CN109085933A - 一种交互电磁笔系统及使用方法 - Google Patents

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张治宇
钟景维
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Abstract

本发明适用于电磁笔领域，提供了一种交互电磁笔系统，所述交互电磁笔系统包括集成USB功能的MCU，连接所述MCU并集成加速计和陀螺仪的六轴传感器模块，连接所述MCU并用于实现电磁笔功能的电磁笔模块，连接所述MCU用于实现传递单击、拖拽及双击动作并设置有X键和Y键且可以进行模式切换的按键模块，及电性连接所述MCU、所述六轴传感器模块、所述电磁笔模块及所述按键模块为各个模块提供所需电压的供电模块。解决现有的电磁笔系统只能实现单一的办公或娱乐不能同时兼容的技术问题。

Description

一种交互电磁笔系统及使用方法
技术领域
本发明属于电磁笔领域，尤其涉及一种交互电磁笔系统及使用方法。
背景技术
我们知道，现在的虚拟现实交互有多种交互方式：空鼠、手柄、遥控器、摇杆、控制器、数据手套、6DOF、深度摄像追踪、MARK定位、红外定位等方式，交互方式多样，也给用户带来便捷，但这些技术在一些特定领域可能不能获得更佳的交互体验，比如，细腻精确绘画，特殊办公，教学辅助，人们在现实世界，习惯了手写操作，人的成长过程都是通过写的动作来进行学习和办公，有时强制改变人的并不是一件很好的事情，甚至不会得到用户的认可。
在虚拟现实中，人们都是怎么绘画和写字呢，多数情况，是在空中完成写的过程，这很尴尬，因为写的多了，用户不仅会疲劳，也会内心烦躁，操作也不便捷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交互电磁笔系统，旨在解决现有的电磁笔系统只能实现单一的办公或娱乐不能同时兼容的技术问题。
本发明是这样实现的，一种交互电磁笔系统，所述交互电磁笔系统包括集成USB功能的MCU，连接所述MCU并集成加速计和陀螺仪的六轴传感器模块，连接所述MCU并用于实现电磁笔功能的电磁笔模块，连接所述MCU用于实现传递单击、拖拽及双击动作并设置有X键和Y键且可以进行模式切换的按键模块，及电性连接所述MCU、所述六轴传感器模块、所述电磁笔模块及所述按键模块为各个模块提供所需电压的供电模块。
本发明的进一步技术方案是：所述六轴传感器模块通过SPI/I2C总线与所述MCU连接。
本发明的进一步技术方案是：所述电磁笔模块通过I2C总线与所述MCU连接。
本发明的进一步技术方案是：所述按键模块通过GPIO接口与所述MCU连接。
本发明的另一目的在于提供一种交互电磁笔系统的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
步骤S1：首先将六轴传感器模块、电磁笔模块、按键模块、USB及姿态算法进行初始化；
步骤S2：通过按键模块选择电磁笔模式或姿态模式，当选择电磁笔模式时，检查电磁笔模块是否有数据要上报，如果有，则进行读取数据并将读取数据通过USB发送到主机端，并返回到检查电磁笔模块是否有数据要上报，如果没有，则继续进行检查电磁笔模块是否有数据要上报，当选择姿态模式时，则通过六轴传感器模块进行采集加速度数据、陀螺仪数据及地磁数据，进行融合算法计算，获得YAW、PATCH及ROLL三个姿态数据，并将获得的三个姿态数据通过USB发送到主机端；
步骤S3：当出现按键中断事件时，即姿态模式与电磁笔模式的切换，则获取按键值并对按键值进行解析和通过USB发送到主机端，解析完成并进行相应按键值的操作；
步骤S4：当没有可处理任务时，则进入深度休眠待机状态，当有按键中断事件出现时，则重新进行步骤S1的操作并进入工作状态。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1还包括以下步骤：
步骤S11：按键模块的初始化是将其设置为中断输入方式；
步骤S12：电磁笔模块的初始化是将电磁笔模块的寄存器进行初始化并将其进入待机工作状态；
步骤S13：六轴传感器模块的初始化是将六轴传感器模块的寄存器进行初始化并开启加速度数据、陀螺仪数据及地磁数据的采集功能开启；
