一种适用于iPhone手机的外置运动跟踪传感器VR眼镜的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实设备技术领域，特别是涉及一种适用于iPhone手机的外置运动跟踪传感器VR眼镜。

背景技术：

虚拟现实(Virtual Reality,VR)，这个概念由美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier在1989年提出的，这一词语很快成为这一技术领域的专用名词，并一直沿用至今。虚拟现实头戴显示器设备，简称为VR眼镜，VR眼镜是利用仿真技术、计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术集合的产品，并且通过双眼视差，使用户会有很强的立体感。在VR眼镜设备中，配备有陀螺仪、加速计等惯性测量单元(IMU-Inertial measurement unit),IMU为VR眼镜的重要组成部分，它是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置，它可以实时感知用户头部的位置，并对应调整显示画面的视角，使得用户仿佛融入到VR眼镜中的虚拟世界里。VR眼镜要求虚拟现实的响应时间要短，且得出数据后，数据不能有震荡。如果系统响应时间较长，在佩戴头盔后体验者头部转动时，画面在相应的跟随变化上就会出现滞后，将导致佩戴者产生眩晕，严重影响用户体验。

在VR眼镜的已有技术中，通常有两种解决方案：一种是直接利用智能手机自带的IMU采集用户的头部运动信息，如中国专利201420788390.9公开了一种VR眼镜，它包括主体支架、于主体支架两端分别设置的眼罩和可打开的手机搁架、设置于主体支架内的双目透镜，所述手机搁架包括：框架、位于框架上的面板；所述面板上包括一与面板分体的第二面板，所述第二面板可相对面板打开或闭合以使放置于手机搁架上的手机的摄像头被暴露或遮挡。该已有技术，可实现手机所播放虚拟现实与实景叠加式的虚拟现实。该VR眼镜可以将iPhone手机放置到VR眼镜中，但iPhone手机与VR眼镜并没有电路连接。只是使用iPhone手机自带的IMU，该IMU只有由3轴加速的传感器和3轴陀螺仪，采样频率较低为100Hz，延时大，有明显的延时卡顿感觉，用户体验感觉不好，移动是会发生眩晕等现象。另一种是采用IMU结合磁力计、气压计、温度计等组成多轴运动跟踪装置，通过多轴运动跟踪装置采集人体头部运动信息，将采集的数据传输到计算机中，对相应的数据进行处理，调整显示器画面的角度及方向，使人有沉浸感体验，如中国专利201420789276公开了“一种实现虚拟现实技术的装置”，该装置包括：虚拟主机；其中，所述虚拟主机，进一步包括，处理器、传感器、显示屏和音频模块；所述处理器，用于处理数据信号；所述传感器，用于采集数据信号；所述显示屏，用于显示视频信号；所述音频模块，用于输入或输出音频信号。该实用新型装置虽然改善了用户体验，但是其装置中需配备主机及显示器等多种设备，体积大、成本高，只能与高性能电脑通过数据线相连，不可与手机相连，体验中受到场地及环境限制，可移动性大大降低，不便于推广使用。

技术实现要素：

为克服已有技术中存在的问题，本实用新型的目的是用较小的成本消除使用VR眼镜体验时的眩晕问题，并使得用户使用和携带方便，全面提升用户体验感。

为实现上述目的，本实用新型在iPhone手机内含的处理器及显示器的基础上，提出了一种适用于iPhone手机的外置运动跟踪传感器VR眼镜。本实用新型所述的VR眼镜是由iPhone手机连接外置运动跟踪传感器、并安装在VR眼镜外壳中构成；其中，所述的外置运动跟踪传感器包括与iPhone手机进行通信的iPhone手机连接器接口电路、微控制单元(MCU:Microcomputer Control Unit)、MFI(Made for iOS)认证芯片以及多轴运动跟踪装置。

所述的iPhone手机连接器接口电路是由Lightning(C10)及外围电路构成；

所述的微控制单元可以是由ARM-Cortex系列处理器及外围电路构成；

所述的MFI认证电路是由Coprocessor 2.0C及外围电路构成；

所述的多轴运动跟踪装置可以是九轴运动跟踪装置，由MPU9250芯片及外围电路构成。

本实用新型在VR眼镜中装有九轴运动跟踪装置并与iPhone手机相连接，运动采样频率可达1000Hz，将采样数据通过Lightning接口传输到iPhone手机中，使画面更流畅，延时小，定位更准确。本实用新型不但解决了iPhone手机内置陀螺仪精度及频率不够，导致VR眼镜体验效果不佳，出现眩晕的问题，而且不必与计算机及显示器等较大外围设备相连，灵活小巧，可移动性高，大大提升了VR眼镜的用户体验。

附图说明

图1是本实用新型组成结构示意图；

图2是本实用新型外置运动跟踪传感器电路原理图；

图3是本实用新型工作流程图；

图4是本实用新型外壳及组装结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也是本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构及工作原理作进一步地详细描述。

如图1所示，一种适用于iPhone手机的外置运动跟踪传感器VR眼镜，它是由iPhone手机100连接外置运动跟踪传感器200、并安装在VR眼镜外壳300中构成；其中，所述的外置运动跟踪传感器包括与iPhone手机进行通信的iPhone连接器接口电路201、微控制单元(MCU)202、MFI(Made for iOS)认证芯片203以及多轴运动跟踪装置204。

