CN103064532B - 一种空中鼠标遥控器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空中鼠标遥控器，只需要一个3轴加速度传感器采集遥控器的运动情况，然后计算出水平方向上、垂直方向的左右、上下转动位移，然后通过光标偏移转换得到光标偏移，通过无线传输方式不断地发送给智能终端设备发，实现对智能终端设备的控制。本发明具有以下优点：3轴加速度传感器是一种微机电装置，它抗干扰能力强，采样率高，本发明的空中鼠标遥控器与通用的鼠标频率类似，反应灵敏，延迟小，完全可以满足日常的鼠标控制需求；2、操作方式人性化，容易使用；3、本发明只采用了一颗3轴加速度传感器，相比陀螺仪传感器的空中鼠标方案，成本远低于陀螺仪，更利于市场化、推广应用。

Description

一种空中鼠标遥控器

技术领域

本发明属于远程控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种空中鼠标遥控器，可用于智能电视或计算机等设备的操控和输入。

背景技术

目前桌面系统的智能设备广泛应用，然而远程控制技术的发展却严重滞后，多数智能设备仍在使用传统遥控器，在需要进行鼠标相关操作时难以满足用户需求。传统的遥控器在选择图标时，需要将界面上的光标通过上下左右的方向键，不断的移动，直到达到需要的目标上。特别是当屏幕上有很多按钮时，移动按键的次数过多，操作的效率会大大的降低，极大的影响了用户的使用体验感。

当前智能终端设备多数开始支持到鼠标的功能，把PC上的操作设备无缝的移植到智能终端设备中。一方面用户习惯于PC的鼠标操作，在设备上使用鼠标，不需要重新学习，容易上手；另一方面，极大的丰富了智能设备的应用。

智能终端设备的控制方式很多。有线鼠标、无线鼠标、空中鼠标或者通过WiFi无线网络将第三方智能设备当作输入设备，把控制信息传给遥控的终端设备来实现控制。无论什么控制方式，最终都可以实现控制，只是在使用过程中体验感，造价成本上各有不同。

当前现有技术的不足：

当前实现光标控制的方式很多，但是很多都存在一些不足。有线鼠标，控制灵敏，操作顺畅，但是距离短，没法实现远程控制；无线鼠标，解决了远程控制的问题，但操作受到局限，鼠标必须放在“桌面”上才能使用；第三方设备，比如手机、平板电脑作为输入的话，必须接入WiFi无线网络，对环境的要求过高，成本也高。

空中鼠标遥控器摆脱了“桌面”的要求，实现了远程控制的需求，是智能终端设备最好的控制方式之一。但是空中鼠标的实现方式也有很多方式，基于陀螺仪和加速度传感器的空中鼠标有较好的操作体验感，但是它的成本还是相对偏高，主要用在一些高端的电子设备中；而基于图像识别跟踪的技术空中鼠标，有摄像头视角的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空中鼠标遥控器，以实现低成本的同时克服摄像头视角局限性的缺陷。

为实现上述目的，本发明空中鼠标遥控器，其特征在于，还包括3轴加速度传感器，其X轴与遥控器左右水平方向一致，Y轴与遥控器前后水平方向一致，Z轴与遥控器的上下方向一致；

加速度传感器能够实时的输出X、Y和Z轴的加速度值，在有水平左右运动的时候，在X轴上产生相应的水平加速度acc_x，在有水平前后运动的时候在Y轴上产生前后的加速度acc_y，在有上下运动的时候与重力一起在Z轴产生一个加速度acc_z；然后遥控器进行以下计算：

（1）、计算水平方向上的左右转动位移

在t₀到t₁时间段内，左右转动线速度：

$v_x=v_{0x}+{\∫}_{t_0}^{t_1}\mathrm{acc}\_x---\left(1\right)$

其中，v_0x为前一时刻的左右转动线速度；

在t₀到t₁时间段内，水平方向左右转动位移：

s_x=v_x×(t₀-t₁)（2）

（2）、计算垂直方向上的上下转动位移

对于任意时刻t，加速度传感器Y轴与水平方向的夹角：

$\mathrm{agl}\_y=\arcsin \frac{\mathrm{acc}\_y}{\sqrt{\mathrm{acc}\_y^2+\mathrm{acc}\_z^2}}---\left(3\right)$

