专利名称：一种控制系统和一种控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子设备控制技术领域，特别涉及一种控制系统和一种控制设备。
背景技术：
目前电视机的控制设备主要是遥控器，而遥控器只能通过按键操作来实现对电视的控制且遥控器采用红外传输技术，传输容易被干扰，且信号容易被障碍物阻隔。有线及无线鼠标作为当前电脑的控制设备，它操作灵活，可实现在电脑屏幕上任意地方的定位和选择，目前已经得到广泛应用。然而传统的鼠标只能放在桌面或光反射物表面上才能发挥作用，脱离桌面或光反射物表面便无法获得二维平面坐标信息。因此需要一种操作更为自由的控制设备。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种控制系统和一种控制设备，能实现在空中移动控制设备便对受控设备进行控制，解决了现有控制设备的操作不自由的问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的本发明公开了一种控制系统，包括控制设备和受控设备，控制设备包括陀螺仪传感器，用于采集该控制设备的移动角速度信息并输出给主控制模块；加速度传感器，用于采集该控制设备的移动加速度信息并输出给主控制模块；指南针传感器，用于将采集的信息输出给主控制模块；主控制模块，用于根据陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器的输出信息计算出该控制设备的移动信息并发送给数据传输模块；数据传输模块，用于将所述控制设备的移动信息发送给受控设备的数据接收模块；受控设备包括数据接收模块，用于接收所述数据传输模块发送的控制设备的移动信息，并将控制设备的移动信息发送给控制响应模块；控制响应模块，用于根据控制设备的移动信息进行相应的操作。所述主控制模块，用于将陀螺仪传感器输出的移动角速度对时间积分得到旋转角度，根据加速度传感器和指南针传感器的值计算出倾角，用倾角对旋转角度进行修正，并用修正后的旋转角度进行坐标换算得到控制设备的移动信息。所述数据传输模块和数据接收模块均为蓝牙模块；所述主控制模块用于将控制设备的移动信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块；所述数据传输模块采用蓝牙传输方式将控制设备的移动信息发送给数据接收模块。
所述控制设备进一歩包括按键阵列，用于将用户执行的按键信息发送给主控制模块；主控制模块，进一歩用于将所述按键信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块；数据传输模块，进ー步用于采用蓝牙传输方式将按键信息发送给数据接收模块；数据接收模块，进ー步用于将所接收的按键信息发送给控制响应模块；控制响应模块，进ー步用于根据按键信息进行相应的操作。所述主控制模块，进一歩用于根据指南针的输出信息计算出控制设备的指向信息，并将控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给数据传输模块； 数据传输模块，用于将控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给数据接收模块；数据接收模块，用于将所接收的控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给控制响应模块；控制响应模块，在根据控制设备的移动信息进行相应的操作之前，进ー步先根据控制设备的指向信息判断控制设备的指向是否在预设的指向角度范围内，是则根据控制设备的移动信息进行相应的操作，否则不进行相应的操作。本发明还公开了ー种控制设备，该控制设备包括加速度传感器，用于采集该控制设备的移动加速度信息并输出给主控制模块；指南针传感器，用于将采集的信息输出给主控制模块；主控制模块，用于根据陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器的输出信息计算出该控制设备的移动信息并发送给数据传输模块；数据传输模块，用于将所述控制设备的移动信息发送给受控设备。所述主控制模块，用于将陀螺仪传感器输出的移动角速度对时间积分得到旋转角度，根据加速度传感器和指南针传感器的值计算出倾角，用倾角对旋转角度进行修正，并用修正后的旋转角度进行坐标换算得到控制设备的移动信息。所述主控制模块用于将控制设备的移动信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块；所述数据传输模块为蓝牙模块，所述数据传输模块采用蓝牙方式将控制设备的移动信息发送给受控设备。该控制设备进ー步包括按键阵列，用于将用户执行的按键信息发送给主控制模块；主控制模块，进一歩用于将所述按键信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块；数据传输模块，进ー步用于采用蓝牙传输方式将按键信息发送受控设备。