步骤S14：姿态算法的初始化时将算法进行参数重置以及使算法变量进入装备状态；
步骤S15：USB的初始化是将USB的基本功能开启使其可以连接到主机端进行通信。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S4还包括以下步骤：
步骤S41：在进入深度休眠待机状态时，需要先将六轴传感器模块设置为待机状态，将电磁笔模块进入低功耗模式，将USB设置为休眠，并进入WFI等待指令；
步骤S42：当有按键中断事件出现时，则唤醒MCU，此时WFI等待指令退出，然后重新将六轴传感器模块、电磁笔模块、按键模块、USB及姿态算法进行初始化，并进入工作状态。
本发明的有益效果是：此种电磁笔系统应用到电磁笔中可以实现办公和娱乐同时兼容在一个电磁笔中，并且涉及了特殊功能键来进行模式切换，提高了交互灵活性，并且在办公和娱乐等各种应用上都有广阔的应用场景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种交互电磁笔系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种交互电磁笔系统的使用方法流程图。
具体实施方式
图1-2示出了本发明提供的一种交互电磁笔系统，所述交互电磁笔系统包括集成USB功能的MCU，连接所述MCU并集成加速计和陀螺仪的六轴传感器模块，连接所述MCU并用于实现电磁笔功能的电磁笔模块，连接所述MCU用于实现传递单击、拖拽及双击动作并设置有X键和Y键且可以进行模式切换的按键模块，及电性连接所述MCU、所述六轴传感器模块、所述电磁笔模块及所述按键模块为各个模块提供所需电压的供电模块。供电模块则采用低功耗低压损LDO，采用日本特瑞士XC6206系列，将USB输入的5V转为3.3V给各个模块进行供电，为了节省面积，MCU采用意法半导体的STM32F042G4U6，芯片集成了USB，封装为UFQFPN28，尺寸只有4x4mm适合笔类结构设计，按键模块定义了两个特殊键X/Y，X和Y都可以传递单击、拖拽、双击动作，并且长按Y键可以实现模式切换，六轴传感器模块采用美国应美盛最新ICM20602低功耗六轴传感器，该传感器在工作时功耗很低，可以满足功耗方面的需要，并且还集成加速计和陀螺仪。
所述六轴传感器模块通过SPI/I2C总线与所述MCU连接。
所述电磁笔模块通过I2C总线与所述MCU连接。
所述按键模块通过GPIO接口与所述MCU连接。
一种交互电磁笔系统的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
步骤S1：首先将六轴传感器模块、电磁笔模块、按键模块、USB及姿态算法进行初始化；
步骤S11：按键模块的初始化是将其设置为中断输入方式；
步骤S12：电磁笔模块的初始化是将电磁笔模块的寄存器进行初始化并将其进入待机工作状态；
步骤S13：六轴传感器模块的初始化是将六轴传感器模块的寄存器进行初始化并开启加速度数据、陀螺仪数据及地磁数据的采集功能开启；
步骤S14：姿态算法的初始化时将算法进行参数重置以及使算法变量进入装备状态；
步骤S15：USB的初始化是将USB的基本功能开启使其可以连接到主机端进行通信。
步骤S2：通过按键模块选择电磁笔模式或姿态模式，当选择电磁笔模式时，检查电磁笔模块是否有数据要上报，如果有，则进行读取数据并将读取数据通过USB发送到主机端，并返回到检查电磁笔模块是否有数据要上报，如果没有，则继续进行检查电磁笔模块是否有数据要上报，当选择姿态模式时，则通过六轴传感器模块进行采集加速度数据、陀螺仪数据及地磁数据，进行融合算法计算，获得YAW、PATCH及ROLL（YAW表示航向角，PATCH表示俯仰角，ROLL表示横滚角）三个姿态数据，并将获得的三个姿态数据通过USB发送到主机端；
步骤S3：当出现按键中断事件时，即姿态模式与电磁笔模式的切换，则获取按键值并对按键值进行解析和通过USB发送到主机端，解析完成并进行相应按键值的操作；在中断事件中，用户按下的按键值将被记录在按键变量里，并进行判断该按键变量是否有变化，若有变化说明用户按下了按键，则进行解析按的是什么按键，解析完成则进行相应的操作。
