专利名称：能模拟显示升降速度计的便携式电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含这样的外壳的便携式电子设备，所述外壳包含刻度盘以及用于控制安装在刻度盘上的至少两个模拟显示构件的电动装置。特别地，根据本发明的所述设备包含用于在特定操作模式下确定有关在特定瞬间的高度的物理量值的装置，和电子电路，所述电子电路特别包含时基、用于处理所述值的装置和用于存储所述物理量的一个或者几个所确定或所处理的值的装置。
背景技术：
在现有技术中，所述设备已经为人们所知。特别地，人们已知道便携式电子设备能显示测高仪的功能，它通常用于徒步旅行中。
然而，为了进行某些活动，指示高度已经无法满足所述设备的佩带者的需要。特别地，在进行涉及驾驶无动力飞机的飞行运动中，对于飞行员来说，获得与其垂直运动速度相关的信息至关重要。运输飞机上配备的仪器具有相当多的功能，但所述功能并没有全部提供给轻型滑翔机、超轻型飞机、滑翔伞或者三角翼型飞机的飞行员。
此外，在进行某些其他活动时，例如跳伞、徒步旅行或者甚至是山地自行车运动，在与自由降落相关的过程中，运动员获取与其海拔有关的可用信息将非常有用，甚至是必需的。然而，获取可用的补充信息对于从事这类活动的人们来说也很有意义。
发明内容
本发明的第一个目标是提供一种便携式电子设备，其能为其佩带者提供和他的垂直位移速度相关的信息，从而克服现有技术领域中的上述问题。
本发明的另一目标是提供一种便携式电子设备，其显示非常直观，并且使得使用者能够迅速轻易地读取表示在特定瞬间的他的位置的信息。
为此，本发明特别提供了上述类型的便携式电子设备，其特征在于所述处理装置能基于所述物理量的确定值，产生用于所述电动装置的第一控制信号。所述电信号的特性使得，一方面能够通过第一模拟显示构件来显示高度变化的瞬时速率，而另一方面能够通过第二模拟显示构件来显示在限定时间间隔内的高度变化的平均速率。
在本说明的上下文中，应理解，“瞬时”速度意思是用于对计算上述速率所根据的两个连续测量过程进行分隔的时间间隔相对较短，特别是相对于分隔用来计算平均速率的两个测量过程的时间间隔来说。举一个非限定性的例子，可以这样进行，即如果所述平均速率是在一分钟内的，则所述瞬时速率每隔一或者两秒计算一次，如果所述平均速率是在半小时内的，则所述瞬时速率每隔15秒或者30秒计算一次。
由于根据本发明的方案，当所述设备的佩带者读取所述显示时，他只需要非常短暂的时间即可获知其瞬时垂直速度，而所述第一模拟显示构件相对于所述第二模拟显示构件的位置又为他提供了关于其所处情况是加速还是减速的定性指示。
根据本设备的优选实施例，用于确定关于高度的物理量值的装置包含压力传感器，所述压力传感器的测量结果被传给所述处理装置，而所述处理装置则被配置为从所述测量结果中导出在特定瞬间所述设备佩带者的垂直行进速度值。
还可以提出，所述速度的确定应包含确定所述高度值的步骤。因此，可以按以下方式配置根据本发明的设备，即，在特定瞬间的所述高度值可以要么通过相同的显示构件在另外的操作模式下显示，要么例如借助辅助数字显示区域来同时显示。
通过参照附图的非限定例子，阅读以下的详细描述，本发明的其他特点和优势将显得愈发明显，其中图1示出根据本发明优选实施例的便携式电子设备的正视图；以及图2示出图1所示的指示设备的电子电路的通用框图。
具体实施例方式
