером для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных посредством беспроводной сети, и включающий:

- микроконтроллер принимающего модуля, который содержит входы для приема цифровых сигналов, входы для приема аналоговых сигналов, вход/выход, соединенный со второй шиной SPI, вход/выход, выполненный с возможностью соединения с модулем памяти или модулями памяти, вход/выход для соединения с внешними устройствами, вход/выход, соединенный с микроконтроллером порта USB, память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер принимающего модуля;

- второй радиомодуль, выполненный с возможностью беспроводного приема данных с частотой 2.4 гГц от упомянутого контроллера, соединенный с микроконтроллером принимающего модуля посредством второй шины SPI, выполненный с возможностью передачи принятых данных микроконтроллеру принимающего модуля посредством второй шины SPI;

- микроконтроллер порта USB, соединенный с входом/выходом микроконтроллера принимающего модуля, соединенный с портом USB, и содержащий память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер порта USB,

- порт USB, содержащий вход/выход, выполненный с возможностью подключения к нему вычислительных устройств;

- второй автономный источник питания, подключенный напрямую к микроконтроллеру принимающего модуля и микроконтроллеру порта USB, подключенный через вторую плату стабилизатора с напряжением 3.3 Вольт ко второму радиомодулю и обеспечивающий питанием микроконтроллер принимающего модуля, микроконтроллер порта USB и второй радиомодуль.

[0012] Дополнительно принимающий модуль включает один или несколько модулей памяти, каждый из которых соединен с микроконтроллером принимающего модуля, при этом каждый модуль памяти содержит сохраненную в нем библиотеку звуковых фрагментов цифрового аудиоформата, и микроконтроллер модуля памяти, обеспечивающий повторную обработку сигналов или данных, полученных из микроконтроллера принимающего модуля.

[0013] Дополнительно каждый модуль памяти имеет выход, выполненный с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения и передачи на внешние устройства воспроизведения повторно обработанных сигналов или данных.

[0014] Дополнительно первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных по протоколу Wi-Fi.

[0015] Дополнительно первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных по протоколу Bluetooth.

[0016] Дополнительно первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных в соответствии с технологией WiMAX.

[0017] Дополнительно первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE.

[0018] Дополнительно первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE-A.

[0019] Дополнительно первым автономным источником питания и/или вторым автономным источником питания является литий-ионный аккумулятор.

[0020] Дополнительно первым автономным источником питания и/или вторым автономным источником питания является ионистор.

[0021] Дополнительно корпус контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных выполнен в форме акулы.

[0022] Дополнительно корпус контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных выполнен из полимерного материала.

[0023] Дополнительно устройством извлечения звука из музыкальных инструментов является барабанная палочка.

[0024] Дополнительно устройством извлечения звука из музыкальных инструментов является смычок.

[0025] Во втором воплощении предложен способ для детектирования вибраций, беспроводной передачи, беспроводного приема, и обработки данных, содержащий этапы, на которых:

- детектируют вибрации контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных посредством датчиков, расположенных в упомянутом контроллере;

- генерируют, посредством датчиков, сигналы о вибрациях упомянутого контроллера;

- передают сгенерированные сигналы в микроконтроллер упомянутого контроллера;

- обрабатывают, посредством микроконтроллера, сигналы о вибрациях упомянутого контроллера, и, на основании обработки, формируют данные о вибрациях упомянутого контроллера;

- передают в первый радиомодуль сформированные данные о вибрациях упомянутого контроллера посредством первой шины последовательного периферийного интерфейса (SPI);

- передают упомянутые сформированные данные о вибрациях в принимающий модуль посредством беспроводной сети;

- принимают упомянутые сформированные данные о вибрациях посредством второго радиомодуля, расположенного в принимающем модуле;

- передают, посредством второй шины последовательного периферийного интерфейса (SPI) из второго радиомодуля в микроконтроллер принимающего модуля упомянутые сформированные данные о вибрациях;

- обрабатывают упомянутые сформированные данные о вибрациях посредством микроконтроллера принимающего модуля; и

- передают обработанные данные из принимающего модуля на внешние устройства.

[0026] Дополнительно способ включает этапы, на которых:

- передают обработанные данные из микроконтроллера принимающего модуля в модуль памяти или модули памяти;

- повторно обрабатывают упомянутые данные в модуле памяти или модулях памяти посредством микроконтроллера модуля памяти или микроконтроллеров модулей памяти; и

- передают повторно обработанные данные из модуля памяти или из модулей памяти на внешние устройства воспроизведения.

[0027] Дополнительно модуль памяти или модули памяти выполнены с возможностью хранения библиотеки звуковых фрагментов цифрового аудиоформата.

