大学生课外学术科技作品竞赛科技发明类---体感音乐手环申报书

序号： 编码：甲4B00704B 第十二届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛作 品 申 报 书 作品名称： 体感音乐手环 学校全称： 河南理工大学 个人申报者姓名（集 体 名 称）： 指导老师姓名： 王福忠、谢贝贝 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技制作小发明创造说 明1、申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2、申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技制作、小发明创造）分别填写B1、B2、B3和B4表。所有申报者可根据情况填写C表。3、表内项目填写时一律打印，此申报书可复制。4、序号由第十二届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛指导委员会填写，编码由各高校根据第十二届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书编码说明填写。5、学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号仿宋体打印在A4纸上，附于申报书后；学术论文及有关材料在8000字以内，社会调查报告在15000字以内（文章版面尺寸14.5cm22cm左右）。6、科技发明制作类作品必须要有1000字以内的作品说明，并附有研究报告、图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，也可附鉴定证书和应用证书等，打印或粘贴到申报书后。7、各高校通过初评的作品（数量参照“作品数额分配方案”）各一式两份在规定时间内报第十二届“挑战杯”竞赛指导委员会办公室（团省委学校部）。8、作品申报书由各高校竞赛组织协调机构统一寄送，同时报送电子版。9、其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。10、寄送地址：共青团河南省委学校部（郑州市金水路17号中青大厦1812）联 系 人：潘 幸 武 宁 梁世伟 联系电话：（0371）65904813、65866849邮政编码：450003 电子信箱：A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门盖章视为申报者情况的确认。申报者情况姓 名赵青松性别出生年月学 校河南理工大学专业自动化现学历本科年级学制入学时间作品全称体感音乐手环毕业论文题 目通讯地址河南理工大学邮政编码454003办公电话常 住 地通讯地址邮政编码住宅电话其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位资格认定学校学籍管理部门意 见以上作者是否为2015年6月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的的各类高等学校专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否（部门盖章） 年 月 日院系负责人或导师意 见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是 否 负责人签名： 年 月 日B4申报作品情况（小发明创造）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门盖章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须要有1000字以内的作品说明，并附有研究报告、图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，也可附鉴定证书和应用证书等，打印或粘贴到申报书后。 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称体感音乐手环作品分类（ B ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B信息技术 （包括计算机、电信、通讯、电子等）C数 理 （包括数学、物理、地球与空间科学等）D生命科学 （包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E能源化工 （包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路设计目的：现代快节奏的生活给许多人带来更大的压力，不论是学生还是上班族，音乐给他们提供了释放压力，陶冶心情的空间；传统意义的乐器难学，成本高，携带不方便等致使许多人对音乐望之莫及；本着初心，我们想到了制作一个将音乐与可穿戴设备完美结合的体感音乐手环，既能满足现代人们的娱乐需求，还能帮助那些被乐器成本、学习难度等客观条件所限制的大众完成音乐梦想，同时也为音乐表演创造了一个新的形式。