三维空间书写遥控装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维空间书写遥控装置。为了克服现有红外遥控激光笔、无线和蓝牙鼠标等使用不方便，操作距离短等不足，本发明包括移动终端、固定终端、PC机，所述移动终端包括数据采集单元、发射端数据处理单元、无线发射单元，所述数据采集单元具有加速度传感器、陀螺仪、按键，所述加速度传感器、陀螺仪、按键分别与发射端数据处理单元连接，该发射端数据处理单元与无线发射单元连接，所述固定终端包括接收端数据处理单元、接受无线发射单元信息的无线接收单元，该无线接收单元与接收端数据处理单元连接，该接收端数据处理单元与PC机连接。本发明用于课堂教学、学术报告中，能够使人离开计算机进行三维空间书写、遥控指示，实用性很强。
【专利说明】三维空间书写遥控装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于加速度传感器和陀螺仪的空间书写遥控装置，具体为一种三维空间书写遥控装置。
【背景技术】
[0002]随着多媒体的发展，在教学或各种学术讲座中都广泛应用多媒体技术，如PPT、FLASH等，应用多媒体技术可以增加授课内容的生动性。在学术活动中，专家、学者进行讲解时，也广泛使用多媒体。
[0003]目前在多媒体教学中主要使用红外遥控激光笔、无线和蓝牙鼠标、荧光笔等进行控制和输入。
[0004]红外遥控激光笔是一款适用于计算机及多媒体投影机上进行电子文件演示的电子产品，在欧美等发达国家的使用已经很普遍了，它在传统激光教鞭只具有激光指示功能夕卜，增加了遥控文件翻页的功能，只需简单地按动激光笔上、下翻页按钮，就可以无线方式遥控计算机上、下翻页，使得演示者可以不触摸计算机就可以对电子文档的自由翻页和随意演示。但是它的使用距离受限，且不能添加图文、注释等，并且激光对眼睛有很大伤害。
[0005]无线和蓝牙鼠标在教学中也起到一定的作用，但其使用距离短，且要放在平面上进行操作。老师们在教学演示的过程中，往往需要坐在计算机旁边，一边操作计算机一边进行讲解，本来提供方便的多媒体演示设备，却把老师们丰富的肢体语言给束缚了。
[0006]在PPT、FLASH等的演示过程中，也经常用到荧光笔，虽然它能在演示过程中添加注释、图文等操作，但其使用不方便，操作距离很短，且必须要用鼠标或键盘进行操作。
[0007]这几种装置和操作方式在教学或各种学术讲座中都碰到这样的尴尬，如改变投影幻灯片的内容而进行上下翻页等操作，适当的添加注释和图文时，讲解者不得不回到计算机旁边通过鼠标或键盘来完成，这给讲解者带来极大的不便，也影响讲解者的思路和讲解效果，这对于教师给学生授课时显得尤其凸显。如何让使用者在教学演示时彻底解放出来，真正实现“走到哪里，讲到哪里，讲到哪里，指到哪里”，让使用者在教学、演示时可以随意走动，最大限度发挥肢体语言的优势，让教学、演讲更生动，更完美，成了急需解决的一大难题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就是针对上述不足，提供一种三维空间书写遥控装置，它能够使使用者离开计算机进行三维空间书写、遥控，在教学演示时可以随意走动，随意在空间操作添加图文、注释等，最大限度发挥肢体语言的优势，让教学、演讲更生动，更完美，使使用者在教学演示时彻底解放出来，不受空间限制，可在较远距离范围控制多媒体计算机实现幻灯片内容改变、写字、绘图、上下翻页等操作，且操作简便，体积小，功耗低，制造成本低，携带和使用方便，实用性很强。
[0009]为达到上述目的，本发明的技术方案是，该三维空间书写遥控装置，包括移动终端、固定终端、PC机，所述移动终端包括数据采集单元、发射端数据处理单元、无线发射单元，所述数据采集单元具有加速度传感器、陀螺仪、按键，所述加速度传感器、陀螺仪、按键分别与发射端数据处理单元连接，该发射端数据处理单元与无线发射单元连接，所述固定终端包括接收端数据处理单元、接受无线发射单元信息的无线接收单元，该无线接收单元与接收端数据处理单元连接，该接收端数据处理单元与PC机连接。
[0010]所述数据采集单元的加速度传感器、陀螺仪、按键，以及发射端数据处理单元、无线发射单元集成在所述移动终端内部。
[0011]所述无线接收单元、接收端数据处理单元集成在所述固定终端内部。
[0012]本发明移动终端的按键、加速度传感器和陀螺仪所采集的数据，通过无线发射单元发送给固定终端；固定终端接收来自移动终端的数据，利用微处理器将加速度传感器采集的空间三轴的加速度值转换为三轴的轨迹，将陀螺仪采集的数据转换成角速度转发给PC机，由PC机进行绘图和操作，从而实现空间手写输入的功能。
[0013]本发明采用三轴加速度传感器和陀螺仪检测操作动作，将检测到的加速度和角度数据通过积分运算，感知角度、速度、位移等参量。
[0014]本发明集成到移动终端中，感知操作者的手或其它器官移动的动作，根据传感器采集的数据实现PC机上的输入、绘图和控制。
[0015]本发明基于三轴加速度传感器和陀螺仪输入设备，可以脱离二维平面，在三维空间控制PC机进行绘图、书写等；另外由于三轴加速度传感器和陀螺仪体积微小、可批量生产、精度较高，可以基于它设计各种形状和功能的输入设备。