[0028] В третьем воплощении предложен принимающий модуль для приема и обработки данных, и выполненный с возможностью соединения с контроллером для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных, при этом принимающий модуль содержит:

- микроконтроллер принимающего модуля, который содержит входы для приема цифровых сигналов, входы для приема аналоговых сигналов, вход/выход, выполненный с возможностью соединения с модулем памяти или модулями памяти, вход/выход, соединенный со второй шиной SPI, вход/выход для соединения с внешними устройствами, вход/выход, соединенный с микроконтроллером порта USB, память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер принимающего модуля;

- второй радиомодуль, выполненный с возможностью беспроводного приема данных с частотой 2.4 гГц от упомянутого контроллера, соединенный с микроконтроллером принимающего модуля посредством второй шины SPI, выполненный с возможностью передачи принятых данных микроконтроллеру принимающего модуля посредством второй шины SPI;

- микроконтроллер порта USB, соединенный с входом/выходом микроконтроллера принимающего модуля, соединенный с портом USB, и содержащий память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер порта USB,

- порт USB, содержащий вход/выход, выполненный с возможностью подключения к нему вычислительных устройств;

- второй автономный источник питания, подключенный напрямую к микроконтроллеру принимающего модуля и микроконтроллеру порта USB, подключенный через вторую плату стабилизатора с напряжением 3.3 Вольт ко второму радиомодулю и обеспечивающий питанием микроконтроллер принимающего модуля, микроконтроллер порта USB и второй радиомодуль.

[0029] Дополнительно принимающий модуль включает один или несколько модулей памяти, каждый из которых соединен с микроконтроллером принимающего модуля, при этом каждый модуль памяти содержит сохраненную в нем библиотеку звуковых фрагментов цифрового аудиоформата, и микроконтроллер модуля памяти, обеспечивающий повторную обработку сигналов или данных, полученных из микроконтроллера принимающего модуля.

[0030] Дополнительно модуль памяти или модули памяти дополнительно имеют выход, выполненный с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения и передачи на внешние устройства воспроизведения повторно обработанных сигналов или данных.

[0031] Дополнительно второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных по протоколу Wi-Fi.

[0032] Дополнительно второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных по протоколу Bluetooth.

[0033] Дополнительно второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии с технологией WiMAX.

[0034] Дополнительно второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE.

[0035] Дополнительно второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE-A.

[0036] Дополнительно вторым автономным источником питания является литий-ионный аккумулятор.

[0037] Дополнительно вторым автономным источником питания является ионистор.

[0038] В четвертом воплощении предложен способ для приема, обработки и передачи данных, выполняемый устройством по п.18, и содержащий этапы, на которых:

- принимают сигналы посредством входов для приема цифровых сигналов, и/или входов для приема аналоговых сигналов, и/или входа/выхода, соединенного со вторым радиомодулем посредством второй шиной SPI, и/или входа/выхода, предназначенного для соединения с внешними устройствами, и/или входа/выхода, соединенного с микроконтроллером порта USB, и/или входа/выхода, соединенного с модулем памяти или модулями памяти;

- обрабатывают принятые сигналы посредством микроконтроллера принимающего модуля и программного кода, сохраненного в памяти упомянутого микроконтроллера; и

- передают обработанные сигналы на внешние устройства посредством входа/выхода USB порта, и/или входа/выхода, предназначенного для соединения с внешними устройствами, и/или выхода модуля памяти или модулей памяти, выполненного или выполненных с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения.

Краткое описание чертежей:

[0039] На фиг. 1 представлена схема контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных.

[0040] На фиг. 2 представлена схема микроконтроллера, входящего в состав контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных.

[0041] На фиг. 3 представлена схема работы принимающего модуля.

[0042] На фиг. 4 представлена схема работы микроконтроллера принимающего модуля.

[0043] На фиг. 5 представлена схема работы микроконтроллера порта USB, входящего в состав принимающего модуля.

[0044] На фиг. 6 представлена схема работы системы для детектирования вибраций и беспроводной передачи, беспроводного приема, и обработки данных.

Осуществление изобретения:

[0045] Заявленная система для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных включает в себя контроллер, который выполнен с возможностью крепления к барабанной палочке, смычку и другим устройствам любого типа, предназначенным для извлечения звука из музыкальных инструментов, а также включает в себя принимающий модуль, связанный с контроллером посредством беспроводной сети.

[0046] Далее со ссылкой на фиг. 1, 2 будет приведено подробное описание контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных.

[0047] Контроллер для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных 100 имеет оболочку в виде корпуса, и содержит микроконтроллер 1, первый радиомодуль 5, два пьезоэлектрических датчика 2a, 2b, электретный микрофон 6 с предварительным усилителем сигнала 7, компаратор аналоговых сигналов 4, первый автономный источник питания 3, первую плату стабилизатора напряжения с напряжением 3.3 Вольта 8, первую шину SPI 9, диоды 10.

