一种VR自助设备硬件架构及其交互方法与流程

本发明涉及到vr设备领域，特别是涉及到一种vr自助设备硬件架构及其交互方法。

背景技术：

近几年，随着物联网技术的高速发展，特别是5g通信技术的长足进步，vr全景式观影已经悄然走进了人们的生活，更多的消费者能够体验到vr沉浸式观影。广大消费者有了一种新的娱乐观影方式。

然而，现有的vr观影播放设备，如头显设备和观影设备外置灯独立工作，消费者不易同时控制头显设备和外置灯，存在缺乏人机器交互。消费者的观影体验相对单一。因此，如何提升客户的消费体验，显得十分重要。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种vr自助设备硬件架构，旨在解决提升客户消费体验的技术问题。

本发明提出本发明提供一种vr自助设备硬件架构，包括：

主控制板、头显设备、座椅主体、呼吸灯，扬声器、人体感应器、交互接口和电源模块，其中，主控制板用于控制vr自助设备硬件架构上的部件；

电源模块与主控制板、头显设备、座椅主体、呼吸灯、扬声器和人体感应器均电连接；

头显设备与座椅主体为分离式设计；

交互接口设置于座椅主体上；

主控制板与头显设备、呼吸灯、扬声器和人体感应器均通信连接，其中，主控制板包括通信模块，通信模块的信号传输方式包括4g和5g。

优选的，主控制板包括主控mcu，主控mcu的型号包括stm32f205ret6；

主控mcu的供电输入端与电源模块的第一供电输出端连接；

主控mcu的控制信号输出端与头显设备的控制信号输入端连接。

优选的，主控制板包括第一芯片，第一芯片的型号包括mcp1316，其中，第一芯片用于监测主控mcu的运行状况；

第一芯片的供电输入端与电源模块的第二供电输出端连接；

主控mcu的第一信号输入端与第一芯片的信号输出端连接；

主控mcu的第一信号输出端与第一芯片的信号输入端连接。

优选的，主控mcu的第二信号输入端与通信模块的信号输出端连接；

主控mcu的第二信号输出端与通信模块的信号输入端连接。

优选的，主控制板包括第二芯片，第二芯片的型号包括w25q16，其中，第二芯片用于记录数据；

主控mcu的第三信号输出端与第二芯片的信号输入端连接；

第二芯片的供电输入端与电源模块的第三供电输出端连接。

本发明还提供一种vr自助设备硬件架构的交互方法，包括：

判断是否有人进入座椅主体所在的第一预设范围；

若是，则主控制板发送第一控制指令信息至呼吸灯，发送第二控制指令信息至扬声器；

呼吸灯降低亮度，扬声器响起预设语音内容。

优选的，若是，则主控制板发送第一控制指令信息至呼吸灯，发送第二控制指令信息至扬声器的步骤之后，包括：

判断当前时刻是否处于vr自助设备的工作时间；

若否，则扬声器响起警报，并将报警信息发送至管理人员终端。

优选的，判断是否有人进入座椅主体所在的第一预设范围的步骤之后，包括：

若否，则判断座椅主体第二预设范围内是否存在能正常连接的wifi信号；

若否，则连接座椅主体第三预设范围内的移动网络。

优选的，呼吸灯降低亮度，扬声器响起预设语音内容的步骤之后，包括：

获取第一当前用户的面部信息，并存储至本地；

以vr视频开始播放的时刻为起点时刻，实时判断第一当前用户的观看时长是否超过预设范围；

若是，则存储第一当前用户的面部信息，头显设备停止播放vr视频，扬声器提醒第一当前用户；

以第一当前用户的面部信息为参考，获取并判断第二当前用户的面部信息是否与第一当前用户的面部信息一致，其中，第二当前用户为第一当前用户后获取面部信息的用户；

若是，则头显设备继续停止播放vr视频。

优选的，头显设备内部存储有水仓、水管和微型喷射马达，头显设备靠近用户额头的部分设有喷头矩阵，在以第一当前用户的面部信息为参考，获取并判断第二当前用户的面部信息是否与第一当前用户的面部信息一致的步骤之后，包括：