基本思路：本作品通过可穿戴设备（智能硬件）与智能手机APP软件相结合，以达到随时随地玩转音乐的目的。首先我们将乐器按照演奏方式进行了分类，（这里不考虑一些乐器的特殊演奏方式）一类是瞬间触发型，例如：木吉他、贝斯、架子鼓、电吉他等。一类是动作持续型，例如：小提琴、大提琴、二胡、三弦等。由于加速度计不仅对重力加速度敏感，而且对运动加速度同样敏感，这样采集的加速度数据就没有意义，所以我们舍弃了加速度计，最终我们选择陀螺仪作为采集动作的主要传感器。我们使用三轴陀螺仪实时采集演奏乐器时的手腕角速度动作信息（波形图见说明文档附图1），通过观察波形我们发现每一次的挥手（专业上称为扫弦）由上到下，再由下到上波形显示近似一个周期的正弦波，所以在分析波形时我们将其抽象为正弦波如下图： 作品设计、发明的目的和基本思路演奏模拟图针对瞬间触发型乐器我们采用单次触发限幅算法，所谓的单次触发限幅算法就是：陀螺仪采集的角速度大于或等于预值时（这里所说的以及下文所说的预值都是指预设数据的绝对值），立即发出触发信号，直到下次触发为止，不再发送触发信号。如上图所示，在T1时刻检测到陀螺仪采集值大于或等于预值P时，立即发出触发信号，该触发信号最终传送给手机。每一种乐器都可以演奏出不同的音调、和弦，我们将每一种乐器的音调、和弦以音频文件的形式封装在智能手机里，当手机接收到触发信号时，立即播放对应的音频文件，我们以吉他为例，如上图在T1时刻手机接收到向下扫弦的信号，手机将立刻播放对应和弦的音频文件，直到接收到下一次触发信号，手机立刻停止播放当前音频文件，并同时播放第二次触发对应和弦的音频文件。针对动作持续型乐器我们采用二次触发限幅算法，所谓的二次触发限幅算法就是：陀螺仪采集的角速度大于或等于预值时，立刻发出触发信号，当陀螺仪采集的角速度小于预知时，再次发出触发信号。如上图所示，在T1时刻检测到陀 作品设计、发明的目的和基本思路螺仪采集值大于或等于预值P时，立即发出触发信号，在T2时刻检测到陀螺仪采集值小于预值P时，再次发出触发信号，触发信号最终传送给手机。我们以小提琴为例进行说明，参考上图，在T1时刻检测到陀螺仪采集值大于或等于预值P时，立即发出触发信号，此时手机播放对应音频文件，在T2时刻检测到陀螺仪采集值小于预值P时，再次发出触发信号，此时手机停止正在播放的音频文件，同时再次播放相同的音频文件。基本音级有七个，它们分别是“do、re、mi、fa、sol、la、si”。我们设置7个基本音级，对于不同的乐器，相应的增加音级数量。最终达到模拟乐器的目的。以上就是我们作品的基本思路。创新点、技术关键和主要技术指标创新点：外观创新：1、简约，时尚的外观设计融合了运动手环的视觉效果，可以满足用户的穿戴品味（详见说明文档图8）。2、多种颜色的环带设计，让用户更换不同的颜色（详见说明文档图9）。结构设计：3、隐藏的按键和LED灯与手环完美的结合在一起，给用户一个整体的效果（详见说明文档图10）。4、可拆卸的模块设计可以方便的进行充电。5、模块后面带有别针可以灵活的固定在其他部位对体感进行采集（详见说明文档图10）。功能创新：6、一只手环代替一种乐器，灵活的演奏方式改变了传统的演奏方式（详见说明文档图11）。7、一个按钮集成一种和弦，大大降低了弹奏难度。8、将你夸张的肢体动作转化为音乐旋律，随时随地创作音乐（详见说明文档图12）。9、震动的节奏提示动感十足，来实时提示用户进行弹奏，让用户切身感受音乐的律动（详见说明文档图13）。10、随节奏变换的LED呼吸灯，完美的与节奏相融合，展现出炫酷的效果。11、APP丰富的游戏和教学模式，让用户在玩游戏的过程中领会弹奏的技巧，轻松地走进音乐的殿堂（详见说明文档图13）。12、让音乐也可以随身携带，一个手环便可以代替笨重的乐器，让你随时随地体验音乐的魅力（详见说明文档图14）。创新点、技术关键和主要技术指标技术关键：创新点、技术关键和主要技术指标作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）作品的科学性先进性：就现有的空气吉他仿真乐器而言，我们作品的科学性和先进性主要表现在以下两个方面，一、我们采用体积小、功耗低且价格低廉的陀螺仪传感器采集演奏的动作信息，相比红外线动作触发方式和视频处理动作采集方式，我们更加灵活，更加方便，更加简单。二、我们采用可穿戴设备与智能手机APP相结合的方式，实现演奏音乐的目的。相比纯硬件仿真电子乐器和纯软件仿真电子乐器，我们的体感音乐手环更加时尚，更加先进，体验也更加到位。技术分析说明：软件方面：体感音乐手环在软件算法设计时结合实际演奏情况，采用人工智能中模式识别的思维进行演奏动作的分类判断，经过成百上千次的实验与分析，最终找到不同乐器的演奏识别方法，在此基础上我们自行设计了针对不同类型乐器的单次触发限值算法和二次触发限值算法，并巧妙的通过C语言编程实现了该算法。算法流程图说明书文档图1。