[0048] Дополнительно корпус может быть выполнен в различной форме, например, в форме акулы, в форме автомобиля, в форме цистерны, в форме различных героев фильмов и мультфильмов и т.д., а также корпус может быть выполнен из любых материалов, например, корпус может быть полимерным, деревянным, металлическим и т.д.

[0049] Микроконтроллер 1 содержит вход для приема цифровых сигналов 14, вход для приема аналоговых сигналов 15, вход/выход микропроцессора 16, подключенный к первой шине последовательного периферийного интерфейса (SPI) 9, память 13, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер 1, аналого-цифровой преобразователь 12, выполненный с возможностью преобразования сигналов, поступающих на вход для приема аналоговых сигналов 15, а также микропроцессор 11. При этом вход для приема аналоговых сигналов 15 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 12, выход которого подключен к микропроцессору 11, микропроцессор 11 соединен с входом для приема цифровых сигналов 15 и памятью 13. Вход/выход микропроцессора 16 является входом/выходом микроконтроллера 1, и подключен к первой шине SPI 9. Дополнительно, первая шина SPI 9 может обеспечивать двухстороннюю связь между микроконтроллером 1 и первым радиомодулем 5.

[0050] Дополнительно, микроконтроллер 1 может содержать до трех входов для приема цифровых сигналов (не показано на фигуре), до трех входов для приема аналоговых сигналов (не показано на фигуре), и до трех аналого-цифровых преобразователей (не показано на фигуре), выполненных с возможностью преобразования сигналов, поступающих на аналоговые входы микроконтроллера. При этом на каждый из трех аналоговых входов микроконтроллера может поступать один сигнал с одного датчика. Варианты возможных использующихся датчиков описаны ниже.

[0051] Дополнительно, микроконтроллер 1 может быть запрограммирован таким образом, чтобы сигналы, поступающие на вход для приема аналоговых сигналов 15, миновали аналого-цифровой преобразователь 12 и поступали напрямую в микропроцессор 11.

[0052] Микроконтроллер 1 осуществляет обработку сигналов, поступающих с пьезоэлектрических датчиков 2a, 2b, и на основании данной обработки высчитывает значение вибрации, например, значение силы удара барабанной палочки по поверхности. Обработка осуществляется посредством анализа поступающих сигналов с датчиков, и генерирования результативных данных на основе анализа. В контексте заявленного изобретения анализ может быть анализом уровня амплитуды напряжения, анализом ширины спектра поступающего сигнала и т.д. При этом сигналы, поступающие с датчиков, являются напряжением, генерируемым пьезоэлектрическими датчиками 2a, 2b вследствие вибрации контроллера беспроводной передачи данных.

[0053] Память 13 может быть выполнена в виде, например, твердотельного накопителя, флеш-памяти, или других подходящих несъемных единиц хранения.

[0054] Аналого-цифровой преобразователь 12 является стандартным устройством, обеспечивающим преобразование входного аналогового сигнала в дискретный код (цифровой сигнал).

[0055] Микропроцессор 11 может быть любого типа, и предназначен для выполнения исполняемого машиночитаемого кода и/или программ, сохраненных в памяти 13.

[0056] Первый радиомодуль 5 выполнен с возможностью беспроводной передачи данных с частотой 2.4 гГц на принимающий модуль 200 (см. фиг. 6), и может быть выполнен с возможностью передачи данных по протоколам Wi-Fi, Bluetooth. Также первый радиомодуль 5 может быть выполнен с возможностью передачи данных в соответствии с технологиями WiMAX, LTE и LTE-A. Первый радиомодуль 5 выполнен с возможностью передачи сигналов на принимающий модуль посредством сети беспроводной передачи данных 17. Дополнительно, первый радиомодуль 5 может быть выполнен с возможностью приема и передачи сигналов.

[0057] Пьезоэлектрические датчики 2a, 2b предназначены для детектирования вибраций и генерирования сигналов вследствие вибрации контроллера 100. При этом сигналы, поступающие с пьезоэлектрических датчиков 2a, 2b, являются напряжением, генерируемым пьезоэлектрическими датчиками 2a, 2b вследствие вибрации контроллера 100. Пьезоэлектрические датчики 2a, 2b соединены между собой, шунтированы диодами и расположены друг к другу под углом от 60 до 90 градусов. Пьезоэлектрические датчики не требуют какого-либо питания. Пьезоэлектрические датчики 2a, 2b шунтированы диодами 10. При этом диоды 10 могут быть расположены последовательно и/или параллельно.

