CN113707488B - 摇杆校正方法及摇杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摇杆技术领域，尤指一种摇杆校正方法及摇杆装置，摇杆装置包括中央处理器、模拟采样ADC输入模块、模拟电压输出模块和数字通信接口模块。本发明的摇杆校正方法通过模拟采样ADC输入模块获取摇杆使用原始数据；同时中央处理器设有纠错算法模块和校正算法模块，可对收集到的摇杆数据进行滤波、纠错、校正等算法的数据处理，可以有效地纠正和过滤摇杆使用过程中的噪音和错误数据，以确保输出数据的准确和稳定。

Description

摇杆校正方法及摇杆装置

技术领域

本发明涉及摇杆技术领域，尤指一种摇杆校正方法及摇杆装置。

背景技术

目前，各类电视游戏、手机游戏或电脑游戏多采用游戏手柄作为游戏控制的输入设备。游戏手柄上用来控制游戏角色运动方向的摇杆模拟装置，其内部包括有一个摇杆和垂直于手柄内部的印刷电路板的两个滑动变阻器。用户通过左右、前后、上下以及任意角度方向上控制摇杆移动时，摇杆在X、Y轴上的位置会不断的变化，从而分别使得两个滑动变阻器输出不同的分压值，手柄内的中央控制芯片根据摇杆在X、Y轴上移动产生不同的分压值，再通过模拟/数字转换得到一个数字连续变化的模拟量，根据模拟量可控制游戏中对应角色的移动方向以及移动速度等。另外，若将摇杆按下，可使得摇杆下面的开关闭合；若松开，则摇杆弹起，开关断开，通过控制开关的闭合与断开可对应得到一个“1”和“0”的高低电平的开关量，经过游戏操作设置可实现利用所述开关量对游戏角色动作的控制。另外，在没有外力扳动摇杆的情况下，摇杆会通过摇杆内产生的机械力自动回归到原点即X、Y轴的中间位置。

现有技术中，由于生产或装配时摇杆容易产生误差，或者不同环境条件下使用摇杆也容易产生错误，加之长时间使用后，摇杆更容易产生偏差，这些都极大影响用户的正常使用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种摇杆校正方法及摇杆装置，可以对摇杆信号输出进行校正和纠错，确保输出数据的准确和稳定。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种摇杆校正方法，包括如下步骤：

步骤1、通过模拟采样ADC输入模块记录位置值，中央处理器根据位置值计算得到矫正因子和电压差，并将矫正因子和电压差保存到存储器单元；

步骤2、通过模拟采样ADC输入模块实时检测摇杆位置状态，中央处理器利用矫正因子和电压差通过校正算法计算出摇杆位置对应的输出值；

步骤3、对输出值进行有效值范围判断，若数据正确，则通过输出模块输出至模拟电压输出模块或数字通信接口模块；若数据有误，将数据进行纠错算法处理后再通过输出模块输出至模拟电压输出模块或数字通信接口模块。

作为一种优选方案，所述步骤一的具体步骤包括：

步骤1.1、通过生产设备，将摇杆分别移动到最大、最小位置，通过模拟采样ADC输入模块分别记录最大位置值为V′₁，最小位置值为V′₂，最大位置归中后位置值为C′₁，最小位置归中后位置值为C′₂；