图1特别以手表的形式，示出了根据本发明的便携式电子设备的第一优选实施例，所述手表能用于无动力飞机，而且无论从结构的观点还是操作的观点来看，它都非常简洁。手表1具有传统类型的手表的外形。因此，它包含表壳2，表壳2可以是例如表壳后盖型(case-back)的，以塑料材料铸模，包含用于固定表带(未示出)的表耳3，并且特别包含时计机芯(未示出)以及表盘4，在表壳2的上表面用玻璃5封闭，围绕玻璃5的外围固定有外圈(bezel)6。手表1还包含独特的控制构件7，也就是特别地既可以作为按钮也可以作为传统的旋纽来使用的柄轴式(stem)表冠。
外圈6带有指示时间的刻度，标刻的数字用于更清晰地标示3、6、9和12点钟位置。
手表1还有两个指针8和9，分别用于指示小时和分钟。
表盘4带有围绕成环形的10等分刻度，它们单位是米每秒，用于指示垂直位移速度值，或者换句话说，即在被称为升降速率模式的特定操作模式构架中的高度变化速率。与零垂直速度对应的位置在3点钟处，并且所述刻度以对称的方式在两个方向上延伸，即一方面在3点钟位置和10点钟位置之间延伸，用以指示上升速度值，而另一方面则在3点钟位置和8点钟位置之间延伸，用以指示下降速度值。特别地，举例来说，所述刻度基本处于-5和+5米每秒之间。
表盘4带有辅助指示11，在此举例来说，即位于所述刻度以内的12点钟处的表达式“速度(m/s)”。这样，所述辅助指示11成为在根据本发明的手表上的实际上唯一的可视指示，它能够提醒观察者，与传统手表相比，所述手表具有辅助功能。
手表1具有特殊的技术装置，所述装置使手表能够特别地为进行飞行运动提供指示，以下将参考图2对其进行简述。根据本发明的优选实施例，所述技术装置特别包含压力传感器，它使得能够在每个时刻测量手表外部环境的气压，并将所述测量值传给所述设备的电子电路。现有技术领域中的许多文献已经对所述技术进行了描述，下文将不再赘述。
下文描述的所述电子电路中的装置将被进一步配置为根据压力传感器传来的测量值，导出高度的变化速率值。
这样，通过对根据本发明的手表的电子电路进行合理编程，提供了第一操作模式，或时间模式，其中时针和分针完成传统功能。另外，柄轴式表冠7具有两个稳定位置和一个不稳定位置，第一个稳定位置是休止位置，在此位置时所述柄轴式表冠不执行任何功能。在传统方式中，第二个稳定位置是相对于所述休止位置的拔出位置，在此位置上能够通过旋转所述柄轴式表冠来校准由两个指针8、9提供的时间指示。所述不稳定位置通过朝着所述手表的表壳2的方向按压所述柄轴式表冠来达到，并且以按钮的方式设置弹簧(未示出)，以用于在气压释放时将其调回休止位置。作用在柄轴式表冠7上的每次按压都能够控制手表，以发起对当前显示的修改并且显示信息，所述信息的特性可以依赖于所述手表的外部参数。
在优选的方式中，由手表1的佩带者，通过能够被所述设备的电子电路检测到的作用在柄轴式表冠7上的动作，来手动激活升降速率模式。
一旦激活了所述升降速率模式，与分针9和时针8相关联的功能就分别是显示基本上瞬时的高度变化速率和显示在预定时间间隔内的高度变化的平均速率。
应注意，根据本发明的电子设备1具有出色的可读性，这是因为其显示适度，并且代表了被证实了几个世纪的结构，也就是优选使用指针的模拟显示系统，尽管可以使用带有读数标识的刻度盘。这样，当所述佩带者读表时，他仅需要很短的时间就可以知道他的瞬时垂直速度，分针9相对于时针8的位置还提供了关于他是处于上升还是下降的情形的定性指示。举例说明，图1所示的情况对应于高度下降“瞬时”速度约为2.5m/s，而前一分钟内高度的平均下降速率约为1m/s。这样，所述手表的佩带者只需迅速扫一眼手表，即可被提醒到他正在经历或者将要经历，相对于其过去前一分钟平均速度的相对较大的加速度。
在手表1中还实现了辅助功能，通过偏置(bias)柄轴式表冠7能够获得所述辅助功能。可以随意提供关于和高度相关的量的辅助功能。通过非限定性例子来说明所述可用功能的性质，以及使用所述功能的方式。