若是，则语音提醒第二当前用户摘下头显设备；

判断第二当前用户是否摘下头显设备；

若否，则喷头矩阵缓慢喷射5毫升的水至第二当前用户额头。

本发明的有益效果在于：分离主控制板和vr观影设备，通过使用4g/5g网络连接物联网平台，控制外围设备和头显设备，即无需在头显设备和外围设备设置独立的控制模块，通过主控制板即可实现控制所述vr自助设备硬件架构上的部件的工作状态，改善人机交互体验。此外，通过设置4g/5g通信模块，突破了传统vr观影设备依赖wifi网络环境的限制，使得vr自助设备硬件在无wifi场景下可正常运行；主控制板与头显设备和外围设备均为分离式设计，使得主控制板可以适配多种vr一体机，缩短了设备的适配开发流程，提升vr自助设备硬件架构的通用性。

附图说明

图1为本发明一种vr自助设备硬件架构的第一实施例的结构示意图；

图2为图1中一种vr自助设备硬件架构的主控制板电路结构示意图；

图3为本发明一种vr自助设备硬件架构的交互方法的第一实施例的流程示意图。

标号说明：

1、主控制板；11、主控mcu；

2、头显设备；3、座椅主体；4、呼吸灯；5、扬声器；6、人体感应器；7、第一芯片；8、第二芯片；9、swd程序下载接口。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明提供一种vr自助设备硬件架构，包括：主控制板1、头显设备2、座椅主体3、呼吸灯4、扬声器5、人体感应器6、交互接口和电源模块，其中，主控制板1用于控制所述vr自助设备硬件架构上的部件的工作状态；

电源模块与主控制板1、头显设备2、座椅主体3、呼吸灯4、扬声器5和人体感应器6均电连接；

头显设备2与座椅主体3为分离式设计；

交互接口设置于座椅主体3上；

主控制板1与头显设备2、呼吸灯4、扬声器5、人体感应器6和用户终端均通信连接，其中，主控制板1包括通信模块，所述通信模块的信号传输方式包括4g和5g。

在本发明实施例中，主控制板1用于4g/5g联网，存储本地内容，控制相关外设以及通过usb2.0实现和头显设备2的数据通信；头显设备2用于播放vr视频；座椅主体3为蛋壳型，供用户乘坐；外围设备如呼吸灯4、扬声器5和人体感应器6安装在座椅主体3上，用于丰富用户体验；交互接口用于供用户进入vr自助设备硬件架构的控制界面。用户通过用户终端(如智能手机、平板电脑等)扫描交互接口(如二维码)进入vr自助设备硬件架构的控制界面(如小程序)，实现选取vr视频、支付等功能。在移动终端上控制vr自助设备硬件架构上各部件的工作状态，根据用户操作生成控制指令信息，发送至主控制板1。由于主控制板1与头显设备2、呼吸灯4、扬声器5和人体感应器6均通信连接，通信方式包括但不限于wifi、蓝牙、4g和5g，主控制板1可将控制指令信息分别发送至头显设备2、呼吸灯4、扬声器5和人体感应器6，使得头显设备2播放vr视频等，以及使得呼吸灯4、扬声器5和人体感应器6工作。通过上述设置，分离主控制板1和vr观影设备，通过使用4g/5g网络连接物联网平台，控制呼吸灯4、扬声器5、人体感应器6和头显设备2，即无需在头显设备2和外围设备设置独立的控制模块，通过主控制板1即可实现控制所述vr自助设备硬件架构上的部件的工作状态，改善人机交互体验。此外，通过设置4g/5g通信模块，突破了传统vr观影设备依赖wifi网络环境的限制，使得vr自助设备在无wifi场景下可正常运行；主控制板1与头显设备2和外围设备均为分离式设计，使得主控制板1可以适配多种vr一体机，缩短了设备的适配开发流程，提升vr自助设备硬件架构的通用性。

参照图2，控制板1包括主控mcu11，主控mcu11的型号包括stm32f205ret6；

主控mcu11的供电输入端与电源模块的第一供电输出端连接；

主控mcu11的控制信号输出端与头显设备2的控制信号输入端连接。

在本发明实施例中，主控制板1的主控mcu11，使用的st公司的stm32f205ret6工业级微处理器，其包含串行uart，usb,spi,iic等通信接口外设，功能强大。这款微控制器是基于armcortex-m3内核的32位控制器。主频可达到72mhz，处理速度快，可以满足本硬件架构的各类通信接口的通信速度；另外，stm32f205ret6内部程序储存空间有512k字节，可嵌入实时微操作系统，实时的处理通信和控制信息，满足产品的实时通信要求；这款为控制是工业级芯片，工作温度范围在-40℃至85℃，可适应各类严格的工作环境，提高产品工作的稳定性。主控mcu11通过pb15引脚，控制头显设备2开机关机状态，并且通过pc10引脚,pc11引脚驱动相应usbhub电路，以实现头显设备2与主控mcu11和通信模块的数据通信。