步骤1.2、通过中央处理器计算出矫正因子K1、K2，计算公式为：

其中V₁为标准摇杆的最大位置值，V₂为标准摇杆的最小位置值，C₁为标准摇杆的最大位置归中后位置值，C₂为标准摇杆的最小位置归中后位置值；

步骤1.3、通过中央处理器计算出电压差ΔV₁、ΔV₂，计算公式为：

ΔV₁＝V₁-K1*V′₁，ΔV₂＝K2*V′₂-V₂；

步骤1.4、将矫正因子K1、K2和电压差ΔV₁、ΔV₂保存到存储器单元。

作为一种优选方案，所述步骤二的具体步骤包括：

步骤2.1、通过模拟采样ADC输入模块，实时检测摇杆位置状态，并记录为数值Vx；

步骤2、中央处理器利用矫正因子和电压差计算出摇杆位置对应的输出值Vo1、Vo2，计算公式为：

当摇杆大于归中位置时，Vo1＝C₁+K1*Vx+Δv₁；

当摇杆小于归中位置时，Vo2＝C₁-(K2*Vx+ΔV₂)。

作为一种优选方案，在步骤2和步骤3中，对收集和处理的数据进行滤波算法的数据处理，其中所述滤波算法采用限幅滤波算法和滑动平均滤波算法。

作为一种优选方案，所述限幅滤波算法的处理步骤包括：计算摇杆数据幅值，当幅值大于预先设置的幅值阀值时，对摇杆数据进行滤波处理，滤波处理的公式为：

θ_k＝C1*θ_K-1+C2*θ_K-2+C3*θ_K-3+Cn*θ_k-n

其中，θ_k为K时刻的摇杆数据，θ_k-1、θ_k-2、θ_k-3、θ_k-n为前次采样数据，C1、C2、C3、Cn为滤波系数，n为时刻数量。

作为一种优选方案，所述滑动平均滤波算法的处理步骤包括：取M个采样值求平均，存储区中开辟M个数据的暂存区；每新采集一个数据便存入暂存区中，同时去掉一个最老数据，保存M个数据始终是最新更新的数据；滤波处理的公式为：

V_n＝(V_n+V_n-1+V_n-2+V_n-3+V_n-m)/m

其中，V_n为n时刻的摇杆数据，V_n-1、V_n-2、V_n-3、V_n-m为前次采样数据，m为滑动平均滤波算法个数。

本发明的有益效果在于：

本发明的摇杆设有模拟采样ADC输入模块，用于获取摇杆使用原始数据；同时中央处理器设有纠错算法模块和校正算法模块，可对收集到的摇杆数据进行滤波、纠错、校正等算法的数据处理，可以有效地纠正和过滤摇杆使用过程中的噪音和错误数据，以确保输出数据的准确和稳定。

附图说明

图1是本发明的摇杆校正方法的流程示意框图。

图2是本发明的摇杆装置的电路连接示意图。

图3是本发明的摇杆装置的分解结构示意图。

附图标号说明：

100-中央处理器；101-纠错算法模块；102-校正算法模块；103-存储器；0-模拟采样ADC输入模块；300-模拟电压输出模块；400-数字通信接口模块；401-I2C通信接口；402-串行通信接口；

10-外壳；21-底座；22-上盖；23-轴部；30-摇杆组件；40-摇臂组件；41-上摇臂；42-下摇臂；43-转轴；44-第一卡接部；50-复位组件；51-摆臂；52-拉簧；53-钩部；54-通孔；60-检测组件；61-电路板；62-电刷件；70-底板；80-轴套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明关于一种摇杆校正方法，包括如下步骤：

步骤S10、通过模拟采样ADC输入模块记录位置值，中央处理器根据位置值计算得到矫正因子和电压差，并将矫正因子和电压差保存到存储器单元；

步骤S、通过模拟采样ADC输入模块实时检测摇杆位置状态，中央处理器利用矫正因子和电压差通过校正算法计算出摇杆位置对应的输出值；

步骤S30、对输出值进行有效值范围判断，比如输出范围为8位，则有效范围是0～255；若数据正确，则通过输出模块输出至模拟电压输出模块或数字通信接口模块；若数据有误，将数据进行纠错算法处理后再通过输出模块输出至模拟电压输出模块或数字通信接口模块。

本发明通过模拟采样ADC输入模块获取摇杆使用原始数据；同时中央处理器对收集到的摇杆数据进行滤波、纠错、校正等算法的数据处理，可以有效地纠正和过滤摇杆使用过程中的噪音和错误数据，以确保输出数据的准确和稳定。

其中，步骤S10的具体步骤包括：

步骤S11、通过生产设备，将摇杆分别移动到最大、最小位置，通过模拟采样ADC输入模块分别记录最大位置值为V₁′，最小位置值为V₂′，最大位置归中后位置值为C₁′，最小位置归中后位置值为C₂′；

步骤S12、通过中央处理器计算出矫正因子K1、K2，计算公式为：

其中V₁为标准摇杆的最大位置值，V₂为标准摇杆的最小位置值，C₁为标准摇杆的最大位置归中后位置值，C₂为标准摇杆的最小位置归中后位置值；

步骤S13、通过中央处理器计算出电压差ΔV₁、ΔV₂，计算公式为：

ΔV₁＝V₁-K1*V′₁，ΔV₂＝K2*V′₂-V₂；

步骤S14、将矫正因子K1、K2和电压差ΔV₁、ΔV₂保存到存储器单元。

其中，步骤S的具体步骤包括：

步骤S21、通过模拟采样ADC输入模块，实时检测摇杆位置状态，并记录为数值Vx；

步骤S22、中央处理器利用矫正因子和电压差计算出摇杆位置对应的输出值Vo1、Vo2，计算公式为：

当摇杆大于归中位置时，Vo1＝C₁+K1*Vx+ΔV₁；

当摇杆小于归中位置时，Vo2＝C₁-(K2*Vx+ΔV₂)。

在步骤S的校正算法和步骤S30的纠错算法中，对收集和处理的数据进行滤波算法的数据处理，可以有效地纠正和过滤摇杆使用过程中的噪音和错误数据，以确保输出数据的准确和稳定；滤波算法采用限幅滤波算法和滑动平均滤波算法，该滤波算法组合可以有效去除摇杆因长时间使用产生的噪音及抖动干扰。

