CN103630125B - 一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法 - Google Patents

一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明所提供的一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法，通过对使用陀螺仪获取移动终端的在水平放置时其三维坐标的坐标轴上的角速度值，通过获取到的角速度值以及定时的时间判断移动终端在Z坐标轴发生的转动的角度值，并将该角度值与电子指南针获取的移动终端在所述定时的时间内相对于正南方向发生的偏离角度值进行比较，如果电子指南针偏离的角度值过大则说明此时电子指南针的所指示的方向有误差，需要进行校正，发出校正提醒，从而为用户提供方便。

Description

一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及移动终端设备领域，尤其涉及的是一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法。
背景技术
电子指南针是智能手机的标准配置之一，用户能够很方便的使用电子指南针来知道方向。
在现有技术中，电子指南针存在以下两点缺陷：（1）环境中存在大量的干扰磁场的微小因素，而这些微小因素长期积累会导致指南针不准，现有技术中尚没有检测机制检测到指南针不准需要校正，因此会导致用户在使用指南针时，指南针指示的方向错误；（2）当指南针检测到磁场变化较大时会提示用户重新校正指南针，但实际上有可能指南针本身并未受到干扰使本次提示用户的操作成了多余的操作，浪费了用户的时间。
因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法，所述系统及方法可以自动根据获取的信息对移动终端中的电子指南针是否需要校正给出提醒，为用户提供方便。
本发明的技术方案如下：
一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其中，所述系统包括：设置在移动终端上的电子指南针模块、陀螺仪模块和中央处理器模块；
所述电子指南针模块，用于获取移动终端当前位置相对于正南方向偏离的角度值；
所述陀螺仪模块，用于使用陀螺仪获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
所述中央处理器模块还包括定时单元和数据处理单元；
所述定时单元与所述数据处理单元相连接，所述电子指南针模块、陀螺仪模块和中央处理器模块相互连接；
所述定时单元，用于触发所述陀螺仪模块获取移动终端的角速度值，并对触发的时间进行计时；
所述数据处理单元，用于当检测到所述陀螺仪模块中获取到移动终端在三维坐标的X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值为零时，根据从电子指南针模块中得到的所述偏离的角度值、所述陀螺仪模块中得到的移动终端在Z坐标轴方向上的角速度和定时单元中的时间值，判断出在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值，如果大于则发出校正提醒；否则继续进检测。
所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其中，所述数据处理单元包括以下子单元：
角速度获取子单元，用于从陀螺仪模块中获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
正南方偏角获取子单元，用于从电子指南针模块中获取移动终端相对于正南方向的偏离的角度值。
所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其中，所述数据处理单元还包括角度比较子单元；
所述角度比较子单元，用于从所述正南方偏角获取子单元中获取到的移动终端相对于正南方向的偏离的角度值，计算出移动终端在预定时间内所述偏离的角度值的变化值。
所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其中，所述中央处理器模块还包括存储单元；
所述存储单元，用于对获取到的偏离的角度值、移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值、偏离的角度的变化值、陀螺仪转动的角度值以及预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值之间的差值进行存储。
所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其中，所述预定阈值为5度，所述移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值为陀螺仪转动的角速度值与定时单元中时间值的乘积的累加。
一种所述系统实现电子指南针校正提醒的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
A、开启定时单元的同时触发电子指南针模块中的电子指南针获取移动终端当前位置相对于正南方向偏离的角度值和陀螺仪模块中的陀螺仪获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
B、中央处理器模块对陀螺仪获取到的移动终端在X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值在预定时间内是否为零进行判断，若为零则进行下一步，否则将定时单元清零，重复本步骤；
C、根据步骤A中获取到的所述偏离的角度值、移动终端在Z坐标轴方向上的角速度和定时单元的时间值，判断在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值，如果大于则发出校正提醒；否则返回步骤B。
所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其中，所述步骤C中包括以下步骤：
C1、中央处理器模块从陀螺仪模块中获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
C2、中央处理器模块从电子指南针模块中获取移动终端相对于正南方向的偏离的角度值。