步骤S4：当没有可处理任务时，则进入深度休眠待机状态，当有按键中断事件出现时，则重新进行步骤S1的操作并进入工作状态。
步骤S41：在进入深度休眠待机状态时，需要先将六轴传感器模块设置为待机状态，将电磁笔模块进入低功耗模式，将USB设置为休眠，并进入WFI（Wireless Fidelity无线局域网）等待指令；
步骤S42：当有按键中断事件出现时，则唤醒MCU，此时WFI等待指令退出，然后重新将六轴传感器模块、电磁笔模块、按键模块、USB及姿态算法进行初始化，并进入工作状态。
此种电磁笔系统应用到电磁笔中可以实现办公和娱乐同时兼容在一个电磁笔中，并且涉及了特殊功能键来进行模式切换，提高了交互灵活性，并且在办公和娱乐等各种应用上都有广阔的应用场景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种交互电磁笔系统，其特征在于，所述交互电磁笔系统包括集成USB功能的MCU，连接所述MCU并集成加速计和陀螺仪的六轴传感器模块，连接所述MCU并用于实现电磁笔功能的电磁笔模块，连接所述MCU用于实现传递单击、拖拽及双击动作并设置有X键和Y键且可以进行模式切换的按键模块，及电性连接所述MCU、所述六轴传感器模块、所述电磁笔模块及所述按键模块为各个模块提供所需电压的供电模块。
2.根据权利要求1所述的交互电磁笔系统，其特征在于，所述六轴传感器模块通过SPI/I2C总线与所述MCU连接。
3.根据权利要求2所述的交互电磁笔系统，其特征在于，所述电磁笔模块通过I2C总线与所述MCU连接。
4.根据权利要求3所述的交互电磁笔系统，其特征在于，所述按键模块通过GPIO接口与所述MCU连接。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的交互电磁笔系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
步骤S1：首先将六轴传感器模块、电磁笔模块、按键模块、USB及姿态算法进行初始化；
步骤S2：通过按键模块选择电磁笔模式或姿态模式，当选择电磁笔模式时，检查电磁笔模块是否有数据要上报，如果有，则进行读取数据并将读取数据通过USB发送到主机端，并返回到检查电磁笔模块是否有数据要上报，如果没有，则继续进行检查电磁笔模块是否有数据要上报，当选择姿态模式时，则通过六轴传感器模块进行采集加速度数据、陀螺仪数据及地磁数据，进行融合算法计算，获得YAW、PATCH及ROLL三个姿态数据，并将获得的三个姿态数据通过USB发送到主机端；
步骤S3：当出现按键中断事件时，即姿态模式与电磁笔模式的切换，则获取按键值并对按键值进行解析和通过USB发送到主机端，解析完成并进行相应按键值的操作；
步骤S4：当没有可处理任务时，则进入深度休眠待机状态，当有按键中断事件出现时，则重新进行步骤S1的操作并进入工作状态。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述步骤S1还包括以下步骤：
步骤S11：按键模块的初始化是将其设置为中断输入方式；
步骤S12：电磁笔模块的初始化是将电磁笔模块的寄存器进行初始化并将其进入待机工作状态；
步骤S13：六轴传感器模块的初始化是将六轴传感器模块的寄存器进行初始化并开启加速度数据、陀螺仪数据及地磁数据的采集功能开启；
步骤S14：姿态算法的初始化时将算法进行参数重置以及使算法变量进入装备状态；
步骤S15：USB的初始化是将USB的基本功能开启使其可以连接到主机端进行通信。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述步骤S4还包括以下步骤：
步骤S41：在进入深度休眠待机状态时，需要先将六轴传感器模块设置为待机状态，将电磁笔模块进入低功耗模式，将USB设置为休眠，并进入WFI等待指令；
步骤S42：当有按键中断事件出现时，则唤醒MCU，此时WFI等待指令退出，然后重新将六轴传感器模块、电磁笔模块、按键模块、USB及姿态算法进行初始化，并进入工作状态。
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