姿态及运动感应系统及使用该系统的便携式电子设备技术方案

本发明专利技术提出了一种运用于手机、游戏设备等便携式设备的姿态及运动感应系统。该系统包括二轴或三轴加速度计和诸如磁罗盘的三轴磁传感器，可以集成到便携式电子设备中。从加速度计和磁传感器得到的姿态数据经过数据处理单元计算出姿态角和转动角后，再转换为输入信号用于便携式电子设备的特定应用程序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子元件的输入技术，尤其是能产生和其姿态相匹配的输入信 号，或者通过其自带的应用程序实现输入信号随姿态变化的电子元件或设备。
技术介绍
便携式设备包括便携式无线设备，例如移动电话、手机、无绳电话、文本 信息设备、寻呼机、对讲机、便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟 机、便携式多媒体设备、掌上电脑、小型游戏的使用在人们的日常生活中越来 越普遍。随着科技的发展，便携式电子设备的应用范围越来越广，集成化程度 也越来越高，而体积和重量却越来越小。 一般情况下，用户的指令输入和电源 往往占据了便携式设备的大部分体积和重量。用户和电子设备的人机交互部分，特别是用户指令输入界面，对便携式设 备的操作及可操作性非常重要。通常情况下，将用户指令及数据输入到便携式 设备中会使用到这些输入设备键盘或小型键盘、鼠标、操纵杆、控制笔、数 字笔。滚动或导航菜单，方向键、滚轮、游戏手柄和其他设备也可以包括在内。随着便携式设备技术的成熟，其体积也越来越小，但传统的键区、箭头按 钮、滚轮或数字笔/铁笔等输入设备如果其组成部分过小，显得极不方便和不易 制备，有的则丧失了其娱乐性。在更为复杂的菜单、三维地图和高端游戏上， 尤其需要成熟导航技术。像加速度计、重力加速度计、陀螺之类运动感应设备的发展，并将它们集 成到便携式设备中来产生输入信号数据在其他专利中己有提出。例如，美国专利7,138,979提出了基于便携式设备的指向角度产生输入信号的方法和系统。通 过使用照相机、陀螺、加速度计来感应设备在空间的指向变化，进一步产生反 映此变化的位置信号。输入信号可以移动鼠标并控制游戏等等。美国专利2006/0046848提出了一种装有振动陀螺仪的游戏机。当转动设备 时，由于Coriolis力作用引起振动变化，振动陀螺仪由振动变化得到角速率。该 陀螺仪可以测出垂直于游戏屏幕的轴所产生的转动角速度。通过角速度，二维 的转动角度就可以通过计算求出。但这种陀螺仪价格昂贵，体积和重量也相对 偏大。而且只能测出便携设备二维的旋转角而不是三维的姿态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种价格低廉、能够产生输入信号数据的姿态及运 动感应系统及使用该系统的便携式电子设备，它们相对传统的陀螺仪设备要求 体积更小，重量更轻。按照本专利技术提供的技术方案，所述姿态及运动感应系统包括有可执行的应 用程序，其特征在于， 该系统还包括提供第一组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴加速度计； 提供第二组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴磁传感器；其中所述三轴磁传感器指磁罗盘。还包括一个信号处理单元，经过对第一组信号和第二组信号的处理后，提 供姿态角和转动角速度的信号数据。该信号处理单元包括用于计算横滚角、俯仰角和航向角以及上述第一组和第二组信号中x轴、 Y轴和Z轴角度变换的数据处理单元。其中的信号单元包括模数转换部分。还包括一个转换器，用于将航向角、横滚角、俯仰角以及X轴、Y轴和Z 轴的转动角度转换成输入信号数据，这些数据可以被上述应用程序执行。其中的应用程序包括三维导航地图、三维游戏程序、导航菜单程序、用户 触摸程序。设备包括便携式无线设备、移动电话、手机、无绳电话、文本信息 设备、寻呼机、对讲机、便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟机、 便携式多媒体设备、掌上电脑、小型游戏机。一种姿态及运动感应系统所用的便携式电子设备，包括在该设备上可执行 的应用程序，其特征在于，一种姿态及运动感应系统包括提供第一组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴加速度计， 提供第二组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴磁传感器。 所述应用程序包括三维导航地图、三维游戏程序、导航菜单程序、用户触 摸程序。设备包括便携式无线设备、移动电话、手机、无绳电话、文本信息设 备、寻呼机、对讲机、便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟机、便 携式多媒体设备、掌上电脑、小型游戏机。还包括一种为该应用程序产生输入信号的输入系统，该输入系统包括 存储器，用于存储应用程序、输入信号的计算程序及校正程序； 集成到该设备上的加速度计，可以连续产生设备的俯仰角和横滚角； 集成到该设备上的磁传感器，可以连续产生设备的航向角； 与存储器、加速度计和磁传感器配套运行的处理器，用来执行应用程序， 输入信号的计算程序，以及对来自加速度计和磁传感器的信号进行校正的程序; 其中所述磁传感器指磁罗盘。所述应用程序包括便携式电子设备的三维导航地图程序、三维游戏程序、导航菜单程序、用户触摸程序。该设备还包括无线通信模块、多媒体模块、全球定位导航系统模块中的一 种或两种以上组合。一种将与惯性姿态及惯性姿态变化相对应的输入信号提供给在设备上执行 的应用程序的方法，其特征是，该方法包括-将二轴或三轴加速度计和三轴磁传感器集成到执行应用程序的设备上；使用二轴或三轴加速度计和三轴磁传感器感应到设备的加速度或磁场应力 中的一个或全部；产生上述输入信号，与上述加速度和磁场应力相对应； 提供上述输入信号给应用程序，使应用程序做出相应的处理； 其中集成在该设备上的磁传感器指磁罗盘。