[发明专利]姿态及运动感应系统及使用该系统的便携式电子设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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已有提出。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。

发明内容

本发明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。

按照本发明提供的技术方案，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；