根据在此描述的实施例，装置被设置为在所述升降速率模式期间，控制时针8和分针9，以响应对按压柄轴式表冠7的按压，从而使得所述指针重叠对着所述表盘或者外圈上的辅助刻度12以显示高度值。然后，在几秒钟的时间间隔之后，将自动返回到显示高度变化速率的模式。也可以以备选或者补充方式，通过再次按压柄轴式表冠7来返回所述升降速率模式。
类似地，还可以使所述装置可以控制时针8和分针9，以响应在时间模式下对压柄轴式表冠7的按压，从而使得所述时针和分针额外显示了相应的高度值。
参照图2对上述功能的实现进行说明。图2是根据本发明的便携式电子设备的电子电路通用结构的示意图。
概括地说，所述手表的电子电路特别包含这样的集成电路20，所述集成电路包含能管理所述手表1的传统时间功能的控制电路21，包含为此的时间分割电路，控制电路21与作为时基的振荡器22相连。由所述控制电路21从所述时基中提取时间信息，从而特别地实现所述时间模式的功能和有关升降速率模式的功能。
控制电路21还接收压力传感器23生成的输入信号，产生表示所述周围环境气压的电子模拟信号。所述信号经过模数转换器24，而后以数字信号的形式作为输入提供给控制电路21。
压力传感器23为传统类型的，并且本领域的技术人员在选择能实现本发明的压力传感器时不会遇到任何特殊困难。激励所述压力传感器以使得在所述升降速率模式中进行周期性测量。
所述集成电路20还包含存储区域，特别是第一存储区域25，其优选非易失性类型，用于存储使得控制电路21能执行有关所述升降速率模式的计算的程序，例如，将气压测量结果换算为高度值，然后计算两个连续高度值之间的差值以计算出速率变化。选择可再编程非易失性存储器(例如，闪存或者EPROM)使得可能对所述计算程序进行后续的更新。
所述集成电路20优选包含可以是易失性类型的至少一个第二存储区域26，将由控制电路21所实现的计算结果周期性地存储于存储区域26内。所述第二存储区域26特别用于存储与预先定义的暂时窗口相关的高度值。
举例来说，可以对根据本发明的设备进行编程，以使得控制压力传感器23每秒进行一次环境气压测量。计算在一分钟时间窗口内的高度变化的平均速率。于是，配置存储区域26，以使得其可以存储由控制电路21根据所述压力传感器的测量值计算得到的至少60个连续值。对于由模数转换器24传给控制电路21的每个环境气压测量值，控制电路21将通过传统类型的程序，计算出与所测气压相对应的高度值。
控制电路21还计算从存储区域26中读取的最后所计算的高度值与倒数第三个所计算的高度值之间的差值，以确定高度变化速率的准瞬时值。所述控制电路进一步基于最后所测量的值和60秒之前所计算的高度值，计算高度变化的平均速率值。然后，在存储区域26中，以最后所计算的高度值替代所述60秒之前所计算的值。这样，存储区域26中所存的每个高度值将每隔60秒更新一次。
同时，控制电路21向双向电动装置的驱动电路27发送合适的信号，以使得分针9在表盘上所对的刻度显示高度变化的“瞬时”速率。同样地，控制电路21产生适合于电动装置(例如双向电动机)的驱动电路27的信号，以使得时针8所对的同样刻度显示高度变化的平均速率。
在优选的方法中，以这样的方式配置控制电路21，即，当自进入升降速率模式以来进行的测量次数少于60时，根据最后一次的测量值和存储在存储区域26中的第一次的测量值，计算高度的平均变化速率，采用所述两次测量的间隔时长。