[0058] Дополнительно, контроллер для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных 100 может содержать три пьезоэлектрических датчика (не показано на фигуре). В данном варианте все три пьезоэлектрических датчика соединены между собой, шунтированы диодами и расположены таким образом, что угол между первым и вторым датчиком находится в диапазоне от 60 до 90 градусов, угол между первым и третьим датчиками высчитывается в соответствии с уравнением: , где α является углом между первым и вторым датчиками, находящимся в диапазоне от 60 до 90 градусов, β является углом между первым и третьим датчиком, а угол между вторым и третьим датчиками высчитывается в соответствии с уравнением: , где α является углом между первым и вторым датчиками, находящимся в диапазоне от 60 до 90 градусов, μ является углом между вторым и третьим датчиком.

[0059] При этом в заявленном изобретении могут использоваться и другие датчики детектирования вибраций. Примеры таких датчиков описаны ниже.

[0060] В одном примере в качестве датчика используется акселерометр. Акселерометр фиксирует ускорение контроллера 100, закрепленного, например, на барабанной палочке, в промежутке времени с момента начала движения контроллера 100 до удара о поверхность и посылает на аналоговый вход микроконтроллера 15 сигнал с данными зафиксированного ускорения в указанном промежутке времени. Акселерометр получает питание от первого автономного источника питания контроллера беспроводной передачи данных 3 через первую плату стабилизатора напряжения 8 с напряжением 3.3 Вольта.

[0061] В еще одном примере в качестве датчика используется дополнительный электретный микрофон с предварительным усилителем. В случае использования дополнительного электретного микрофона, контроллер 100 содержит дополнительный микроконтроллер (не показан на фигуре), который аппаратно выполнен идентично микроконтроллеру 1, описанному выше. Выход дополнительного электретного микрофона с предварительным усилителем подключен к аналоговому входу дополнительного микроконтроллера. Выход дополнительного микроконтроллера подключен к аналоговому или цифровому входу микроконтроллера 1. Дополнительный электретный микрофон с предварительным усилителем получает питание от первого автономного источника питания контроллера беспроводной передачи данных 3 через первую плату стабилизатора напряжения 8 с напряжением 3.3 Вольта.

[0062] Также в качестве датчиков могут использоваться датчики вибрации различных степеней чувствительности, а также датчики вибрации, соединенные с различными микросхемами. Датчики вибрации получают питание напрямую от первого автономного источника питания контроллера беспроводной передачи данных 3. В результате вибрации, данные датчики меняют сопротивление, и на свои выходы подают сигнал измененного напряжения, который поступает на аналоговый вход микроконтроллера контроллера беспроводной передачи данных 1.

[0063] Электретный микрофон 6 с предварительным усилителем сигнала 7 в заявленном контроллере беспроводной передачи данных может использоваться в качестве акустического датчика вибрации для определения частоты вибраций. Предварительно усиленный сигнал электретного микрофона 6 с предварительным усилителем сигнала 7 поступает на вход компаратора аналоговых сигналов 4.

[0064] Компаратор аналоговых сигналов 4 реализован на микросхеме, представляющей собой двойной операционный усилитель, и получает на входе сигналы с электретного микрофона 6 с предварительным усилителем сигнала 7, а на выходе выдает сигнал, который поступает на цифровой вход микроконтроллера 14. Компаратор аналоговых сигналов 4 включает в себя средство настройки чувствительности в виде небольшого переменного резистора (не показано на фигуре).

[0065] Первая плата стабилизатора напряжения 8, обеспечивает на своем выходе напряжение, равное 3.3 Вольт. Первая плата стабилизатора напряжения 8 своими выходами подключена к электретному микрофону 6 с предварительным усилителем 7 и к первому радиомодулю 5, и обеспечивает на выходах понижение напряжения до 3.3 Вольт.

[0066] Первый автономный источник питания 3 обеспечивает питанием контроллер 100. Первый автономный источник питания 3 подключен к микроконтроллеру 1, компаратору аналоговых сигналов 4, к первой плате стабилизатора напряжения 8 и обеспечивает их питанием. При этом, в заявленном контроллере 100 могут использоваться любые автономные источники питания с напряжением до 5 Вольт включительно. Примером таких автономных источников питания являются литий-ионный аккумулятор, ионистор и т.д.

[0067] Далее со ссылкой на фиг. 3, 4, 5 будет приведено подробное описание принимающего модуля, связанного с вышеописанным контроллером посредством беспроводной сети.

[0068] Принимающий модуль 200 содержит второй радиомодуль 18, второй автономный источник питания 19, вторую плату стабилизатора напряжения 20, микроконтроллер принимающего модуля 21, микроконтроллер порта USB 22, порт USB 23 и модуль памяти 24.