[0016]本发明不受空间限制，可在较远距离范围控制多媒体计算机实现幻灯片内容改变、写字、绘图、上下翻页等操作，且操作简便，体积小，成本低，功耗低，实用性很强。
[0017]本发明继承了现有产品的所有优点，能够实现离开计算机在空间绘图、注释等功能，为了方便数据传送和实现更广的应用范围，本发明采用无线通信模式，操作距离超过100 米。
[0018]本发明可广泛应用于课堂教学和学术报告中，能够使使用者离开计算机进行三维空间书写、遥控，在教学演示时可以随意走动，随意在空间操作添加图文、注释等，最大限度发挥肢体语言的优势，让教学、演讲更生动，更完美，使使用者在教学演示时彻底解放出来，不受空间限制，可在较远距离范围控制多媒体计算机实现幻灯片内容改变、写字、绘图、上下翻页等操作，且操作简便，体积小，功耗低，制造成本低，携带和使用方便，实用性很强。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]该附图是本发明示意图。
[0020]图中，1.移动终端，2.加速度传感器，3.陀螺仪，4.按键，5.数据采集单元，6.发射端数据处理单元，7.无线发射单元，8.PC机，9.固定终端，10.接收端数据处理单元，
11.无线接收单元。
【具体实施方式】
[0021]如图所示，本发明三维空间书写遥控装置，包括移动终端1、固定终端9、PC机8，移动终端I包括数据采集单元5、发射端数据处理单元6、无线发射单元7 (具有RF无线发射电路)，数据采集单元5具有加速度传感器2 (分别输出三组沿X、Y、Z轴方向的加速度数据)、陀螺仪3(采用三轴陀螺仪，可以输出空间旋转的角速度数据)、按键4，加速度传感器
2、陀螺仪3、按键(4)分别与发射端数据处理单元6连接，发射端数据处理单元6与无线发射单元7连接，固定终端9包括接收端数据处理单元10、接受无线发射单元7信息的无线接收单元11 (该无线接收单元11具有RF接收电路，负责接收来自移动终端I的加速度和空间旋转的角速度数据)，无线接收单元11与接收端数据处理单元10连接，接收端数据处理单元10与PC机8连接。数据采集单元5的加速度传感器2、陀螺仪3、按键4，以及发射端数据处理单元6、无线发射单元7集成在所述移动终端I内部。
[0022]无线接收单元11、接收端数据处理单元10集成在所述固定终端9内部。
[0023]为了滤除系统随机误差，本发明采用基于双状态预测的卡尔曼滤波器对加速度传感器2输出信号进行滤波处理。为了抑制外界环境因素导致的非线性误差，本发明依据非线性特性，设计了基于加速度传感器2的非线性特性曲线的加速度数值修正算法。通过利用加速度传感器2的温度补偿、标定补偿和非线性补偿，减小该类非线性误差。
[0024]使用时，手持移动终端1，移动终端I的按键4有四个:K1设置任意点作为参考点，K2设置显示屏上的光标，K3为翻页功能键，K4绘图、注释等功能键。无线接收单11接收来自无线发射单元7的数据并送入接收端数据处理单元10，由接收端数据处理单元10对其接收的数据进行处理，恢复手写笔在空中写的内容，并在PC机上显示出来。其无线发射的最远距离可超过100米。
[0025]接收端数据处理单元与PC机通过串口或USB 口进行连接，由PC机处理接收的数据并根据接收的指令数据调用相关控件，进行翻页、绘图等操作，从而实现无线输入功能。
[0026]本发明采集的数据通过无线发射单元7发送给固定终端9 ;固定终端9接收来自移动终端I的数据，利用微处理器将加速度传感器2采集的空间三轴的加速度值转换为三轴的轨迹，将陀螺仪3采集的数据转换成角速度转发给PC机，PC机调用相关控件进行绘图和操作，从而实现空间手写输入的功能。
【权利要求】
1.一种三维空间书写遥控装置，包括移动终端(I)、固定终端(9)、PC机(8)，其特征在于，所述移动终端(I)包括数据采集单元(5)、发射端数据处理单元(6)、无线发射单元(7)，所述数据采集单元(5)具有加速度传感器(2)、陀螺仪(3)、按键(4)，所述加速度传感器(2)、陀螺仪(3)、按键(4)分别与发射端数据处理单元(6)连接，该发射端数据处理单元(6)与无线发射单元(7)连接，所述固定终端(9)包括接收端数据处理单元(10)、接受无线发射单元(7)信息的无线接收单元(11)，该无线接收单元(11)与接收端数据处理单元(10)连接，该接收端数据处理单元(10)与PC机⑶连接。
2.根据权利要求1所述的三维空间书写遥控装置，其特征在于，所述数据采集单元(5)的加速度传感器(2)、陀螺仪(3)、按键(4)，以及发射端数据处理单元(6)、无线发射单元(7)集成在所述移动终端(I)内部。
3.根据权利要求1所述的三维空间书写遥控装置，其特征在于，所述无线接收单元(11)、接收端数据处理单元(10)集成在所述固定终端(9)内部。
【文档编号】G06F3/0346GK103677321SQ201210358101
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2012年9月21日
【发明者】宋庆恒, 王晓鹏, 黄利军, 殷富有 申请人:怀化学院