在t₀到t₁时间段内，上下转动平均转过的角速度：

$w_y=\frac{\mathrm{agl}\_y_{t_1}-\mathrm{agl}\_y_{t_0}}{t_1-t_0}---\left(4\right)$

在t₀到t₁时间段内，平均线速度为：

v_y=w_y×R（5）

其中，R为转动的半径，根据经验设定；

在t₀到t₁时间段内，垂直方向的上下转动位移为：

s_y=v_y×(t₁-t₀)（6）

（3）、计算光标的偏移dx，dy

dx=factor×s_x（7）

dy=factor×s_y

其中factor光标偏移的转换因子，其值根据被控的智能终端设备确定；

将计算得到的光标的偏移dx，dy，通过无线传输方式不断地发送给智能终端设备，实现对智能终端设备的控制。

本发明的发明目的是这样实现的：

基于现有技术的不足和成本过高的问题，本发明提出了一种空中鼠标遥控器，只需要一个3轴加速度传感器采集遥控器的运动情况，然后计算出水平方向上、垂直方向的左右、上下转动位移，然后通过光标偏移转换得到光标偏移，通过无线传输方式不断地发送给智能终端设备发，实现对智能终端设备的控制。本发明具有以下优点：

1、3轴加速度传感器是一种微机电装置，它抗干扰能力强，采样率高，本发明的空中鼠标遥控器与通用的鼠标频率类似，反应灵敏，延迟小，完全可以满足日常的鼠标控制需求；

2、操作方式人性化，容易使用；

3、本发明只采用了一颗3轴加速度传感器，相比陀螺仪传感器的空中鼠标方案，成本远低于陀螺仪，更利于市场化、推广应用。

附图说明

图1是本发明空中鼠标遥控器3轴加速传感器安装位置正面方位图；

图2是图1所示空中鼠标遥控器3轴加速传感器安装位置底部方位图；

图3是图1所示空中鼠标遥控器3轴加速传感器安装位置侧面方位图；

图4是图1所示空中鼠标遥控器左右转动示意图；

图5是图1所示空中鼠标遥控器左右转动时，水平方向上转动分析图；

图6是图1所示空中鼠标遥控器上下转动示意图；

图7是图1所示空中鼠标遥控器上下转动时，垂直方向上转动分析图；。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

本发明空中鼠标遥控器是在控制智能终端设备的遥控器上，装备一颗3轴加速度传感器。加速度传感器能够实时的输出X、Y和Z轴的加速度值，在静止的时候，仅有重力加速度g，水平左右运动的时候，在X轴上有相应的水平加速度acc_x，水平前后运动的时候在Y轴上产生前后的加速度acc_y，上下运动的时候，与重力一起Z轴产生一个加速度acc_z。

空中鼠标遥控器在水平左右转动的时候，X轴上产生加速度，通过这个加速度，对时间积分，最后可以得到水平方向的左右转动位移；空中鼠标遥控器上下转动的时候，通过Z轴和Y轴的加速度值可以计算出上下转过的角度，最后得到垂直方向的上下转动位移。然后通过一种映射方式，将水平方向上的左右转动位移移动和垂直方向的上下转动位移转化为智能终端设备屏幕上光标的偏移dx，dy。

在实际的操作过程中，空中鼠标遥控器可能会有旋转，在进行光标的偏移dx，dy计算前需要对3轴加速度传感器的输出数据的进行旋转矫正，保持X轴与水平方向平行。

3轴加速传感器在遥控器安装位置与方向有关。3轴加速传感器(Gsensor)的Y轴与遥控器前后平行，X轴与遥控器的左右平行，Z轴垂直于遥控器正面即上下方向一致，具体如如图1、图2和图3所示。

水平方向上的左右转动时，通过X轴方向上的加速度，计算出水平方向左右转动位移S_x，左右转过的角度为w_x，如图4、图5所示。

上下转动操作，重力加速度会再Y轴和Z轴两个方向上有重力加速度的分量，通过分量值可以计算转动的角速度、平均线速度，垂直方向的上下转动位移S_y，上下转过的角度为w_y如图6、图7所示。