硬件方面：作品主控芯片采用超低功耗最小体积的蓝牙系统级芯片DA14580，使用该芯片是因为它可使产品电池的续航能力提高一倍，传感器我们选用九轴加速度陀螺仪电子罗盘低功耗集成传感器（详说明书文档图6），为以后产品向体感游戏方向扩展做好准备。APP方面：APP软件不仅具有播放相应音频文件的功能，还具有音调选择的功能，我们自主设计开发了一种多触发按键，当你按下手机屏幕不动时是一种键值，当你向上、下、左、右滑动时，又代表四种不同的键值。通过这样的多触发按键就可以选择几乎所有的音级。参考文献：1徐玉 微小型无人直升机飞控平台与姿态融合算法研究博士学位论文20092刘德文 智能设备蓝牙控制器实用新型发明专利20123王沛、黄帅 可穿戴设备尚需要标准和规范进出口经纪人杂志20144微型九轴惯性传感器内置32位处理器万方数据库20125全球体积最小的SmartBond蓝牙智能系统级芯片万方数据库2014作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果我们的第一代作品音乐手套在2014年“智信杯”全国ICAN物联网创新创业大赛华中二赛区选拔赛中荣获一等奖，该作品受到评委们的一致好评，他们高度评价作品创意新，实用性强。(证书见说明文档图15)第二代作品音乐手套在第八届中国大学生物联网创新创业大赛2014年总决赛荣获二等奖。在比赛期间百度、天使投资等多家公司向我们抛来来了橄榄枝，并给我们提出了宝贵的建议。(证书见说明文档图16)第三代作品体感音乐手环在2015年3月份的西安路演中得到多位投资人的认可。(图片见说明文档图18)作品所处阶 段（ B ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段（自填）技术转让方式技术转让或者专利转让作品可展示的 形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：使用者需要先下载我们的官方APP软件，安装到手机上。使用者佩戴好我们的产品，与手机通过蓝牙连接，使用者根据手机屏幕上的提示，做出相应的演奏动作，这里以演奏吉他为例，根据手环震动节奏提示或屏幕动画提示，上下挥动右手，就能演奏出相应的音乐了。技术特点和优势：1、演奏动作采集方法简单、准确。2、针对不同乐器设计不同的动作分类判断方法。3、采用32位ARM处理器，软件编程具有一定的技术壁垒。4、智能手机播放音频文件，可保证高品质的音频输出。5、游戏化的音乐教学指导。作品的适应范围和推广前景：本作品主要用于娱乐，儿童玩具，音乐教学，运动装饰等领域。作品具有有音乐与可穿戴设备巧妙结合的特点，即有可穿戴设备的优点，也能让消费者在享受音乐的基础上享受我们手机APP所带来的游戏乐趣，由于目前可穿戴设备市场前景巨大，全球智能可穿戴设备进入成长期，2014年全球可穿戴设备2200万台的出货量表现不俗。预计2018年全球能达到13500万台的出货量。说明了可穿戴设备市场具有很大的活力，本作品正是音乐与科技完美结合，我们相信作品的推广前景是巨大的。使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测市场经济效益预测：经权威专家预测2018年腕部智能设备将占到可穿戴设备出货量的70%左右，并成为可穿戴应用开发领域的领先者。从多方面考虑，我们的目标市场应是可接受500元以下的消费者，经过统计与计算，我们的实际目标市场为3420.2万。由于我们公司处于一个创业的初级阶段。考虑到推广的难度、消费者认知的不足、产能的不足、流动资金不足等各种因素的制约。我们初步预测我们第一年能通过官方网络上销售以及如今热门的网络平台预售，初步估计我们第一年销量为3万台，市场占有额为千分之一左右。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号201420543695.3 批准日期2014 年 9 月 22 日 未提出专利申请科研管理部门盖章年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。WANKAK智能钢琴是一台智能钢琴，它可以通过与智能设备的连接实现钢琴教学，还可以将演奏录制并分享到社交网络。智能体现在它与多平台设备互动上，比如iPad放在壹枱钢琴上不只是作为一个曲谱显示器，而且还能将曲谱与钢琴上的提示灯相结合，指导用户跟着曲谱进行演奏。在教学模式中，提示灯一个作按键提示来用，另一个是跟弹模式。专业级琴键设计，88键重锤键盘，极致完美键感，适合初学者锻炼良好手型和听音能力。专门的AAP设计，智能打分，难度升级和四手连弹的功能设置让初学者游戏中轻松学会弹钢琴。另外一种同类产品“空气吉他”是一种利用使用者的手指遮挡激光，使本应接收到激光的接收端接收不到激光，通过非门电路，使扬声器发出声音的乐器。每个接收端对应一种信号，使扬声器发出不同的声音，通过不同的单音完成美妙的音乐。它的外形类似竖琴，没有琴弦，琴弦由激光代替。他的发音方式与电子琴差不多。吉他爱好者跟随吉他乐