专利名称：具有方位识别功能的智能控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用地磁传感器进行空间指向的迅速定位，并利用加速度传感器采集旋动、震动等手势来精确控制多种电器设备的具有方位识别功能的智能控制设备
背景技术：
红外已经广泛作为主要的通信控制方式被应用在家用设备中。为了进行对设备的 遥控，用户需要将遥控器对准被控设备并按下按键来控制它。但随着家用设备数量的增加， 遥控器设备在大量的增加，多个遥控器之间转换的非常麻烦。实现多个设备的控制和学习 操作非常复杂。
发明内容
本发明通过空间手势以及所指方位来迅速、精确的控制多种家用及工业电器设备 的开关、音量、频道、功能切换等功能。上述的目的通过以下的技术方案实现具有方位识别功能的智能控制设备，其组成包括传感器单元，所述的传感器单元 连接核心控制单元，所述的核心控制单元连接用户反馈单元，所述的核心控制单元连接通 信单元，所述的核心控制单元连接数据辅助单元；所述的传感器单元；具有地磁传感器和 加速度传感器，所述的地磁传感器可采集地球磁场强度，所述的地磁传感器通过参考地球 磁场来判断当前设备指向，所述的加速度传感器可采集动态加速度以及重力加速度，所述 的加速度传感器通过采集地球重力相对控制器的方向来确定设备在空中的倾斜角度。所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的用户反馈单元；具有视觉信息 反馈装置，所述的视觉信息反馈装置用来显示当前操作状态，所述的视觉信息反馈装置可 以包含单色或多色显示屏，所述的视觉信息反馈装置可以包含一个或者多个灯，它们排列 在一排或者更多排上。所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的数据辅助单元；具有非易失性 存储器；所述的非易失性存储器用来储存被控设备的控制信息；所述的通信单元；可以具 有红外线发射及接收装置，可以具有其他合适的无线通信组件；所述的红外线发射及接收 装置用来发送和采集控制信号；所述的其他合适的无线通信组件用来发送和采集控制信 号；所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的核心控制单元首先根据控制器 的指向来选择控制指令集，之后根据控制器在空中的旋动程度或者晃动方向来选择控制指 令集中相应的控制指令；所述的核心控制单元通过一种学习方法实现控制信息的采集，首 先通过控制器的指向以及设备在空中旋动、晃动的状态确定学习指令的索引项，之后通过 采集原设备遥控器发出的红外控制信号来获得控制指令的内容，所述的核心控制单元通过 定位辅助功能增加采集方位信息的精确度，所述的核心控制单元通过传感器采集磁场信息 和加速度信息，对设备在空中的姿态以及运动方式做出识别，并通过通信单元对被控设备发出控制指令。
本发明的有益效果1.本发明所实现的可以控制所有具有红外遥控功能的家电及其他设备。2.本发明具有“学习”功能，可以学习现有电视机、空调、音响等红外遥控器，学习 后可记录这些红外遥控器的数据，并能模拟这些数据对家用电器进行控制，操作更加简捷、 时尚。3.本发明只有两个按键，并可用形象的手势进行控制，操作过程非常简单，科技含 量高，具备手势识别功能，功能强大，可标记设备、干扰提示等。本发明外观小巧、精致，操作 界面有液晶显示屏和两个按键，使操作更加简单、清晰、明了，老年人可以轻松使用，同时本 产品还极具时代感，也是年轻人追捧的对象。4.本发明无论从硬件或软件都可体现出它的高科技含量，并且具有智能的手势识 别系统，为现代高科技产品，界面简单、清晰、富有时代感，适合各类人群。5.本发明所使用的控制器不仅可以通过手势来调节音量、频道、温度等，还可通 过内部的MEMS地磁传感器来指向各个被控设备，并具有强磁干扰提示，震动提示等多种功 能。具有控制精准、指示明确、误报率低等优点.7.本发明所使用的核心控制芯片内包含软件滤波、干扰识别程序等多种强大算 法，使采集到的数据更准确，最大化的减少了误报率，设备工作稳定，让用户使用起来更方 便、自如。本发明可以将各个设备的一些常用操作进行记录，并以一种“空间控制”的方法进 行遥控，这种控制方法更加简洁、时尚。特别对于年轻人来说，一种在空中完成的操作更具 “创意”与“魅力”。对于老年人，这种操作方式不需仔细分辨遥控器上的复杂按键就可以轻 松控制多种家用电器。本发明不仅可以对家电的开关进行控制，还可以对灯光亮暗、风扇转速、窗帘开 合、音量大小等对程度有要求的控制进行精确操作。在操作时只需要在空中做出旋动旋钮 的动作即可完成对控制程度的精确操作。