所述主控制模块，进一歩用于根据指南针的输出信息计算出控制设备的指向信息，并将控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给受控设备。由上述可见，本发明这种，在控制设备端利用陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器的采集数据获取控制设备的移动信息，并将控制设备的移动信息传输到受控设备端，受控设备根据控制设备的移动信息进行相应的操作，从而实现对受控设备的控制的技术方案，由于采用了陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器进行相关数据的采集，因此不需要像现有的鼠标那样依赖于桌面或光反射物表面才能获得鼠标的移动信息，而是在空中移动控制设备也可以获得控制设备的移动信息，因此使用起来更为自由、方便，也大大提闻了用户的体验。
图I是本发明实施例中的一种控制系统的示意图；图2是本发明实施例中的控制设备11的结构示意图；图3是本发明实施例中的受控设备12的结构示意图；图4是本发明实施例中的计算倾角的数学模型示意图；
图5是本发明实施例中的控制设备-蓝牙空中鼠标的工作状态转换图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。图I是本发明实施例中的一种控制系统的示意图。如图I所示，该控制系统包括控制设备11和受控设备12。在本发明中，受控设备12可以为电视机、电脑或手机等电子设备。控制设备的具体可以是鼠标的形式。控制设备11通过无线方式控制受控设备12。图2是本发明实施例中的控制设备11的结构示意图。如图2所示，控制设备11包括陀螺仪传感器111、加速度传感器112、指南针传感器113、主控制模块114、数据传输模块115、按键阵列116和其他器件117。图3是本发明实施例中的受控设备12的结构示意图。如图3所示受控设备12包括数据接收模块121和控制响应模块122。参见图1-3 陀螺仪传感器111，用于采集该控制设备11的移动角速度信息并输出给主控制模块114。具体来说采集控制设备11上下、左右、前后及翻转等操作的移动角速度。加速度传感器112，用于采集该控制设备11的移动加速度信息并输出给主控制模块114。具体来说采集控制设备11的动作加速度信息，包括上下、左右前后及翻转等操作的移动加速度。指南针传感器113，用于将采集的信息输出给主控制模块114。指南针传感器113又称为磁力计，利用地球的磁场辨别方向。主控制模块114，用于根据陀螺仪传感器111、加速度传感器112和指南针传感器113的输出信息计算出该控制设备11的移动信息并发送给数据传输模块115。控制设备的移动信息包括控制设备在地球空间内的相对位置信息、移动方向以及移动速度。数据传输模块115，用于将所述控制设备11的移动信息发送给受控设备12的数据接收模块121 ；数据接收模块121，用于接收所述数据传输模块115发送的控制设备11的移动信息，并将控制设备11的移动信息发送给控制响应模块122 ；控制响应模块122，用于根据控制设备11的移动信息进行相应的操作。例如，根据移动信息在显示屏上进行鼠标图标的移动，或进行绘画显示等。这样，便实现了在空中移动控制设备便可以实现对受控设备的控制，这里将控制设备11称为“空中鼠标”。在本发明的一个实施例中，控制设备11还可以进ー步包括按键阵列116。按键阵列116，用于将用户执行的按键信息发送给主控制模块114 ;主控制模块114，进ー步用于将所述按键信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块115 ;数据传输模块115，进ー步用于采用蓝牙传输方式将按键信息发送给数据接收模块121 ;数据接收模块121，进ー步用于将所接收的按键信息发送给控制响应模块122 ;控制响应模块122，进ー步用于根据按键信息进行相应的操作。如开关控制，频道选择、音量控制等。 所述的其他器件117包括电池、状态指示器件等。可见本实施例中的控制设备11结合了传统遥控器的功能和鼠标的功能。控制设备11保留了传统遥控器的主要按键实现对受控设备的开关控制、频道选择和音量控制等，同时又对传统鼠标进行了升级，传统的有线及无线鼠标脱离桌面或光反射物表面便无法获取ニ维平面X/Y坐标信息，而本发明中的控制设备运用传感器技术，通过获取陀螺仪，加速度和指南针的传感数据并进行相应的计算实现对空间坐标X/Y/Z轴的ニ維和三维感知，从而使得用户对受控设备的控制更加简便，灵活，无拘无束。在本发明的一个实施例中，所述数据传输模块115和数据接收模块121均为蓝牙模块；所述主控制模块114用于将控制设备11的移动信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块115 ;所述数据传输模块115采用蓝牙传输方式将控制设备11的移动信息发送给数据接收模块121。