[0069] Второй радиомодуль 18 выполнен с возможностью беспроводного приема данных с частотой 2.4 гГц от контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных, и может быть выполнен с возможностью приема данных по протоколам Wi-Fi, Bluetooth. Также второй радиомодуль 18 может быть выполнен с возможностью приема данных в соответствии с технологиями WiMAX, LTE и LTE-A. Второй радиомодуль 18 выполнен с возможностью приема сигналов от первого радиомодуля 5 посредством сети беспроводной передачи данных 17. Дополнительно, второй радиомодуль 18 может быть выполнен с возможностью приема и передачи сигналов.

[0070] Второй автономный источник питания 19 обеспечивает питанием принимающий модуль 200. Второй автономный источник питания 19 подключен к микроконтроллеру принимающего модуля 21, микроконтроллеру порта USB 22, через вторую плату стабилизатора напряжения 20 ко второму радиомодулю 18 и к модулю памяти 24 (не показано на фигуре) и обеспечивает их питанием. Дополнительно, второй автономный источник питания 19 может быть напрямую подключен к модулю памяти 24. При этом, принимающий модуль 200 может получать питание по USB порту 23 от внешних подключаемых к USB порту вычислительных устройств 500 (см. фиг. 6). В принимающем модуле 200 могут использоваться любые автономные источники питания с напряжением от 3.7 до 12 Вольт включительно. Примером таких автономных источников питания являются литий-ионный аккумулятор, ионистор и т.д.

[0071] Вторая плата стабилизатора напряжения 20 обеспечивает на своем выходе напряжение, равное 3.3 Вольта. Вторая плата стабилизатора напряжения 20 своим выходом подключена ко второму радиомодулю 18, и обеспечивает на своем выходе понижение напряжения до 3.3 Вольта.

[0072] Микроконтроллер принимающего модуля 21 содержит входы для приема цифровых сигналов 14₁…14_n, где n>1 и является целым числом, входы для приема аналоговых сигналов 15₁…15_n, где n>1 и является целым числом, аналого-цифровые преобразователи 12₁…12_n, где n>1 и является целым числом, выполненные с возможностью преобразования сигналов, поступающих на аналоговые входы микроконтроллера, микропроцессор 11₁ память 13₁, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер принимающего модуля 21, вход/выход 28, соединенный со второй шиной SPI 25, вход/выход 26, соединенный с модулем памяти 24, вход/выход 27 для соединения с внешними устройствами 600, вход/выход 16₁, соединенный с микроконтроллером порта USB 22. При этом входы для приема аналоговых сигналов подключены к входам аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены к микропроцессору 11₁, а количество аналого-цифровых преобразователей равно количеству аналоговых входов микроконтроллера принимающего модуля 21. Микропроцессор 11₁ соединен с входами для приема цифровых сигналов 14₁…14_n, с памятью 13₁, с входом/выходом 28, с входом/выходом 26, с входом/выходом 27 и с входом/выходом 16₁. Дополнительно, вторая шина SPI 25 может обеспечивать двухстороннюю связь между микроконтроллером принимающего модуля и вторым радиомодулем.

[0073] Дополнительно, микроконтроллер принимающего модуля 21 может быть запрограммирован таким образом, чтобы сигналы, поступающие на аналоговые входы микроконтроллера 15₁…15_n, миновали аналого-цифровые преобразователи 12₁…12_n и поступали напрямую в микропроцессор 11₁.

[0074] Микроконтроллер принимающего модуля 21 осуществляет обработку сигналов, поступающих с микроконтроллера порта USB 22, сигналов, поступающих с модуля памяти 24, сигналов, поступающих со второго радиомодуля 18 по второй шине SPI 25 и сигналов, поступающих с входов для приема цифровых сигналов 14₁…14_n и входов для приема аналоговых сигналов 15₁…15_n.

[0075] Память 131 может быть выполнена в виде, например, твердотельного накопителя, флеш-памяти, или других подходящих съемных или несъемных единиц хранения.

[0076] Аналого-цифровые преобразователи 12₁…12_n являются стандартными устройствами, обеспечивающими преобразование входных аналоговых сигналов в дискретные коды (цифровые сигналы).

[0077] Микропроцессор 11₁ может быть любого типа, и предназначен для выполнения исполняемого машиночитаемого кода и/или программ, сохраненных в памяти 13₁.

[0078] Микроконтроллер порта USB 22 содержит вход/выход для приема/передачи цифровых сигналов 14_u, соединенный с входом/выходом 16₁ микроконтроллера принимающего модуля 21, вход для приема аналоговых сигналов 15_u, вход/выход микропроцессора 16_u, подключенный к порту USB 23, память 13_u, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки поступающих на микроконтроллер сигналов, аналого-цифровой преобразователь 12_u выполненный с возможностью преобразования сигналов, поступающих вход для приема аналоговых сигналов 15_u, а также микропроцессор 11_u. При этом вход для приема аналоговых сигналов 15_u подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 12_u, выход которого подключен к микропроцессору 11_u, микропроцессор 11_u соединен с входом для приема цифровых сигналов 15_u и памятью 13_u. Вход/выход микропроцессора 16_u является входом/выходом микроконтроллера 22, и подключен к порту USB 23. Микроконтроллер порта USB 22 может быть выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с микроконтроллером принимающего модуля 21.