进一步地，参照图2，主控mcu1还包括swd程序下载接口9。

在本发明实施例中，主控mcu11的pa13引脚和pa14引脚分别与j4芯片的1号引脚和2号引脚连接。mcu11通过swd烧录口j4下载程序，达到控制其他外设和通信的目的。

参照图2，主控制板1包括第一芯片7，第一芯片7的型号包括mcp1316，其中，第一芯片7用于监测主控mcu11的运行状况；

第一芯片7的供电输入端与电源模块的第二供电输出端连接；

主控mcu11的第一信号输入端与第一芯片7的信号输出端连接；

主控mcu11的第一信号输出端与第一芯片7的信号输入端连接。

在本发明实施例中，第一芯片7为看门狗芯片。主控mcu11的pc13引脚作为主控mcu11的第一信号输出端与第一芯片7的信号输入端(wdi引脚)连接，主控mcu11的pc13引脚作为看门狗喂狗引脚，输出一定频率的方波脉冲信号给第一芯片。主控mcu11的nrst引脚作为第一信号输入端与第一芯片7的信号输出端(reset)连接。本实施例的工作原理是，主控mcu11通过固定的时间输出固定的频率的方波信号给第一芯片mcp1316,在设定的时间段内，第一芯片收到方波信号，第一芯片mcp1316的reset引脚会一直输出3.3v的高电平，否则输出低电平，使主控芯片复位，重新初始化程序，起到监控程序防止程序跑飞的目的。

在本发明实施例中，每台设备配备了特定的二维码，用户可以通过手机扫描二维码可以进入应用平台，可以在里面点播相关的影片内容。应用平台接收到用户点播命令之后，可以通过主控制板1内的td-lte无线数据终端，发送相关指令给主控mcu11，主控制板1依据指令信息可以启动头显设备2的播放等动作，从而实现用户和设备的交互。用户体验方便简洁。

参照图2，主控mcu11的第二信号输入端与通信模块的信号输出端连接；

主控mcu11的第二信号输出端与通信模块的信号输入端连接。

在本发明实施例中，主控mcu11的pb11引脚作为第二信号输入端与通信模块的信号输出端连接；主控mcu11的pb10引脚作为第二信号输出端与通信模块的信号输入端连接。在本发明实施例中，工作原理为主控mcu11通过pb10引脚给通信模块发送at命令，通过pb11接收通信模块返回的at命令相应。经过上述设置，主控mcu11就能通过串口外设控制通信模块连接物联网平台，达到连接网络的目的。用户也可以实用手机扫描机器二维码，通过特定的app，控制vr自助设备。

参照图2，主控制板1包括第二芯片8，第二芯片8的型号包括w25q16，其中，第二芯片8用于记录数据；

主控mcu11的第三信号输出端与第二芯片8的信号输入端连接；

第二芯片8的供电输入端与电源模块的第三供电输出端连接。

在本发明实施例中，第二芯片8为存储芯片。主控mcu11的pa4引脚、pa5引脚、pa6引脚和pa7引脚作为spi通信接口与第二芯片8建立通信连接。具体的，主控mcu111的pa4引脚、pa5引脚、pa6引脚和pa7引脚分别与第二芯片8的cs引脚、clk引脚、do引脚和di引脚连接。第二芯片8的主要功能是把一些必须的交互数据保存在存储芯片上，达到记录数据的目的。

参照图2，扬声器5包括语音芯片，其中，扬声器5与电源模块的第四供电输出端连接；

主控mcu11的第四信号输出端和第五信号输出端均与语音芯片的信号输入端连接。

在本发明实施例中，主控mcu11的pa11引脚作为第四信号输出端，作为时序输出引脚，产生周期为600ms的脉冲时钟信号，输入至语音芯片的信号输入端。主控mcu11的pa12引脚作为第五信号输出端，产生8位的数据信号。通过这两个引脚控制语音芯片，可以播放出设定语音语句，由功率放大电路驱动扬声器5，播报语音语句。