蓝牙技术目前已经被广泛地应用到众多消费类电子产品中，包括电脑手持終端等设备。蓝牙传输具有传输稳定，传输距离远而且传输信号不会被障碍物阻隔等优点。这解决了传统的利用红外技术的遥控器局限于高度指向性，必须无障碍指向或者经过红外光纤物体反射来操控被控设备的缺陷。本实施例中将该控制设备11称为“蓝牙空中鼠标”。在本发明的一个实施例中，主控制模块114，进ー步用于根据指南针的输出信息计算出控制设备11的指向信息，并将控制设备11的指向信息与控制设备11的移动信息一同发送给数据传输模块115 ;数据传输模块115，用于将控制设备11的指向信息与控制设备11的移动信息一同发送给数据接收模块121 ;数据接收模块121，用于将所接收的控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给控制响应模块122 ;控制响应模块122，在根据控制设备的移动信息进行相应的操作之前，进ー步先根据控制设备的指向信息判断控制设备的指向是否在预设的指向角度范围内，是则根据控制设备的移动信息进行相应的操作，否则不进行相应的操作。这样，控制设备只有在指向受控设备方向的一定范围内才能使倉^:。以电视机为受控设备为例，使用前要做校准动作，即电视机进入校准模式，然后控制设备指向屏幕中央并按下相关按键，电视机记录此时控制设备的指向数据，校准完成后只有控制设备指向屏幕的一定角度范围之内吋，电视才会响应控制设备的动作。在本发明中，主控制模块114,用于将陀螺仪传感器111输出的移动角速度对时间积分得到旋转角度，根据加速度传感器112和指南针传感器113的输出值计算出倾角，用倾角对旋转角度进行修正，并用修正后的旋转角度进行坐标换算得到控制设备的移动信息。
通过陀螺仪传感器111的量程和感度等信息得出控制设备11即蓝牙空中鼠标在X轴(左右)和Z轴(上下)动态移动的角速度，通过对时间的积分求出X轴和Z轴移动的角度的过程这里不在赘述。下面说明通过加速度传感器112和指南针传感器113的量程和感度等信息求出蓝牙空中鼠标的倾角的过程图4是本发明实施例中的计算倾角的数学模型示意图。参见图4，控制设备的坐标系采用北东地(North East Down, NED)坐标系,加速度传感器112的采集数据用于测量角度pitch (用Θ表示)和roll (用φ表示)，指南针传感器113的采集数据用于测量角度yaw (用Ψ表示)蓝牙空中鼠标的任何方向都可以通过yaw、pitch和roll 3个角度旋转得到。当蓝牙空中鼠标水平放置时，roll=0, pitch=0o此时的控制设备坐标系是跟世界坐标系是正交的，但是如果控制设备倾斜后，设备坐标系跟世界坐标系非正交，因此我们需要通过计算倾角来计算在陀螺仪传感器的数据映射到世界坐标系的分量。倾角就需要加速度传感器和指南针传感器的输出数据进行相关运算得到。下面介绍本发明的实施例中计算倾角的过程 r°i令G;-= I O I, g=9. 81ms—2
cosSlBr = B O
IsinS J重力加速度g=9. 81ms-2。B为地磁场强度，它随着地球表面变化，从南美洲的最低22个μ T到澳大利亚南部的最大67个μ Τ。δ是地磁场的倾角，向下从水平面开始测量，其随着地球表面变化，从-90°南磁极通过赤道附近的零至+90°北磁极。Geomagnetismat(http://wdc. kuRi. kyoto-u. ac. ip/iRrf/)从世界数据中心提供详细的磁场图。加速度传感器的测量读数Gp，指南针传感器的测量读数Bp，和三个旋转角度Rz (ψ) > Ry (0)和Rx(9)由如下公式表不Gp = RxWRy(O)Rz(Jp)Gr = Rχ(φ)Ry(O)R^) θ|
cos δ'Bp = Κχ(φ)Κ￥(θ)Κζ(ιΡ)Βτ = R χ(φ)Κγ(θ) Rz(Ip) O
"sin δ-
Γ OOFcwf O -SiJtfflI ms, sim-φ O= § cm-φ sin φ I ByCt) = O I O I 晨論)='I—si # cos, OI
.§ -si*# cmLsime 0 ms§I 00 I加速度
r0] 「0-Εγ(—Θ)Κχ(—φ)Ορ = Ε>,(—θ)Ηχ(—φ) Gpy = Rz(ip) 0 = 0
—L Gpz JLgJ Lg-
其中Gpy为加速度传感器的输出值。 展开上式
权利要求
1.一种控制系统，包括控制设备和受控设备，其特征在于， 控制设备包括 陀螺仪传感器，用于采集该控制设备的移动角速度信息并输出给主控制模块； 加速度传感器，用于采集该控制设备的移动加速度信息并输出给主控制模块； 指南针传感器，用于将采集的信息输出给主控制模块； 主控制模块，用于根据陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器的输出信息计算出该控制设备的移动信息并发送给数据传输模块； 数据传输模块，用于将所述控制设备的移动信息发送给受控设备的数据接收模块； 受控设备包括 数据接收模块，用于接收所述数据传输模块发送的控制设备的移动信息，并将控制设备的移动信息发送给控制响应模块； 控制响应模块，用于根据控制设备的移动信息进行相应的操作。