[0079] Дополнительно, микроконтроллер порта USB 22 может быть запрограммирован таким образом, чтобы сигналы, поступающие на вход для приема аналоговых сигналов 15_u, миновали аналого-цифровой преобразователь 12_u и поступали напрямую в микропроцессор 11_u.

[0080] Микроконтроллер порта USB 22 осуществляет обработку сигналов, поступающих с микроконтроллера принимающего модуля 21, а также обработку сигналов, поступающих с внешних вычислительных устройств 500 (см. фиг. 6) на микроконтроллер принимающего модуля 21. Обработка заключается в конвертировании сигналов поступающих от микроконтроллера принимающего модуля 21 через порт USB 23 к внешним вычислительным устройствам 500, а также конвертировании сигналов, поступающих от внешних вычислительных устройств 500 через порт USB 23 к микроконтроллеру принимающего модуля 21.

[0081] Порт USB 23 предназначен для подключения к принимающему модулю 200 любых вычислительных устройств 500 (см. фиг. 6) посредством входа/выхода 30.

[0082] Модуль памяти 24 содержит сохраненную в нем библиотеку семплов и соединен с микроконтроллером принимающего модуля. Семпл - это звуковой фрагмент любого цифрового аудиоформата, например, таких форматов, как MIDI, МР3, WMA, АС3, МР4 и т.д. Модуль памяти 24 может быть выполнен в виде, например, твердотельного накопителя, флеш-памяти, или других подходящих съемных или несъемных единиц хранения. Дополнительно, модуль памяти имеет выход 29, выполненный с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения 400 (см. фиг. 6), а также микроконтроллер модуля памяти (не показан на фигуре), обеспечивающий повторную обработку сигналов или данных, полученных из микроконтроллера принимающего модуля. Дополнительно в принимающем модуле 200 может быть два и более модуля памяти (не показано на фигуре).

[0083] Далее со ссылкой на фиг. 6 приведен пример реализации системы для детектирования вибраций и беспроводной передачи, беспроводного приема, и обработки данных.

[0084] Пользователь 300 соединяет устройство извлечения звука из музыкальных инструментов (не показано на фигуре) с контроллером для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных 100 и начинает имитировать игру на музыкальных инструментах. В процессе имитации игры на музыкальных инструментах, контроллер 100 посылает данные на принимающий модуль 200 посредством сети беспроводной передачи данных 17.

[0085] Принимающий модуль 200 обрабатывает принятые данные, и передает обработанные данные на устройства воспроизведения 400 и/или вычислительные устройства 500. При этом, принимающий модуль 200 выполнен с возможностью выводить обработанные данные на подключенные к нему внешние устройства 600 посредством входа/выхода 27, и осуществлять двухстороннюю связь с подключенными к нему вычислительными устройствами 500 посредством входа/выхода 30. Дополнительно, принимающий модуль 200 может быть выполнен с возможностью приема сигналов от внешних устройств (не показаны на фигуре) посредством входов для приема цифровых сигналов 14₁…14_n, где n>1 и является целым числом, и посредством входов для приема аналоговых сигналов 15₁…15_n, где n>1 и является целым числом.

Изобретение относится к области беспроводных технологий передачи данных применительно к интерактивным устройствам, имитирующим музыкальные инструменты. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для обеспечения детектирования вибраций, передачи и/или приема и обработки данных. Система для детектирования вибраций, беспроводный передачи и приема и обработки данных содержит микроконтроллер принимающего модуля и микроконтроллер для детектирования вибраций, шины SPI, микроконтроллер порта USB, первый и второй радио-модули, выполненные с возможностью беспроводной передачи данных с частотой 2.4 гГц, порт USB, два автономных источника питания с напряжением до 5 В, две платы стабилизатора с напряжением 3.3 В, два пьезоэлектрических датчика, соединенных между собой, шунтированных диодами и выполненных с возможностью генерирования сигналов и расположенных друг к другу под углом от 60 до 90°, электретный микрофон с предварительным усилителем сигнала, и компаратор. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система для детектирования вибраций и беспроводной передачи, беспроводного приема и обработки данных, включающая:

контроллер для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных, имеющий корпус и выполненный с возможностью крепления на устройстве извлечения звука из музыкальных инструментов, при этом контроллер включает:

- микроконтроллер, который содержит вход для приема цифровых сигналов, вход для приема аналоговых сигналов, вход/выход, подключенный к первой шине последовательного периферийного интерфейса (SPI), память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки поступающих на микроконтроллер сигналов;

- первый радиомодуль контроллера беспроводной передачи данных, соединенный с микроконтроллером посредством первой шины SPI и выполненный с возможностью приема данных от микроконтроллера по шине SPI и беспроводной передачи данных с частотой 2.4 гГц на принимающий модуль;

- по меньшей мере один датчик, предназначенный для детектирования вибраций, соединенный с входом микроконтроллера;

- первый автономный источник питания с напряжением до 5 В, подключенный напрямую к микроконтроллеру и через первую плату стабилизатора с напряжением 3.3 В к первому радиомодулю и обеспечивающий питанием микроконтроллер и первый радиомодуль контроллера;

принимающий модуль, соединенный с контроллером для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных посредством беспроводной сети и включающий:

- микроконтроллер принимающего модуля, который содержит входы для приема цифровых сигналов, входы для приема аналоговых сигналов, вход/выход, соединенный со второй шиной SPI, вход/выход, выполненный с возможностью соединения с модулем памяти или модулями памяти, вход/выход для соединения с внешними устройствами, вход/выход, соединенный с микроконтроллером порта USB, память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер принимающего модуля;

- второй радиомодуль, выполненный с возможностью беспроводного приема данных с частотой 2.4 гГц от упомянутого контроллера, соединенный с микроконтроллером принимающего модуля посредством второй шины SPI и выполненный с возможностью передачи принятых данных микроконтроллеру принимающего модуля посредством второй шины SPI;

- микроконтроллер порта USB, соединенный с входом/выходом микроконтроллера принимающего модуля, соединенный с портом USB и содержащий память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер порта USB,

- порт USB, содержащий вход/выход, выполненный с возможностью подключения к нему вычислительных устройств;

- второй автономный источник питания, подключенный напрямую к микроконтроллеру принимающего модуля и микроконтроллеру порта USB, подключенный через вторую плату стабилизатора с напряжением 3.3 В ко второму радиомодулю и обеспечивающий питанием микроконтроллер принимающего модуля, микроконтроллер порта USB и второй радиомодуль.

2. Система по п. 1, где принимающий модуль дополнительно включает один или несколько модулей памяти, каждый из которых соединен с микроконтроллером принимающего модуля, при этом каждый модуль памяти содержит сохраненную в нем библиотеку звуковых фрагментов цифрового аудиоформата, и микроконтроллер модуля памяти, обеспечивающий повторную обработку сигналов или данных, полученных из микроконтроллера принимающего модуля.

3. Система по п. 2, где каждый модуль памяти дополнительно имеет выход, выполненный с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения и передачи на внешние устройства воспроизведения повторно обработанных сигналов или данных.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных по протоколу Wi-Fi.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных по протоколу Bluetooth.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных в соответствии с технологией WiMAX.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый радиомодуль и второй радиомодуль выполнены с возможностью передачи и приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE-A.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первым автономным источником питания и/или вторым автономным источником питания является литий-ионный аккумулятор.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первым автономным источником питания и/или вторым автономным источником питания является ионистор.

11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что корпус контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных выполнен в форме акулы.

12 Система по п. 1, отличающаяся тем, что корпус контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных выполнен из полимерного материала.

13. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройством извлечения звука из музыкальных инструментов является барабанная палочка.

14. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройством извлечения звука из музыкальных инструментов является смычок.

15. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве по меньшей мере одного датчика детектирования вибраций используется по меньшей мере один электретный микрофон с предварительным усилителем или по меньшей мере один пьезоэлектрический датчик.

16. Способ для детектирования вибраций, беспроводной передачи, беспроводного приема и обработки данных, содержащий этапы, на которых:

- детектируют вибрации контроллера для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных посредством датчиков, расположенных в упомянутом контроллере, при этом упомянутый контроллер для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных имеет корпус и выполнен с возможностью крепления на устройстве извлечения звука из музыкальных инструментов;

- генерируют посредством датчиков сигналы о вибрациях упомянутого контроллера;

- передают сгенерированные сигналы в микроконтроллер упомянутого контроллера;

- обрабатывают посредством микроконтроллера сигналы о вибрациях упомянутого контроллера и на основании обработки формируют данные о вибрациях упомянутого контроллера;

- передают в первый радиомодуль сформированные данные о вибрациях упомянутого контроллера посредством первой шины последовательного периферийного интерфейса (SPI);

- передают упомянутые сформированные данные о вибрациях в принимающий модуль посредством беспроводной сети;

- принимают упомянутые сформированные данные о вибрациях посредством второго радиомодуля, расположенного в принимающем модуле;

передают посредством второй шины последовательного периферийного интерфейса (SPI) из второго радиомодуля в микроконтроллер принимающего модуля упомянутые сформированные данные о вибрациях;

- обрабатывают упомянутые сформированные данные о вибрациях посредством микроконтроллера принимающего модуля и

- передают обработанные данные из принимающего модуля на внешние устройства.