其中，所述的与iPhone手机进行通信的iPhone连接器接口电路是由Lightning(C10)接口电路构成；所述的MCU可采用ARM-Cortex系列处理器及外围电路构成；所述的MFI认证电路应采用Coprocessor 2.0C及外围电路构成；所述的多轴运动跟踪装置可采用九轴运动跟踪传感器，用以满足三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力计的需要。使用时，iPhone手机与Lightning接口电路相连接，由iPhone手机为VR眼镜供电，VR眼镜通过USB协议与iPhone手机通信，由Coprocessor 2.0C芯片及外围电路完成MFI认证，MCU控制运动跟踪装置采集数据，例如，每1ms采集一次并将数据发送到iPhone手机，iPhone手机通过内置IOS系统的app软件对数据进行处理。

如图2所示，所述的与iPhone手机进行通信的iPhone手机连接器接口电路是由苹果公司指定型号的Lightning(C10)及外围电路构成；

所述的微控制单元是由ARM-Cortex系列处理器及外围电路构成，例如：STM32F103RCT6及外围电路；

所述的MFI认证电路是由苹果公司指定芯片Coprocessor 2.0C及外围电路构成；

所述的多轴运动跟踪装置为九轴运动跟踪装置，例如：MPU9250及外围电路组成的九轴运动跟踪传感器。

图2中，Y1为晶振，晶振频率可采用8MHz；KEY1为模拟手机返回功能按键；芯片P1及外围电路构成与iPhone手机进行通信的iPhone手机连接器接口电路；VCC为电源正：3.3V；GND为地。

本实用新型所述一种适用于iPhone手机的外置运动跟踪传感器VR眼镜电路部分具体连接结构如下：

图2中，芯片P1及外围电路构成Lightning接口电路，为苹果公司指定连接器，使用USB通信方式。其中，P1的1脚与VCC相连，P1的2脚与GND相连，P1的3脚与R3的2脚相连，R3的2脚与VCC相连，R4的1脚与VCC相连，R5的2脚与P1的3脚相连，R6的2脚与P1的4脚相连。

图2中，芯片U1(STM32F103RCT6)及外围电路构成所述的MCU：其中U1的5脚与Y1的1脚相连，U1的6脚与Y1的2脚相连，U1的7脚与R4的2脚相连，U1的16脚与U2的22脚相连，U1的28脚与R1的1脚相连，U1的34脚与U2的23脚相连，U1的35脚与U2的9脚相连，U1的36脚与U2的24脚相连，U1的44脚与R5的1脚相连，U1的45脚与R6的1脚相连，U1的50脚与KEY1的1脚相连，U1的52脚与U3的6脚相连，U1的53脚与U3的2脚相连，U1的60脚与R2的1脚相连，U1的12、18、31、47、63脚与GND相连，U1的13、19、32、48、64脚与VCC相连，R1的2脚与GND相连，R2的2脚与GND相连，Y1的1脚与C1的1脚相连，Y1的2脚与C2的1脚相连。

图2中，芯片U2(MPU9250)及外围电路构成所述的九轴运动跟踪装置，其中，MPU9250芯片可使用IIC(Inter IC BUS)通信方法和SPI(Serial Peripheral Interface)通信方式，相对于IIC通信方式，SPI通信方式时钟信号频率更高，通信速率更快，本实施例采用了SPI通信方式与MCU通信，通过U2的9脚、22脚、23脚、24脚与MCU相连。九轴运动跟踪装置的具体链接方式可以是：U2的9脚与R13的1脚相连，U2的10脚与C11的1脚相连，U2的11脚与R12的1脚相连，U2的22脚与R7的2脚相连，U2的23脚与R9的2脚相连，U2的24脚与R8的2脚相连，U2的1、8、13脚与VCC相连，U2的18、20脚与GND相连R7的1脚与VCC相连，R8的1脚与VDD相连，R9的1脚与VCC相连，R10的2脚与VCC相连，R11的2脚与VCC相连，R12的2脚与GND相连，R13的2脚与GND相连，C9的1脚与VCC相连，C9的2脚与GND相连，C10的1脚与VCC相连，C10的2脚与GND相连，C11的2脚与GND相连。

图2中，芯片U3(Coprocessor 2.0C)及外围电路构成所述的MFI认证单元，此为苹果公司指定芯片。使用IIC通信方式与MCU通信，每次系统与iPhone手机相连时都需通过MFI认证，系统才可被iPhone手机识别为一有效外设，如没有MFI认证，iPhone手机将不会与外设进行通信。图中U3的2脚与R10的1脚相连，U3的6脚与R11的1脚相连，U3的1脚与GND相连，U3的7脚、8脚与VCC相连，C7的1脚与VCC相连，C7的2脚与GND相连，C8的1脚与VCC相连，C8的2脚与GND相连。

图2中，按键电路为KEY1的2脚与GND相连。

如图3所示，在上述电路基础上可以内设如下的软件程序：当系统启动时，系统进行初始化，通过USB协议建立系统与iPhone连接，建立iAP2(苹果公司专门为苹果配件指定的协议)协议，只有建立苹果公司制定的通信协议才能接入iPhone手机，并与iPhone手机进行通信，该通信协议分为两层，Link层(链路层)为底层协议，Session层(会话层)为上层协议，首先建立Link层连接，然后进行MFI认证，判断MFI是否通过，如果没有通过，系统继续进行MFI认证程序，如果MFI认证通过，开始建立Session层连接，Session层建立完成后系统即与iPhone手机进行上层数据收发，通过定时器中断设置系统每1ms读取一次运动跟踪传感器数据，并将数据Session层发送到iPhone手机中。

如图4所示，本实用新型由壳体及内部电路组成，使用时，打开VR眼镜前面板，放入iPhone手机，将VR眼镜的Lightning连接线与iPhone手机的Lightning接口相连接，闭合前面板，固定住iPhone手机。

需要说明的是，本实用新型各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本实用新型所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实用新型没有引入上述各设备实施方式以及与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元，但这并不表明不存在上述设备实施方式以及其它有关实施单元。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。