附图1是本发明A的立体图。附图2本发明B的方框图。图3本发明操作控制步骤图。图4本发明信号学习步骤图。图5本发明电路图。控制设备电路，本发明该电路原理图。
具体实施例方式实施例1 具有方位识别功能的智能控制设备，其组成包括传感器单元，所述的传感器单元 连接核心控制单元，所述的核心控制单元连接用户反馈单元，所述的核心控制单元连接通 信单元，所述的核心控制单元连接数据辅助单元。所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的传感器单元；具有地磁传感器 和加速度传感器，所述的地磁传感器可采集地球磁场强度，所述的地磁传感器通过参考地球磁场来判断当前设备指向，所述的加速度传感器可采集动态加速度以及重力加速度，所 述的加速度传感器通过采集地球重力相对控制器的方向来确定设备在空中的倾斜角度。所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的用户反馈单元；具有视觉信息 反馈装置，所述的视觉信息反馈装置用来显示当前操作状态，所述的视觉信息反馈装置可 以包含单色或多色显示屏，所述的视觉信息反馈装置可以包含一个或者多个灯，它们排列 在一排或者更多排上。所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的数据辅助单元；具有非易失性 存储器；所述的非易失性存储器用来储存被控设备的控制信息；所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的通信单元；可以具有红外线发 射及接收装置，可以具有其他合适的无线通信组件；所述的红外线发射及接收装置用来发 送和采集控制信号；所述的其他合适的无线通信组件用来发送和采集控制信号；所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的核心控制单元；所述的核心控 制单元通过一种控制方法实现控制操作，首先根据控制器的指向来选择控制指令集，之后 根据控制器在空中的旋动程度或者晃动方向来选择控制指令集中相应的控制指令。所述的 核心控制单元通过一种学习方法实现控制信息的采集，首先通过控制器的指向以及设备在 空中旋动、晃动的状态确定学习指令的索引项，之后通过采集原设备遥控器发出的红外控 制信号来获得控制指令的内容。所述的核心控制单元通过定位辅助功能增加采集方位信息 的精确度，所述的核心控制单元通过传感器采集磁场信息和加速度信息，对设备在空中的 姿态以及运动方式做出识别，并通过通信单元对被控设备发出控制指令。所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的定位辅助功能是将控制器指向 一个目标设备后，可按照当前控制器指向重新建立参考指向方向。实施例2 实施例1所述的具有方位识别功能的智能控制设备的实施方法，所述的空间定 向将控制器指向被控设备，控制器将参照地球磁场进行迅速、精确定位，自动选定被控设 备，按下中键将锁定被控设备。当操作者相对被控设备的位置发生改变时，可以通过按下侧 键2秒钟来重新设定参照坐标。所述的控制程度量实例音量、温度、灯光亮度、窗帘开合速度、影片播放速度 等。所述的操作方式按下中键旋动控制器，达到所需程度时释放按键发射控制指令。所述的控制状态量实例频道、菜单、工作状态、开关、上下曲目切换等。所述的 操作方式按下中键晃动控制器，手势识别状态指示灯亮起长按、连按或释放中键发射控制 指令。(长按中键每隔2秒自动重发指令，用来连续切换频道、曲目等；连按中键立即重发 指令，用来快速切换频道、曲目等；释放中键只发送一次指令，用来控制开关、工作状态等。)所述的红外学习控制器可对绝大部分家用电器的红外遥控器进行学习、模拟。不 需改变原有电器设备就可实现控制功能。所述的多套控制指令切换控制器可储存多套控制指令，以适应多个房间多种方位的综合控制。切换控制指令集只需在开机时按住相应设定键即可完成指令集的选择。所述的节能休眠当控制器保持静止5秒钟后，自动关闭指示灯、地磁传感器以及 大部分控制单元进入休眠模式以节省电量。进入休眠模式后如果控制器发生移动，将自动 唤醒控制器全部功能进入控制模式。