此外，所述手表的电子电路包含用于检测佩带者在柄轴式表冠7上的按压的传统装置(未示出)。柄轴式表冠7在休止时处于位置A，而且还有两个极端位置B和C。如上所述，位置B并不稳定，通过佩带者按压来达到，并且激活控制电路21的修改所述手表的操作模式的功能。当按压柄轴式表冠7使其从时间模式达到位置B时，控制电路21产生用于电动机的驱动电路27的信号，以使得所述时针8和分针9变为显示相应的高度值。同样地，当按压柄轴式表冠7使其从所述升降速率模式达到位置B时，所述控制电路21产生用于电动机驱动电路27的信号，以使得所述时针8和分针9重叠在相应的高度值之上。
举例说明，可以在返回到所述升降速率模式所对应的显示之前，保持高度显示约3秒钟的时间。显然，在此情况下，时针和分针指示的高度值优选每秒更新一次，采用所述压力感应器进行新的测量。
显然，为了提供对作用于柄轴式表冠7上的不同可能动作的各个响应，本领域的技术人员能够根据本发明按照自己的愿望对集成电路20进行编程。
此外，为了在柄轴式表冠7被拔出至稳定位置C时，能够校准在时间模式下指针8和9所指示的当前时间，采用为所述领域技术人员所熟知的传统装置来实现。
根据本发明的所述便携式电子设备的辅助优势将体现在其美感上。这样，由于其显示简约，这个通常是提供与飞行运动或者高空运动相关的功能的传统设备所无法实现的，因此可以在任何时间任何环境下佩带本手表。这样，手表佩带者不必因为热衷于这样类型运动的缘由而佩戴所述手表，在这个意义上来说，人们可以在任何时刻都佩带它而无需牺牲任何美观。
显然，在不偏离本发明范围的情况下，可以设置上文所述的实施模式中的几个变量。
特别地，提供例如液晶显示屏(LCD)(图2中的30)的数字显示区域极为有利，其能够补充由时针8和分针9提供的指示。因此，举例来说，在处于所述升降速率模式时，可以利用所述数字显示区域方便地显示当前时间。此外，可以对所述设备的电子电路进行编程，使得所述数字显示区域能够以替代或者补充所述刻度12的用途的方式，来显示在特定瞬间的当前高度值，以响应在柄轴式表冠7上的适当动作。
另一方面，用于确定高度变化速率值的装置可以例如以GPS(全球定位系统)接收机(图2中的31)的形式来实现，它可以向所述控制电路21直接提供高度值，以替代上文所述的气压值。在改写作为确定高度变化速率的装置的功能的所述电子设备的电子电路程序中，本领域的技术人员不会遇到任何特殊困难。
以类似的方式，在不偏离本发明范围的情况下，本领域的技术人员能够设置涉及用于确定高度变化速率的上述计算方法的变量。举例说明，当用于确定高度值的装置包含压力传感器时，可以对所述设备的电子电路进行编程，以使其直接存储气压值而非高度值。在这种情况下，优选对所述控制电路进行编程，以计算气压变化速率，并且在显示高度变化速率之前，将所得结果转化为所述高度变化速率值。
此外，为所显示的高度变化速率范围提供的数值例子，以及测量频率或者计算都没有限定。实际上，所述便携式电子设备的制造商可以提供几种不同的款式，每一款适合一种已定义的运动类型，每种类型含盖一组高度变化速率范围处于相同量级的运动。举例说明，除了已经描述的特别适合滑翔的款式之外，可以提供用于在进行自由降落时的第一补充款式，其中，在约30秒钟到1分钟的时间间隔内计算平均速率，其速率范围介于-100m/s到+100m/s之间；并且可以提供用于徒步运动和山地自行车运动的第二补充款式，其中，在约半个小时的时间间隔内计算平均速率，其速率范围介于-5000到+5000米每小时之间。
或者，可以使用对数或者半对数刻度来转换大范围的数值，保持低数值的良好可读性，或甚至可以使用适合不同速率数值范围的几个刻度。另一方面，本发明并不局限于用来指示高度变化检测的设备，因为其仅仅是以举例形式示出的手表中的表壳。这样，用来指示高度变化速率绝对值的简单范围可以设置到这样的程度，即在大多数情况下，所述设备的佩带者通常都可以确定其运动方向。这样的变形实施例具有显示所述速率值的刻度范围比图1更广的优势，其能够显示所含数值范围较大的速率值。