在本发明其它实施例中，若人体感应器6感应到有人靠近的时候，主控mcu11接收到信号，立刻驱动相关的语音播报，以达到吸引消费者的目的。

参照图2，外围设备包括呼吸灯4,呼吸灯4包括驱动电路，其中，呼吸灯4与电源模块的第五供电输出端连接；

主控mcu11的第六信号输出端与驱动电路的信号输入端连接。

在本发明实施例中，主控mcu11的pb3引脚和pb4引脚作为第六信号输出端，即pwm输出信号引脚，控制呼吸灯4的驱动电路。通过嵌入式程序设定的pwm信号，以一定的频率驱动呼吸灯4的驱动电路，从而控制呼吸灯4的亮度。灯的亮度以人体的呼吸频率变化，产生呼吸灯4的效果，以营造出吸引消费者的灯饰效应。

参照图2，人体感应器6的供电输入端与电源模块的第六供电输出端连接；

主控mcu11的人体感应信号输入端与人体感应器6的信号输出端连接。

在本发明实施例中，主控mcu11通过pc6引脚采集人体感应器6的数据，配置为下拉输入模式。人体感应器6材识别人体活动的时候输出一个3.3v的高电平，在没有识别人体活动的状态下处于低电平状态。因此，主控mcu11通过pc6引脚采集人体感应器6的高低电平状态以实现人体活动状态的判定，从而做出相应的响应，以吸引消费者。

进一步地，一种vr自助设备硬件架构还包括自动转轴外设；

主控mcu11的第七信号输出端与自动转轴外设的信号输入端连接；

主控mcu11的驱动信号输入端与自动转轴外设的信号输出端连接。

在本发明实施例中，自动转轴外设的主要功能是驱动座椅主体3自动转动，主控制板1通过rs-485通信口驱动直流电机，电机驱动转轴，控制座椅主体3转动，使得消费者可以在座椅主体3上可360°转动，体验不同角度的全景式vr电影。具体的，主控mcu11通过pc10引脚作为第七信号输出端与自动转轴外设的连接，发送不同组别的8字节的高地电平信号，驱动电机正转、反转以及调节速度，驱动转移转动等。主控mcu11的pc11引脚作为信号接收端接收驱动信号的反馈信息。

进一步地，外围设备4还包括震动外设；

主控mcu11的第八信号输出端与震动外设的信号输入端连接。

在本发明实施例中，震动外设的主要功能是提升消费者的观影体验，在特定的时候，给座椅主体3震动效果，契合观影的影片场景，可以提升消费的沉浸式体验。工作原理是，通过主控制板1的gpio(general-purposeinput/output，通用输入/输出口)接口给震动外设一个触发电平，启动震动器震动。具体的，主控mcu11通过pc1引脚驱动震动外设，作为gpio口输出管脚，输出一个3.3v的高低电平信号，控制震动器的启震和停止震动。高电平启震，低电平停止震动。

进一步地，通信模块包括u9300ctd-lte无线数据终端。

在本发明实施例中，通信模块选用龙尚u9300ctd-lte无线数据终端，可以在全频段内连接上国内通信基站，内嵌linux可裁剪系统。主控mcu11和u9300ctd-lte无线数据终端通过串口uart通信，两者之前使用at指令通信，可以实现控制板和特定云平台的tcp/ip数据链路，从而设备和云平台之间的数据的交互。

进一步地，主控制板1包括tf卡接口和第一usb接口；

头显设备2具有第二usb接口；

主控制板1通过usb数据线与头显设备2进行数据交互。

在本发明实施例中，主控制板1和头显设备2之间的数据交互采用usb数据线，usb接口线长在两米左右。电影内容存储在512g容量的tf内存卡内，tf卡接口设计在主控制板1内，实现了vr头显和影片内容存储分离，具有便捷更换和扩展影片内容的作用。头显设备2能够通过usb数据线稳定的读取主控板内tf卡的影片内容。

参照图3，一种vr自助设备硬件架构的交互方法，包括：

s1：判断是否有人进入座椅主体3所在的第一预设范围；

s2：若是，则主控制板1发送第一控制指令信息至呼吸灯4，发送第二控制指令信息至扬声器5；

s3：呼吸灯4降低亮度，扬声器5响起预设语音内容。

在本发明实施例中，人体感应器6通过红外线搜集用户与座椅主体3的距离信息，并将距离信息发送至主控制板1。主控制板1判断是否有人进入座椅主体3所在的第一预设范围，如5米范围内。若主控制板1判定用户进入座椅主体3所在的第一预设范围内，则主控制板1发送第一控制指令信息至呼吸灯4，呼吸灯4开始工作，发送第二控制指令信息至扬声器5，通过视觉吸引和听觉吸引，吸引消费者前来vr自助设备消费。