实施例3 实施例1所述的具有方位识别功能的智能控制设备的实施方法，所述的控制器采用一个地磁传感器以及一个加速度传感器来构成传感器单元。传感器单元可测量本产品在 空间中所指示的方向，并通过方向的变化来切换控制目标。传感器单元还可以测量本产品 相对于水平面的夹角以及其在空间中运动的方向，之后根据夹角来确定控制程度，或者根 据其运动方向来定义控制指令。(1)定向功能通过地磁传感器来采集地球磁场在传感器各轴上产生的磁力分量大小来获得当 前传感器相对于地球磁场的方向。由于地磁传感器所采集的信号只能标示出地球磁场在其 每个轴向上的地磁分量，所以两个轴向的数值都需要参与运算来求得传感器的当前指向。 方向求解公式为Azimuth = 90 (χ = 0，y < 0)Azimuth = 270 (χ = 0, y > 0)Azimuth = 180-[arctan (y/x) ] * 180/ Π (χ < 0)Azimuth = -[arctan(y/x)] * 180/ Π (χ > 0, y < 0)Azimuth = 360-[arctan(y/x)] * 180/ Π (χ > 0, y > 0)(2)倾角及动作采集功能通过双轴加速度传感器来采集当前传感器所受到的加速度。通过此加速度可以较 准确的确定处于静止状态中的设备相对于水平面的夹角，还可以测定出设备在空间中的移 动方向。由于使用的是双轴加速传感器，考虑到其误差所以无法通过算法来精确测定其在 三维空间中相对于水平面的夹角，但是可以确定大致方位，足够感知倾角与动作信息。(3)红外控制功能通过红外线接收管来采集现有被控设备的红外控制信息，将控制信息与本设备的 控制动作相对应后存入非易失性存储器中。当控制设备时，作出相应动作后会根据存储器 中的信息模拟被控设备相应的控制信息来控制被控设备。实施例4 实施例1所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的标号A表示一种具有 方位识别功能的控制器，它可以被用来遥控控制音量、频道、开关以及可以更广泛的应用于 家用或者工业设备的控制。使用控制器A，用户可以通过一系列的手势来完成控制操作，比 如将控制器指向一个特定的方向，按下一个或更多按键，作出手势，放开按键，完成对设备 的控制。控制器A是一个类似遥控器的手持便携性设备。控制器A可以包含输入键1。输入键1可以是一个在控制器A上方的一个大按键。 输入键1可以是具有旋动功能的旋钮。输入键1可以是具有压力感应功能的按键，输入键1 可以是具有压力感应功能的滚轮。输入键1可以对精确测量出操作中产生的压力，比如可 以根据压力控制如灯光亮度，音量，转速。输入键1可以通过滚动选择控制指令。控制器A 可以包含多个类似输入键1的输入键。控制器A可以包含辅助键2。辅助键键2可以在设备初始化时被用于校准操作，也 可以作为更多辅助功能的操作按键。控制器A可以包含指示灯3。指示灯3可以是一个或者多个灯，可以显示出当前控制器A所处的工作状态，比如待机模式时指示灯3成周期性闪烁。控制器A可以包含通信窗4。通信窗4可以作为红外线发射与接收器的通信窗口， 既可以发射红外线信号，又可以接收红外线信号。通信窗4可以作为其他合适的通信手段 的通信窗口。
控制器A可以包含显示窗5。显示窗5可以包含单色或多色显示屏。显示窗5可 以包含一个或者多个灯，它们在控制器上排列在一排或者更多排上。显示窗5可以使用LCD 显示屏或者其他适合的显示屏。显示窗5作为控制器A控制状态的视觉反馈。控制器B可以包含核心控制单元6。核心控制单元6可以被配置为接收传感器单 元7的信号。核心控制单元6可以被配置为控制用户反馈单元8显示当前控制状态。核心 控制单元201可以被配置为可控制通信单元9发送以及接收信号。核心控制单元201可以 被配置为将部分控制数据储存在数据辅助单元10中，并可以从数据辅助单元10中读取控 制信息。