其中，限幅滤波算法的处理步骤包括：计算摇杆数据幅值，当幅值大于预先设置的幅值阀值时，对摇杆数据进行滤波处理，滤波处理的公式为：

θ_k＝C1*θ_K-1+C2*θ_K-2+C3*θ_K-3+Cn*θ_k-n

其中，θ_k为K时刻的摇杆数据，θ_k-1、θ_k-2、θ_k-3、θ_k-n为前次采样数据，C1、C2、C3、Cn为滤波系数，n为时刻数量。

其中，滑动平均滤波算法的处理步骤包括：取M个采样值求平均，存储区中开辟M个数据的暂存区；每新采集一个数据便存入暂存区中，同时去掉一个最老数据，保存M个数据始终是最新更新的数据；滤波处理的公式为：

V_n＝(V_n+V_n-1+V_n-2+V_n-3+V_n-m)/m

其中，V_n为n时刻的摇杆数据，V_n-1、V_n-2、V_n-3、V_n-m为前次采样数据，m为滑动平均滤波算法个数。

为了实现该摇杆校正方法，本发明还提供了一种摇杆装置，如图2所示，摇杆装置包括：

中央处理器100，用于收集和处理模拟采样模块数据，进行滤波、校正、纠错三种算法数据处理；

模拟采样ADC输入模块0，集成于中央处理器100内，用于摇杆数据输入采集；

模拟电压输出模块300，与传统接口摇杆兼容，用于摇杆模拟电压输出；

数字通信接口模块400，包括I2C通信接口401和串行通信接口402，用于摇杆精确的数字信号输出。

本摇杆装置可以效地纠正和过滤摇杆使用过程中的噪音和错误数据，以确保输出数据的准确和稳定；除此之外，两种输出接口方式，以适应不同应用场合。

进一步，中央处理器100包括：

纠错算法模块101，用于收集和处理摇杆数据，并对摇杆数据进行滤波、纠错等算法的数据处理，纠正和过滤摇杆使用过程中的噪音和错误数据，以确保输出数据的准确和稳定；

校正算法模块102，用于摇杆行程、归中等数据的校正；

存储器101，用于存储摇杆的校正数据和纠错算法模块、校正算法模块设置数据。

如图3所示，摇杆装置还包括壳体及设置在壳体内的摇杆组件30、摇臂组件40、复位组件50和检测组件60；壳体包括外壳10和内壳；内壳设有容置摇杆组件30和摇臂组件40的内腔；外壳10包裹住内壳并与内壳相邻的两个侧面形成L形容置腔，复位组件50设置在L形容置腔内并与摇臂组件40的一端连接；检测组件60包括电路板61和电刷件62，电路板61设置在外壳10与内壳的底面之间，电刷件62设置在电路板61上并与摇臂组件40的另一端连接；中央处理器、模拟采样ADC输入模块、模拟电压输出模块和数字通信接口模块集成在电路板61上，其中模拟采样ADC输入模块连接到电刷件62处获取摇杆的位置数据。

本发明将壳体分为内壳和外壳10，通过将两者的连接划分出三个单独的腔室，操作作用的摇臂组件40和摇杆组件30装在内腔，复位作用的复位组件50装在L形容置腔，信号处理作用的检测组件60设置在外壳10与内壳之间，各个组件在使用过程中各不影响，这样可以确保了输出数据的准确和稳定。

进一步地，内壳包括底座21和上盖22，底座21和上盖22连接形成内腔，摇臂组件40设置于内腔中并与底座21转动连接，摇杆组件30与摇杆组件30转动连接并从上盖22顶部伸出；外壳10与底座21之间还设有底板70，底板70与底座21之间形成外腔，电路板61和电刷件62设置在外腔内。通过将壳体划分成外壳10、底座21、上盖22及底板70四个部分，进一步将内部的腔室划分成L形容置腔、内腔和外腔三个腔室，使得摇臂组件40、复位组件50和检测组件60单独装设在各自的腔室内，互不影响，减少由于各组件集中在同一腔室而影响检测组件60的数据采集。