若是，则主控制板1发送第一控制指令信息至所述呼吸灯4，发送第二控制指令信息至所述扬声器5的步骤s2之后，包括：

s4：判断当前时刻是否处于vr自助设备的工作时间；

s5：若否，则扬声器5响起警报，并将报警信息发送至管理人员终端。

在本发明实施例中，人体感应器6持续收集距离信息，主控制板1判断当前时刻是否处于vr自助设备的工作时间。若否，则扬声器5响起警报，并将报警信息发送至管理人员终端。通过上述设置，人体感应器6不仅能搜集用户的距离信息以吸引消费者，还能在非工作时间防止他人偷窃，起到报警功能。

进一步地，判断是否有人进入座椅主体3所在的第一预设范围的步骤s1之后，包括：

s11：若否，则判断座椅主体3第二预设范围内是否存在能正常连接的wifi信号；

s12：若否，则连接座椅主体3第三预设范围内的移动网络。

在本发明实施例中，在消费者进入座椅主体3的第一预设范围之后，主控制板1立即判断座椅主体3第二预设范围内是否存在能正常连接的wifi，其目的是保证vr自助设备的通信正常，避免消费者无法体验vr内容。若第二预设范围内不存在能正常连接的wifi信号，则主控制板1上的通信模块连接座椅主体3第三范围内的移动网络，使用移动流量保证vr自助设备的正常通信。

进一步地，呼吸灯4降低亮度，扬声器5响起预设语音内容的步骤s3之后，包括：

s31：获取第一当前用户的面部信息，并存储至本地；

s32：以vr视频开始播放的时刻为起点时刻，实时判断第一当前用户的观看时长是否超过预设范围；

s33：若是，则存储第一当前用户的面部信息，头显设备2停止播放vr视频，扬声器5提醒第一当前用户；

s34：以第一当前用户的面部信息为参考，获取并判断第二当前用户的面部信息是否与第一当前用户的面部信息一致，其中，第二当前用户为所述第一当前用户后获取面部信息的用户；

s35：若是，则头显设备2继续停止播放vr视频。

在本发明实施例中，头显设备2通过内置的摄像头，在第一当前用户佩戴头显设备2前获取用户的面部信息，并存储在头显设备2本地。具体的，采集第一当前用户的面部信息的具体流程为：人脸图像采集及检测、人脸图像预处理和人脸图像特征提取，上述过程采用adaboost算法，以提高人脸识别的准确度。当用户选好vr视频并播放后，以开始播放的时刻为起点时刻，实时判断第一当前用户的观看时长是否超过预设范围，比如50分钟-60分钟，若超时则头显设备2停止播放vr视频。以第一当前用户的面部信息为参考，获取并判断第二当前用户的面部信息是否与第一当前用户的面部信息一致。具体的比较方式为主控制板1提取第二当前用户的人脸图像特征与第一当前用户的人脸图像特征比对，若特征比对一致，则主控制板1判定第一当前用户和第二当前用户为同一用户，头显设备2继续停止播放vr视频，以达到防沉迷的效果。

在本发明其它实施例中，当用户使用头显设备2的时长超过预设范围，则会响起语音提示，提醒用户停止使用头显设备2。

进一步地，头显设备2内部存储有水仓、水管和微型喷射马达，头显设备2靠近用户额头的部分设有喷头矩阵，在以第一当前用户的面部信息为参考，获取并判断第二当前用户的面部信息是否与第一当前用户的面部信息一致的步骤s34之后，包括：

s34a：若是，则语音提醒第二当前用户摘下头显设备2；

s34b：判断第二当前用户是否摘下头显设备2；

s34c：若否，则喷头矩阵缓慢喷射5毫升的水至第二当前用户额头。

在本发发明实施例中，通过语音提醒，提醒第二当前用户摘下头显设备2，并说明若不摘下头显设备2，则预设时间间隔后开始喷水。主控制板1判断第二当前用户是否摘下头显设备2，其判断方法是内置于头显设备2的摄像头是否获取到完整的用户眼睛图像，若是，则代表用户还在佩戴头显设备2。当用户在语音提醒后，仍旧佩戴头显设备2的，则喷头矩阵缓慢喷射5毫升的水至第二当前用户额头。水珠受重力的影响，往下坠落，坠落至第二当前用户眼睛处时使得用户闭上眼睛，水珠缓解眼睛疲劳，保护用户眼睛，且还能驱退第二当前用户使用头显设备2，进一步地达到防沉迷的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。