控制器B可以包含传感器单元7。传感器单元7可以包含多轴地磁传感器。地磁 传感器通过地球磁场来检测控制器B的指向。传感器单元7可以包含多轴加速度传感器。加速度传感器用来测量控制器相对水 平面以及垂直面的角度。加速度传感器还可以用来测量控制器B在空中的运动方向。控制器B可以包含用户反馈单元8。用户反馈单元8可以通过声音，光，震动或者 其他合适的方式为用户表示出当前控制器B的工作状态。比如光可以是控制器上能发光的 指示灯。用户反馈单元8可以采集用户通过按键或其他合适的方式对控制器B发出的指令。控制器B可以包含通信单元9。通信单元9可以是红外发射或红外接收设备。通 信单元9可以发送对设备的控制信号。通信单元9可以是合适的其他无线组件。控制器B可以包含数据辅助单元10。数据辅助单元10用来存储控制器B获得的 控制指令内容。数据辅助单元10可以是一个非易失性存储器，比如EEPR0M。控制步骤11包含打开电源开关或者从休眠状态唤醒。休眠状态时地磁传感器以 及大部分单元停止工作，当加速度传感器检测到一定程度的震动会唤醒所有单元进入工作 状态。控制步骤12包含设定参考方向。设定参考方向时首先将控制器指向一个特定的 方向，然后按下辅助键2秒钟，完成参考方向设定。如果前一次使用时已经设定参考方向， 并且本次使用没有变换控制器所在位置，可以不进行这一步骤，跳至下一步骤。控制步骤13包含将控制器指向被控设备。为选定被控设备，需要将控制器指向被 控设备方向。控制步骤14包含根据地球磁场判断控制器指向。控制器通过地磁传感器所采集 的方位信息来确定控制对象，并产生相应提示，提示可以显示在显示屏上，提示也可以通过 指示灯显示，提示也可以通过合适的其他方式进行显示。控制步骤15包含根据加速度信息确定控制器空间状态。控制器在空中的姿态与 运动方向可以通过加速度传感器所采集的信息获得。控制器可以根据控制器与水平或垂直 面的夹角来确定控制程度。控制器可以根据控制器的运动方向确定其他控制内容。控制器 可以根据按键的压力或者旋动来确定控制内容。控制步骤16包含结合指向和空间状态确定控制指令。控制器可通过控制器的指向和空间状态来选定相应的控制信息，并将控制信息内容从储存器中读取出来。控制步骤17包含发送控制指令。控制器可以将前面步骤中确定的控制信息通过红外或者其他合适的方式发送给被控设备。实施例5 实施例1所述的具有方位识别功能的智能控制设备的实施方法，所述的学学习步 骤18包含打开电源开关或者从休眠状态唤醒。休眠状态时地磁传感器以及大部分单元停 止工作，当加速度传感器检测到一定程度的震动会唤醒所有单元进入工作状态。学习步骤19包含将控制器指向被控设备。为选定被控设备，需要将控制器指向被 控设备方向。学习步骤20包含根据地球磁场判断控制器指向。控制器通过地磁传感器所采集 的方位信息来确定控制对象，并产生相应提示，提示可以显示在显示屏上，提示也可以通过 指示灯显示，提示也可以通过合适的其他方式进行显示。学习步骤21包含根据加速度信息确定控制器空间状态。控制器在空中的姿态与 运动方向可以通过加速度传感器所采集的信息获得。控制器可以根据控制器与水平或垂直 面的夹角来确定控制程度。控制器可以根据控制器的运动方向确定其他控制内容。控制器 可以根据按键的压力或者旋动来确定控制内容。学习步骤22包含结合指向和空间状态确定学习索引。控制器可通过控制器的指 向和空间状态来选定相应的控制信息，并确定控制信息的索引内容。学习步骤23包含采集原被控设备遥控器发出的控制指令。控制器接收原遥控器 发出的红外信号，并分析控制指令内容。学习步骤24包含储存控制指令完成采集。控制器结合索弓I内容将分析后的指令 内容储存到存储器中的相应位置。实施例6 实施例1所述的具有方位识别功能的智能控制设备，所述的控制设备电路中包含 一个加速度传感器和一个地磁传感器，加速度传感器与地磁传感器的信号线串连在一起， 并一起连接到核心处理器的引脚上，两根数据线分别连接一个4. 7k电阻，电阻连接至电源 正极。可实现加速度信息以及地磁信息的采集功能。控制设备电路中包含十四个LED发光二极管。每个发光二极管的一个引脚分别直 接连接到处理器的引脚上，另一个引脚接到电源地上。发光二级管可以显示出当前控制器 的工作状态。发光二极管可以实现与显示屏一样的视觉反馈功能。控制设备电路中包含两个按键。