摇臂组件40包括相互正交设置的上摇臂41和下摇臂42，复位组件50包括两个摆臂51和两个拉簧52；两个摆臂51的中部分别横设于上摇臂41和下摇臂42；底座21向外凸设有轴部23，摆臂51的一端通过设有通孔54套设于轴部23；摆臂51的另一端设有钩部53，拉簧52的上端挂设于钩部53，拉簧52的下端与底座21连接。

进一步地，上摇臂41和下摇臂42的两端均设有转轴43，底座21和上盖22设有可供转轴43穿过的弧形凹槽；上摇臂41/下摇臂42一端的转轴43向下延伸设有第一卡接部44，另一端的转轴43向外延伸设有第二卡接部；第一卡接部44与摆臂51的中部卡接，弧形凹槽与转轴43之间设有轴套80，轴套80套设在设有第一卡接部44的转轴43上；第二卡接部伸入外腔内与电刷件62卡接。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种摇杆校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过模拟采样ADC输入模块记录位置值，中央处理器根据位置值计算得到矫正因子和电压差，并将矫正因子和电压差保存到存储器单元；

步骤2、通过模拟采样ADC输入模块实时检测摇杆位置状态，中央处理器利用矫正因子和电压差通过校正算法计算出摇杆位置对应的输出值；

步骤3、对输出值进行有效值范围判断，若数据正确，则通过输出模块输出至模拟电压输出模块或数字通信接口模块；若数据有误，将数据进行纠错算法处理后再通过输出模块输出至模拟电压输出模块或数字通信接口模块；

其中，所述步骤1的具体步骤包括：

步骤1.1、通过生产设备，将摇杆分别移动到最大、最小位置，通过模拟采样ADC输入模块分别记录最大位置值为V₁′，最小位置值为V₂′、最大位置归中后位置值为C₁′，最小位置归中后位置值为C₂′；

步骤1.2、通过中央处理器计算出矫正因子K1、K2，计算公式为：

其中V₁为标准摇杆的最大位置值，V₂为标准摇杆的最小位置值，C₁为标准摇杆的最大位置归中后位置值，C₂为标准摇杆的最小位置归中后位置值；

步骤1.3、通过中央处理器计算出电压差ΔV₁、ΔV₂，计算公式为：

ΔV₁＝V₁-K1*V₁′，ΔV₂＝K2*V₂′-V₂；

步骤1.4、将矫正因子K1、K2和电压差ΔV₁、ΔV₂保存到存储器单元。

2.根据权利要求1所述的摇杆校正方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤包括：

步骤2.1、通过模拟采样ADC输入模块，实时检测摇杆位置状态，并记录为数值Vx；

步骤2、中央处理器利用矫正因子和电压差计算出摇杆位置对应的输出值Vo1、Vo2，计算公式为：

当摇杆大于归中位置时，Vo1＝C₁+K1*Vx+ΔV₁；

当摇杆小于归中位置时，Vo2＝C₁-(K2*Vx+ΔV₂)。

3.根据权利要求2所述的摇杆校正方法，其特征在于：在步骤2和步骤3中，对收集和处理的数据进行滤波算法的数据处理，其中所述滤波算法采用限幅滤波算法和滑动平均滤波算法。

4.根据权利要求3所述的摇杆校正方法，其特征在于，所述限幅滤波算法的处理步骤包括：计算摇杆数据幅值，当幅值大于预先设置的幅值阀值时，对摇杆数据进行滤波处理，滤波处理的公式为：

θ_k＝C1*θ_K-1+C2*θ_K-2+C3*θ_K-3+Cn*θ_k-n

其中，θ_k为K时刻的摇杆数据，θ_k-1、θ_k-2、θ_k-3、θ_k-n为前次采样数据，C1、C2、C3、Cn为滤波系数，n为时刻数量。

5.根据权利要求3所述的摇杆校正方法，其特征在于，所述滑动平均滤波算法的处理步骤包括：取M个采样值求平均，存储区中开辟M个数据的暂存区；每新采集一个数据便存入暂存区中，同时去掉一个最老数据，保存M个数据始终是最新更新的数据；滤波处理的公式为：

V_n＝(V_n+V_n-1+V_n-2+V_n-3+V_n-m)/m

其中，V_n为n时刻的摇杆数据，V_n-1、V_n-2、V_n-3、V_n-m为前次采样数据，m为滑动平均滤波算法个数。