所述应用程序包括导航地图、游戏程序、用户触摸程序；所述设备包括便 携式无线设备、移动电话、手机、无绳电话、文本信息设备、寻呼机、对讲机、 便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟机、便携式多媒体设备、掌上 电脑、小型游戏机。一种用来确定空间物体惯性姿态及惯性姿态变化，并改变空间物体上执行 的应用程序操作的方法，其特征是，该方法包括将二轴或三轴加速度计和三轴磁传感器集成到该物体上；利用二轴或三轴加速度计和三轴磁传感器感测物体的惯性姿态及角速度；产生与上述惯性姿态及角速度相应的输入信号；提供上述输入信号给应用程序，使应用程序做出相应的处理；其中集成在该设备上的磁传感器指磁罗盘。其中的应用程序包括导航地图、游戏程序、用户触摸程序；设备包括便携 式无线设备、移动电话、手机、无绳电话、文本信息设备、寻呼机、对讲机、 便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟机、便携式多媒体设备、掌上 电脑、小型游戏机。一种将惯性姿态及惯性姿态变化相对应的输入信号提供给在设备上执行的 应用程序的方法，其特征是，该方法包括将二轴或三轴加速度计和三轴磁传感器集成到该物体上；感应该设备的惯性姿态；当该设备转动时产生一个角速度信号；产生一个和角速度信号相对应的输入信号；将输入信号提供给应用程序，上述应用程序做出相应的改变操作； 其中集成在该设备上的磁传感器指磁罗盘。一种产生输入信号并传递给在便携式电子设备上执行的应用程序的方法，其特征是，该方法包括将二轴或三轴加速度计和三轴磁传感器集成到该设备上；使得二轴或三轴加速度计产生第一组信号，该信号与便携式设备的姿态变 化相对应；使得三轴磁传感器产生第二组信号，该信号与便携式设备的姿态变化相对应；处理第一组和第二组信号；利用第一组和第二组信号，计算横滚角、俯仰角和航向角，以及X轴、Y 轴和Z轴的转动角度；将上述横滚角、俯仰角和航向角，以及X轴、Y轴和Z轴的转动角度转换 成应用程序的输入信号；其中集成在该设备上的磁传感器指磁罗盘。本专利技术的优点是二轴或三轴加速度计及三轴陀螺这些传统的姿态感应设 备可以提供完整的运动状态，如俯仰角、横滚角和偏航角。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种姿态及运动感应系统，包括有可执行的应用程序，其特征在于，　　　　该系统还包括：　　　　提供第一组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴加速度计；　　　　提供第二组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴磁传感器；　　　　其中所述三轴磁传感器指磁罗盘。

【技术特征摘要】
1、一种姿态及运动感应系统，包括有可执行的应用程序，其特征在于，该系统还包括提供第一组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴加速度计；提供第二组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴磁传感器；其中所述三轴磁传感器指磁罗盘。2、 如权利要求1所述的姿态及运动感应系统，其特征是，还包括一个信号 处理单元，经过对第一组信号和第二组信号的处理后，提供姿态角和转动角速 度的信号数据。该信号处理单元包括用于计算横滚角、俯仰角和航向角以及上述第一组和第二组信号中X轴、 Y轴和Z轴角度变换的数据处理单元。3、 如权利要求2所述姿态及运动感应系统，其特征是其中的信号单元包 括模数转换部分。4、 如权利要求2所述姿态及运动感应系统，其特征是还包括一个转换器， 用于将航向角、横滚角、俯仰角以及X轴、Y轴和Z轴的转动角度转换成输入 信号数据，这些数据可以被上述应用程序执行。5、 如权利要求1所述姿态及运动感应系统，其特征是其中的应用程序包 括三维导航地图、三维游戏程序、导航菜单程序、用户触摸程序。设备包括便 携式无线设备、移动电话、手机、无绳电话、文本信息设备、寻呼机、对讲机、 便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟机、便携式多媒体设备、掌上 电脑、小型游戏机。6、 一种姿态及运动感应系统所用的便携式电子设备，包括在该设备上可执行的应用程序，其特征在于，一种姿态及运动感应系统包括提供第一组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴加速度计， 提供第二组关于便携式电子设备姿态变化信号的三轴磁传感器。7、 如权利要求6所述姿态及运动感应系统所用的便携式电子设备，其特征是，所述应用程序包括三维导航地图、三维游戏程序、导航菜单程序、用户触 摸程序。设备包括便携式无线设备、移动电话、手机、无绳电话、文本信息设 备、寻呼机、对讲机、便携式导航系统、袖珍音乐播放器、便携式影碟机、便 携式多媒体设备、掌上电脑、小型游戏机。8、 如权利要求6所述姿态及运动感应系统所用的便携式电子设备，其特征是，还包括一种为该应用程序产生输入信号的输入系统，该输入系统包括存储器，用于存储应用程序、输入信号的计算程序及校正程序； 集成到该设备上的加速度计，可以连续产生设备的俯仰角和横滚角； 集成到该设备上的磁传感器，可以连续产生设备的航向角； 与存储器、加速度计和磁传感器配套运行的处理器，用来执行应用程序， 输入信号的计算程序，以及对来自加速度计和磁传感器的信号进行校正的程序; 其中所述磁传感器指磁罗盘。9、 如权利要求6或8所述姿态及运动感应系统所用的便携式电子设备，其 特征是，所述应用程序包括便携式电子设备的三维导航地图程序、三维游戏程 序、导航菜单程序、用户触摸程序。10、 如权利要求6或8所述姿态及运动感应系统所用...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，雷啸峰，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]