所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其特征在于，所述步骤C2还包括：根据获取到的所述偏离的角度值，计算出在预定时间内所述偏离的角度值的变化值。
所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其中，所述方法步骤还包括：
D、对获取到的偏离的角度值、移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值、偏离的角度的变化值、陀螺仪转动的角度值以及预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之间的差值存储在存储单元内。
所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其中，所述预定阈值为5度，所述移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值为陀螺仪转动的角速度值与定时单元中时间值乘积的累加。
有益效果：本发明所提供的一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法，通过对使用陀螺仪获取移动终端的在水平放置时其三维坐标的坐标轴上的角速度值，通过获取到的角速度值以及定时单元中的时间值判断移动终端在Z坐标轴发生的转动的角度值，并将该角度值与电子指南针获取的移动终端在所述定时的时间内相对于正南方向发生的偏离角度值进行比较，如果电子指南针偏离的角度值过大则说明此时电子指南针的所指示的方向有误差，需要进行校正，发出校正提醒，从准确的给出用户电子指南针需要进行校正的提醒，克服了电子指南针指示有误差不能自动进行校正提醒或者校正提醒错误的问题，为用户提供方便。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统的原理结构图。
图2为带有本发明提供的所述系统中电子指南针模块获取移动终端偏离正南方向的角度值的原理示意图。
图3为带有本发明提供的所述系统的移动终端三维坐标的坐标轴上的角速度的方向的原理示意图。
图4为本发明提供的利用所述系统实现电子指南针校正提醒的方法步骤的流程图。
图5为本发明提供的利用所述系统实现电子指南针校正提醒的方法具体应用实施例的步骤流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法，以下对结合附图本发明的实施例加以详细说明。
如图1所述为本发明提供的一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统的原理结构图，如图所示，所述系统包括以下模块：
设置在移动终端10上的电子指南针模块110、陀螺仪模块120和中央处理器模块130；本发明所述的电子指南针校正提醒系统是用于移动终端上的，所述移动终端可以为智能手机、平板电脑或者笔记本电脑，但是所述系统是建立在移动终端上安装有电子指南针和陀螺仪基础上的，在通常情况下，安装在移动终端上的电子指南针的功能未给用户指出正确的方向，陀螺仪用于获取移动终端运动过程中的角速度，下面结合所述系统各个模块的功能对其进行详细的说明。
所述电子指南针模块110，用于获取移动终端10相对于正南方向偏离的角度值；
具体的，电子指南针模块110中设置有一电子指南针，用于获取移动终端10当前位置偏离正南方向的角度值，如图2所示，移动终端以智能手机为例，在智能手机的正中间安装有电子指南针模块110，用户通过使用电子指南针模块上的电子指南针来获取其偏离正南方向的角度值。
所述陀螺仪模块120，用于使用陀螺仪获取移动终端10在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；如图3所示，为移动终端上的陀螺仪模块在获取笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度的方向示意图，移动终端10上安装的陀螺仪模块120中的陀螺仪用于获取在三维坐标的坐标轴上的角速度值。
所述中央处理器模块130还包括定时单元1301和数据处理单元1302；
所述定时单元1301，用于触发所述陀螺仪模块120获取移动终端10的角速度值，并对触发的时间进行计时；
所述数据处理单元1302，用于当检测到所述陀螺仪模块120中获取到移动终端10在三维坐标的X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值是否为零时，根据从电子指南针模块110中得到的所述偏离的角度值、所述陀螺仪模块120中得到的移动终端10在Z坐标轴方向上的角速度和定时单元中的时间值，判断出在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值，如果大于则发出校正提醒；否则继续进检测；
所述定时单元130用于对时间进行计时的同时，还用于在预定时间以后触发所述电子指南针模块110获取移动终端偏离正南方向的角度值和触发所述陀螺仪模块120获取移动终端在预定时间内转动的角速度值。
所述数据处理单元1302，根据上述角度值对电子指南针是否需要进行校正做出定量判断。具体的，通过定时单元130进行定时，在预定时间之后，通过在电子指南针在预定时间前后分别获取到的移动终端偏离正南方向的角度值，可以计算出在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值，若陀螺仪在该预定时间内测出移动终端在X坐标轴和Y坐标轴上的角速度为零，则说明此时移动终端并仅是在Z坐标轴上发生移动，若Z坐标轴上的角速度值也为零，则说明移动终端处于静止状态。
为了能加准确的对电子指南针的指示方向是否发生误差进行判断，减少计算量，本发明提供的所述数据处理单元是在当陀螺仪上判断出移动终端在预定时间内其X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值均为零的状态下才进行计算的，即移动终端仅在水平面上运动时，才电子指南针偏离正南方向的角度变化值与陀螺仪在水平面内的转动的角度值进行比较，如果电子指南针的角度变化值与陀螺仪转动的角度值之差大于预设的阈值，则说明电子指南针指示的方向发生误差，需要发出电子指南针校正提醒。