2.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于， 主控制模块，用于将陀螺仪传感器输出的移动角速度对时间积分得到旋转角度，根据加速度传感器和指南针传感器的值计算出倾角，用倾角对旋转角度进行修正，并用修正后的旋转角度进行坐标换算得到控制设备的移动信息。
3.根据权利要求I或2所述的控制系统，其特征在于，所述数据传输模块和数据接收模块均为蓝牙模块； 所述主控制模块用于将控制设备的移动信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块； 所述数据传输模块采用蓝牙传输方式将控制设备的移动信息发送给数据接收模块。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制设备进一步包括 按键阵列，用于将用户执行的按键信息发送给主控制模块； 主控制模块，进一步用于将所述按键信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块； 数据传输模块，进一步用于采用蓝牙传输方式将按键信息发送给数据接收模块； 数据接收模块，进一步用于将所接收的按键信息发送给控制响应模块； 控制响应模块，进一步用于根据按键信息进行相应的操作。
5.根据权利要求I或2所述的控制系统，其特征在于， 主控制模块，进一步用于根据指南针的输出信息计算出控制设备的指向信息，并将控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给数据传输模块； 数据传输模块，用于将控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给数据接收模块； 数据接收模块，用于将所接收的控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给控制响应模块； 控制响应模块，在根据控制设备的移动信息进行相应的操作之前，进一步先根据控制设备的指向信息判断控制设备的指向是否在预设的指向角度范围内，是则根据控制设备的移动信息进行相应的操作，否则不进行相应的操作。
6.一种控制设备，其特征在于，该控制设备包括加速度传感器，用于采集该控制设备的移动加速度信息并输出给主控制模块； 指南针传感器，用于将采集的信息输出给主控制模块； 主控制模块，用于根据陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器的输出信息计算出该控制设备的移动信息并发送给数据传输模块； 数据传输模块，用于将所述控制设备的移动信息发送给受控设备。
7.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于， 主控制模块，用于将陀螺仪传感器输出的移动角速度对时间积分得到旋转角度，根据加速度传感器和指南针传感器的值计算出倾角，用倾角对旋转角度进行修正，并用修正后的旋转角度进行坐标换算得到控制设备的移动信息。
8.根据权利要求6或7所述的控制设备，其特征在于， 所述主控制模块用于将控制设备的移动信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块； 所述数据传输模块为蓝牙模块，所述数据传输模块采用蓝牙方式将控制设备的移动信息发送给受控设备。
9.根据权利要求8所述的控制设备，其特征在于，该控制设备进一步包括 按键阵列，用于将用户执行的按键信息发送给主控制模块； 主控制模块，进一步用于将所述按键信息封装成符合蓝牙传输协议的数据包后发送给数据传输模块； 数据传输模块，进一步用于采用蓝牙传输方式将按键信息发送受控设备。
10.根据权利要求6或I所述的控制设备，其特征在于， 主控制模块，进一步用于根据指南针的输出信息计算出控制设备的指向信息，并将控制设备的指向信息与控制设备的移动信息一同发送给受控设备。
全文摘要
本发明公开了一种控制系统和一种控制设备。所述控制系统包括控制设备和受控设备，控制设备中采用陀螺仪传感器、加速度传感器和指南针传感器采集数据，从而计算出该控制设备的移动信息并发送受控设备，受控设备根据控制设备的移动信息进行相应的操作。本发明的技术方案能实现在空中移动控制设备便对受控设备进行控制，解决了现有控制设备的操作不自由的问题。
文档编号G08C17/06GK102759994SQ201210187058
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者王飞, 郭衡江, 高强 申请人:歌尔声学股份有限公司