两个按键的一个引脚分别接到处理器的引脚上， 并且同时分别连接一个4. 7K电阻，电阻连接到电源正极上，两个按键的另一个引脚一起接 到电源地上。按键可实现对控制器状态的选择以及对控制器的控制。控制设备电路中包含一个晶振。晶振的两个引脚直接链接到处理器引脚，同时晶 振的两个引脚分别连接一个22p的电容，电容链接到电源地上。晶振为处理器提供工作时 钟信号。控制设备电路中包含一个7脚的插座。插座直接连接到处理器引脚。插座可连接 下载器，下载器可通过插座对处理器进行编程。控制设备电路中包含显示电路。显示电路可以包含一个或者多个灯，它们在控制器上排列在一排或者更多排上。显示电路可以包含单色或多色显示屏。显示电路可实现控 制状态的视觉反馈。控制设备电路中包含传感器电路。传感器电路可以包含单轴或者多轴的加速度传 感器。传感器电路可以包含单轴或多轴的地磁传感器。传感器电路可实现对加速度以及地 磁信息的采集功能。控制设备电路中包含输入电路。输入电路可以包含一个或多个按键。输入电路可 以包含一个或多个具有压力感应或者可旋动的输入装置。输入电路可实现对控制器状态以 及功能的控制功能。控制设备电路中包含下载电路。下载电路可以是7脚插座。下载电路可以是其他 合适的插头或插座。下载电路可以包含具有下载功能的编程模块。下载电路可以实现对处 理器的编程以及程序升级功能。
权利要求
一种具有方位识别功能的智能控制设备，其组成包括传感器单元，其特征是所述的传感器单元连接核心控制单元，所述的核心控制单元连接用户反馈单元，所述的核心控制单元连接通信单元，所述的核心控制单元连接数据辅助单元；所述的传感器单元；具有地磁传感器和加速度传感器，所述的地磁传感器可采集地球磁场强度，所述的地磁传感器通过参考地球磁场来判断当前设备指向，所述的加速度传感器可采集动态加速度以及重力加速度，所述的加速度传感器通过采集地球重力相对控制器的方向来确定设备在空中的倾斜角度。
2.权利要求1所述的具有方位识别功能的智能控制设备，其特征是所述的用户反馈 单元；具有视觉信息反馈装置，所述的视觉信息反馈装置用来显示当前操作状态，所述的视 觉信息反馈装置可以包含单色或多色显示屏，所述的视觉信息反馈装置可以包含一个或者 多个灯，它们排列在一排或者更多排上。
3.权利要求1或2所述的具有方位识别功能的智能控制设备，其特征是所述的数据 辅助单元；具有非易失性存储器；所述的非易失性存储器用来储存被控设备的控制信息； 所述的通信单元；可以具有红外线发射及接收装置，可以具有其他合适的无线通信组件； 所述的红外线发射及接收装置用来发送和采集控制信号；所述的其他合适的无线通信组件 用来发送和采集控制信号。
4.权利要求1或2所述的具有方位识别功能的智能控制设备，其特征是，所述的核心控 制单元首先根据控制器的指向来选择控制指令集，之后根据控制器在空中的旋动程度或者 晃动方向来选择控制指令集中相应的控制指令；所述的核心控制单元通过一种学习方法实 现控制信息的采集，首先通过控制器的指向以及设备在空中旋动、晃动的状态确定学习指 令的索引项，之后通过采集原设备遥控器发出的红外控制信号来获得控制指令的内容，所 述的核心控制单元通过定位辅助功能增加采集方位信息的精确度，所述的核心控制单元通 过传感器采集磁场信息和加速度信息，对设备在空中的姿态以及运动方式做出识别，并通 过通信单元对被控设备发出控制指令。
全文摘要
具有方位识别功能的智能控制设备，红外已经广泛作为主要的通信控制方式被应用在家用设备中。为了进行对设备的遥控，用户需要将遥控器对准被控设备并按下按键来控制它。但随着家用设备数量的增加，遥控器设备在大量的增加，多个遥控器之间转换的非常麻烦。实现多个设备的控制和学习操作非常复杂。具有方位识别功能的智能控制设备，其组成包括传感器单元，所述的传感器单元连接核心控制单元，所述的核心控制单元连接用户反馈单元，所述的核心控制单元连接通信单元，所述的核心控制单元连接数据辅助单元，本发明用于电器领域。
文档编号G01C21/08GK101813922SQ20091007266
公开日2010年8月25日 申请日期2009年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者侯卜元, 李艳霞, 王郑涵 申请人:李艳霞