可以想到的是，所述定时单元1301与所述数据处理单元1302相连接，所述电子指南针模块110、陀螺仪模块120和中央处理器模块130相互连接。
为了很好的获取数据进行计算，在上述系统的基础上，所述数据处理单元包括以下子单元：
所述角速度获取子单元，用于从陀螺仪模块中获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
所述正南方偏角获取子单元，用于从电子指南针模块中获取移动终端相对于正南方向的偏离的角度值。
所述数据处理单元还包括角度比较子单元；
所述角度比较子单元，用于从所述正南方偏角获取子单元中获取到的移动终端相对于正南方向的偏离的角度值，计算出在预定时间内所述偏离的角度值的变化值。
所述数据处理单元分别从上述单元中获取所需要的数据，并将获取的数据进行计算，最终判断出是否需要发出电子指南针的校正提醒。
为了便于中央处理器模块及时的获取其所需要的数据，在所述中央处理器模块中还包括存储单元；所述存储单元，用于对获取到的偏离的角度值、移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值、偏离的角度的变化值、陀螺仪转动的角度值以及预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值之间的差值进行存储。
优选的，所述预定阈值为5度，系统可以默认设置，用户也可以自定义设置成其他的角度值；所述移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值为陀螺仪转动的角速度值与定时单元上时间的乘积。
在上述所述系统的基础上，本发明还提供了一种利用所述系统实现电子指南针校正提醒的方法，如图4所示，所述方法包括以下步骤：
S1、开启定时单元，同时触发电子指南针模块中的电子指南针获取移动终端相对于正南方向偏离的角度值和陀螺仪模块中的陀螺仪获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值。
首先开启定时单元中的定时单元，对时间进行计时，同时触发电子指南针模块中的电子指南针获取移动终端偏离正南方向的角度值和触发陀螺仪获取移动终端在三维坐标轴上的角速度值，便于下一步的计算。
S2、中央处理器模块对陀螺仪获取到的移动终端在X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值在预定时间内是否为零进行判断，若为零则进行下一步，否则将定时单元清零，重复本步骤。
当定时单元所计时达到预定时间后，中央处理器模块对陀螺仪上获取到的移动终端在X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值在预定时间内是否持续为零进行判断，如果在此时间段内移动终端持续为水平方向发生移动时，则进行下一步，否则重复本步骤。
S3、根据步骤S1中获取到的所述偏离的角度值、移动终端在Z坐标轴方向上的角速度和定时单元中计录的时间值，计算在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值，如果大于则发出校正提醒；否则返回步骤S2。
所述中央处理器模块中的数据处理单元根据上述步骤中获取到的数据对是否需要发出校正提醒进行计算，具体的，通过判断在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值来进行判断。优选的，所述预定阈值为5度，所述移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值为陀螺仪转动的角速度值与定时单元中时间值的乘积的累加。
其中，所述Z轴方向转动的角度值，应作换算：将其换算成与偏离正南方向的角度值的变化值符号相同，且其值范围需在-360到360度之间，如果超出范围通过加减360的整数倍来获取Z轴方向转动的角度值。
如果在本步骤中判断出预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之差小于预定阈值，则判断定时单元中的时间值是否超出预定时间，如果超出则停止此次校正提醒的检测，如果时间还未到则返回到步骤S2，重新对移动终端在X、Y坐标轴上的角速度值进行判断。
具体的，所述步骤S3中包括以下步骤：
S31、中央处理器模块从陀螺仪模块中获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值。
S32、中央处理器模块从电子指南针模块中获取移动终端相对于正南方向的偏离的角度值。
在本步骤中还包括中央处理器模块根据获取到的所述偏离的角度值，计算出在预定时间内所述偏离的角度值的变化值。
所述方法步骤还包括：对获取到的偏离的角度值、移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值、偏离的角度的变化值、陀螺仪转动的角度值以及预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之间的差值存储在存储单元内。
为了对上述方法做进一步的说明，如图5所示为本发明所述实现方法的具体应用方法步骤流程图，如图所示：
H100、用户打开指南针功能，正南方偏角获取模块获取当前位置与正南方偏角θ1，并保存至存储模块；同时开启超时时间为t的定时单元，在存储器中设置三个变量ωX、ωY、ωZ。
为了更好的对移动终端在水平方向转动的角度值进行准确的计算，可以使用一存储器，在所述存储器中保存变量ωX、ωY和ωZ用于表征陀螺仪中获取的移动终端在转动时前的角度值，使用ωX1、ωY1和ωZ1用于表征陀螺仪中获取的移动终端在转动时后的角度值。当中央处理器模块需要进行计算时，则从存储器中调处上述数据进行计算。
H200、判断此时定时单元计时的时间是否超出预设时间t，如果超出则进行步骤H300，否则继续计时。
H300、角速度获取模块获取ωX、ωY、ωZ。
H400、判断上述ωX、ωY是否一直为零，如果是则进行下一步，否则返回到步骤H200。
H500、使用南方偏角获取模块计算从电子指南针上获取的移动终端在预定时间之后所处位置与正南方向的偏角θ2。
H600、中央处理器模块通过上述步骤中获取的数据计算预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之间的差值是否超出预定阈值，如果超出预定阈值，则进入步骤H700,否则返回步骤H400.