17. Способ по п. 15, дополнительно включающий этапы, на которых:

- передают обработанные данные из микроконтроллера принимающего модуля в модуль памяти или модули памяти;

- повторно обрабатывают упомянутые данные в модуле памяти или модулях памяти посредством микроконтроллера модуля памяти или микроконтроллеров модулей памяти и

- передают повторно обработанные данные из модуля памяти или из модулей памяти на внешние устройства воспроизведения.

18. Способ по п. 16, где модуль памяти или модули памяти выполнены с возможностью хранения библиотеки звуковых фрагментов цифрового аудиоформата.

19. Принимающий модуль для приема и обработки данных и выполненный с возможностью соединения с контроллером для детектирования вибраций и беспроводной передачи данных, имеющим корпус и выполненным с возможностью расположения в нем датчиков вибраций и крепления на устройстве извлечения звука из музыкальных инструментов, при этом принимающий модуль содержит:

- микроконтроллер принимающего модуля, который содержит входы для приема цифровых сигналов, входы для приема аналоговых сигналов, вход/выход, выполненный с возможностью соединения с модулем памяти или модулями памяти, вход/выход, соединенный со второй шиной SPI, вход/выход для соединения с внешними устройствами, вход/выход, соединенный с микроконтроллером порта USB, память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер принимающего модуля;

- второй радиомодуль, выполненный с возможностью беспроводного приема данных с частотой 2.4 гГц от упомянутого контроллера, соединенный с микроконтроллером принимающего модуля посредством второй шины SPI, выполненный с возможностью передачи принятых данных микроконтроллеру принимающего модуля посредством второй шины SPI;

- микроконтроллер порта USB, соединенный с входом/выходом микроконтроллера принимающего модуля, соединенный с портом USB и содержащий память, в которой сохранен программный код, предназначенный для обработки сигналов, поступающих на микроконтроллер порта USB,

- порт USB, содержащий вход/выход, выполненный с возможностью подключения к нему вычислительных устройств;

- второй автономный источник питания, подключенный напрямую к микроконтроллеру принимающего модуля и микроконтроллеру порта USB, подключенный через вторую плату стабилизатора с напряжением 3.3 В ко второму радиомодулю и обеспечивающий питанием микроконтроллер принимающего модуля, микроконтроллер порта USB и второй радиомодуль.

20. Принимающий модуль по п. 18, дополнительно включающий один или несколько модулей памяти, каждый из которых соединен с микроконтроллером принимающего модуля, при этом каждый модуль памяти содержит сохраненную в нем библиотеку звуковых фрагментов цифрового аудиоформата, и микроконтроллер модуля памяти, обеспечивающий повторную обработку сигналов или данных, полученных из микроконтроллера принимающего модуля.

21. Принимающий модуль по п. 19, где модуль памяти или модули памяти дополнительно имеют выход, выполненный с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения и передачи на внешние устройства воспроизведения повторно обработанных сигналов или данных.

22. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных по протоколу Wi-Fi.

23. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных по протоколу Bluetooth.

24. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии с технологией WiMAX.

25. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE.

26. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что второй радиомодуль выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии с технологией беспроводной высокоскоростной передачи данных LTE-A.

27. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что вторым автономным источником питания является литий-ионный аккумулятор.

28. Принимающий модуль по п. 18, отличающийся тем, что вторым автономным источником питания является ионистор.

29. Способ для приема, обработки и передачи данных, выполняемый устройством по п. 18 и содержащий этапы, на которых:

- принимают сигналы посредством входов для приема цифровых сигналов, и/или входов для приема аналоговых сигналов, и/или входа/выхода, соединенного со вторым радиомодулем посредством второй шиной SPI, и/или входа/выхода, предназначенного для соединения с внешними устройствами, и/или входа/выхода, соединенного с микроконтроллером порта USB, и/или входа/выхода, соединенного с модулем памяти или модулями памяти;

- обрабатывают принятые сигналы посредством микроконтроллера принимающего модуля и программного кода, сохраненного в памяти упомянутого микроконтроллера, и

- передают обработанные сигналы на внешние устройства посредством входа/выхода USB порта, и/или входа/выхода, предназначенного для соединения с внешними устройствами, и/или выхода модуля памяти или модулей памяти, выполненного или выполненных с возможностью подключения к внешним устройствам воспроизведения.