假设加速度传感器的工作频率为200Hz，即0.005s输出一个数据。

1、水平方向上的左右转动位移

对于水平移动速度的积分实现就是累加。假设前一时刻的左右转动线速度为v_0x，时刻t₀在X轴上有相应的水平加速度acc_x，由于t₀到t₁时间非常短，认定水平加速度acc_x为一个恒定值，在经过时间dt=0.005s后的左右转动线速度：

$v_x=v_{0x}+{\∫}_{t_0}^{t_1}\mathrm{acc}\_x=v_{0x}+\mathrm{acc}\_x*\mathrm{dt}$

如果前一时刻遥控器为静止开始，那么v_0x＝0。

在dt时间内，水平方向左右转动位移：

s_x=v_x×(t₀-t₁)=v_x*dt

2、垂直方向上的上下转动位移

加速度传感器Y轴与水平方向的上一个时刻的夹角为在经过dt=0.005s后，加速度传感器Y轴与水平方向的夹角为在dt内转过的角速度：

$w_y=\frac{\mathrm{agl}\_y_{t_1}-\mathrm{agl}\_y_{t_0}}{t_1-t_0}=(\mathrm{agl}\_y_{t_1}-\mathrm{agl}\_y_{t_0})/\mathrm{dt}$

根据设定的半径R，在dt时间内，转过的平均线速度为：

v_y=w_y×R

在dt时间内，垂直方向的上下转动位移为：

s_y=v_y×dt

（3）、计算光标的偏移dx，dy

dx=factor×s_x（7）

dy=factor×s_y

其中factor光标偏移的转换因子，其值根据被控的智能终端设备确定

在使用过程中，通过2.4G无线传输方式，空中鼠标遥控器连续不断的给智能终端设备发送光标的偏移dx，dy，智能终端设备根据光标的偏移dx，dy移动光标到达目标位置。

在本实施例中，光标偏移数据采用了无线2.4G传输，不受角度和方向的影响，传输速度快。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种空中鼠标遥控器，其特征在于，还包括3轴加速度传感器，其X轴与遥控器左右水平方向一致，Y轴与遥控器前后水平方向一致，Z轴与遥控器的上下方向一致；

加速度传感器能够实时的输出X、Y和Z轴的加速度值，在有水平左右运动的时候，在X轴上有相应的水平加速度acc_x，在有水平前后运动的时候在Y轴上产生前后的加速度acc_y，在有上下运动的时候与重力一起在Z轴产生一个加速度acc_z；然后遥控器进行以下计算：

(1)、计算水平方向上的左右转动位移

在t₀到t₁时间段内，左右转动线速度为：

$v_x=v_{0x}+{\∫}_{t_0}^{t_1}acc\_x---\left(1\right)$

其中，v_0x为前一时刻的左右转动线速度；

在t₀到t₁时间段内，水平方向左右转动位移为：

s_x＝v_x×(t₀-t₁)(2)

(2)、计算垂直方向上的上下转动位移

对于任意时刻t，加速度传感器Y轴与水平方向的夹角为：

$agl\_y=arcsin\frac{acc\_y}{\sqrt{acc\_y^2+acc\_z^2}}---\left(3\right)$

在t₀到t₁时间段内，上下转动平均转过的角速度为：

$w_y=\frac{agl\_y_{t_1}-agl\_y_{t_0}}{t_1-t_0}---\left(4\right)$

在t₀到t₁时间段内，平均线速度为：

v_y＝w_y×R(5)

其中，R为转动的半径，根据经验设定；

在t₀到t₁时间段内，垂直方向的上下转动位移为：

s_y＝v_y×(t₁-t₀)(6)

(3)、计算光标的偏移dx，dy

dx＝factor×s_x

(7)

dy＝factor×s_y

其中factor光标偏移的转换因子，其值根据被控的智能终端设备确定；

将计算得到的光标的偏移dx，dy，通过无线传输方式不断地发送给智能终端设备，实现对智能终端设备的控制。

2.根据权利要求1所述的空中鼠标遥控器，其特征在于，所述无线传输方式为2.4G无线传输方式。