另外，可以专门为说英语国家的佩带者提供包含以英尺每分钟为单位的速率刻度的款式。
同样地，在不偏离本发明范围的情况下，本领域的技术人员将能够修改或者忽略有关高度值指示的刻度12。
还可以提供根据本发明的电子设备的变形实施例，其中，所述设备进一步包含告警装置(图2中的32)。在这种情况下，为了提高所述佩带者的安全性，将优选使用所述电子电路20来控制所述告警装置，以响应检测到超出预先设定的高度变化速率限度。可以通过这样的传统方式来实现告警装置32，即在所述设备的外圈区域的可视或者发光告警、音响告警或者甚至振动器。
权利要求
1.一种便携式电子设备(1)，包含外壳(2)，所述外壳包含刻度盘(4)、用于控制安装在所述刻度盘(4)上的至少两个模拟显示构件(8，9)的电动装置(27)、用于确定有关在特定瞬间的高度的物理量值的装置(23，31)、电子电路(20)，所述电子电路(20)特别包含时基(22)、用于处理所述数值的装置(21)、以及用来存储一个或者几个所确定或所处理的所述物理量值的装置(26)，其特征在于，所述处理装置(21)被配置为，基于所述物理量的确定值，产生用于所述电动装置(27)的第一控制信号，以实现一方面通过所述模拟显示构件的第一个(9)来表示高度变化的瞬时速率，而另一方面通过所述模拟显示构件的第二个(8)来表示在预定时间间隔内的高度变化的平均速率。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，用于确定有关高度的所述物理量级值的所述装置包含压力传感器(23)。
3.根据权利要求1或者2的设备，其特征在于，所述电子电路进一步包含时计机芯，所述设备具有时间操作模式，在此模式下，所述电子电路(20)被配置为产生用于所述电动装置(27)的第二控制信号，以控制所述模拟显示构件(8，9)，使其显示当前时间。
4.根据权利要求1到3中的任何一项的设备，其特征在于，所述电子电路(20)被进一步配置为基于所述确定装置(23，31)所确定的值，确定在特定瞬间的高度值。
5.根据权利要求1到3中的任何一项的设备，所述设备进一步包含数字显示区域(30)，其特征在于，所述电子电路(20)被进一步配置为基于所述确定装置(23，31)所确定的值，确定在特定瞬间的高度值，并且产生用于控制电路的第三电信号，以使所述数字显示区域显示所述所确定的高度值。
6.根据前述权利要求中的任何一项的设备，其特征在于，所述处理电路(21)被配置为产生用于告警装置(32)的补充电信号，以响应检测到所述物理量的所述确定值中的一个超越预定限度。
全文摘要
本发明涉及一种便携式电子设备(1)，例如手表，它包含至少第一模拟显示构件(8)和第二模拟显示构件(9)、用于测量有关高度值的物理量的装置(23，31)，以及用于存储所测量的所述物理变量的存储区域(26)。在被称为升降速率模式操作模式下，所述设备的电子电路(20)能够控制所述模拟显示构件，从而使得第一显示构件(9)所对着的所述设备上的适当刻度(10)能够指示高度变化的瞬时速率，并且第二显示构件(8)所对着的所述设备上的适当刻度(10)能够指示高度变化的平均速率。本发明主要应用于飞行运动领域。
文档编号G04G99/00GK1926480SQ200580006659
公开日2007年3月7日 申请日期2005年3月2日 优先权日2004年3月3日
发明者G·M·马泰 申请人:Eta瑞士钟表制造股份有限公司