在本步骤中具体的通过下面的式子对所述差值是否超出预定阈值进行判断：
|θ2-θ1-ωZ*t|>TH，
上述公式中θ1和θ2分别为移动终端在预定时间之前后所处位置与正南方向的偏离的角度值，ωZ为陀螺仪获取的移动终端在Z坐标轴上转动的角速度值，t为预设时间，TH为计算出的实际的移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之间的差值。
H700、发出电子指南针需要进行校正提醒的信号。
本发明所提供的一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统及其实现方法，通过对使用陀螺仪获取移动终端的在水平放置时其三维坐标的坐标轴上的角速度值，通过获取到的角速度值以及定时的时间判断移动终端在Z坐标轴发生的转动的角度值，并将该角度值与电子指南针获取的移动终端在所述定时的时间内相对于正南方向发生的偏离角度值进行比较，如果电子指南针偏离的角度值过大则说明此时电子指南针的所指示的方向有误差，需要进行校正，发出校正提醒，从而为用户提供方便。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其特征在于，所述系统包括：设置在移动终端上的电子指南针模块、陀螺仪模块和中央处理器模块；
所述电子指南针模块，用于获取移动终端当前位置相对于正南方向偏离的角度值；
所述陀螺仪模块，用于使用陀螺仪获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
所述中央处理器模块还包括定时单元和数据处理单元；
所述定时单元与所述数据处理单元相连接，所述电子指南针模块、陀螺仪模块和中央处理器模块相互连接；
所述定时单元，用于触发所述陀螺仪模块获取移动终端的角速度值，并对触发的时间进行计时；
所述数据处理单元，用于当检测到所述陀螺仪模块中获取到预定时间内移动终端在三维坐标的X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值为均为零时，根据从电子指南针模块中得到的所述偏离的角度值、所述陀螺仪模块中得到的移动终端在Z坐标轴方向上的角速度和定时单元中的时间值，判断出在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值，如果大于则发出校正提醒；否则继续进检测。
2.根据权利要求1所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其特征在于，所述数据处理单元包括以下子单元：
角速度获取子单元，用于从陀螺仪模块中获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
正南方偏角获取子单元，用于从电子指南针模块中获取移动终端相对于正南方向的偏离的角度值。
3.根据权利要求2所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括角度比较子单元；
所述角度比较子单元，用于从所述正南方偏角获取子单元中获取到的移动终端相对于正南方向的偏离的角度值，计算出移动终端在预定时间内所述偏离的角度值的变化量。
4.根据权利要求3所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其特征在于，所述中央处理器模块还包括存储单元；
所述存储单元，用于对获取到的偏离的角度值、移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值、偏离的角度的变化值、陀螺仪转动的角度值以及预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值之间的差值进行存储。
5.根据权利要求1所述的基于陀螺仪的电子指南针校正提醒系统，其特征在于，所述预定阈值为5度，所述移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值为陀螺仪转动的角速度值与定时单元中时间值的乘积的累加。
6.一种利用如权利要求1所述系统实现电子指南针校正提醒的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、开启定时单元的同时，触发电子指南针模块中的电子指南针获取移动终端当前位置相对于正南方向偏离的角度值和陀螺仪模块中的陀螺仪获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
B、中央处理器模块对陀螺仪获取到的移动终端在X坐标轴和Y坐标轴上的角速度值在预定时间内是否均为零进行判断，若均为零则进行下一步，否则将定时单元清零，重复本步骤；
C、根据步骤A中获取到的所述偏离的角度值、移动终端在Z坐标轴方向上的角速度和定时单元的时间值，判断在预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之差是否大于预定阈值，如果大于则发出校正提醒；否则返回步骤B。
7.根据权利要求6所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其特征在于，
所述步骤C中包括以下步骤：
C1、中央处理器模块从陀螺仪模块中获取移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值；
C2、中央处理器模块从电子指南针模块中获取移动终端相对于正南方向的偏离的角度值。
8.根据权利要求7所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其特征在于，所述步骤C2还包括：根据获取到的所述偏离的角度值，计算出在预定时间内所述偏离的角度值的变化值。
9.根据权利要求8所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其特征在于，所述方法步骤还包括：
D、对获取到的偏离的角度值、移动终端在笛卡尔三维坐标的坐标轴上的角速度值、偏离的角度的变化值、陀螺仪转动的角度值以及预定时间内移动终端偏离正南方向的角度值的变化值与移动终端在Z轴方向转动的角度值之间的差值存储在存储单元内。
10.根据权利要求8所述的实现电子指南针校正提醒的方法，其特征在于，所述预定阈值为5度，所述移动终端在Z坐标轴方向转动的角度值为陀螺仪转动的角速度值与定时单元中时间值的乘积的累加。
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