TWI452484B - 重力感測輸入系統及其方法 - Google Patents

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Description

重力感測輸入系統及其方法
本發明是有關於一種重力感測輸入系統及其方法，特別是有關於一種對字母設定角度範圍，並利用三軸重力感測器之XYZ軸向重力加速度感測技術，計算出各軸與水平面之傾角，再根據傾角及使用者輸入之訊號判斷出所要使用之字母，以達到快速輸入字母之重力感測輸入系統及其方法。
三軸重力感測器(G-sensor)，它能夠感知到重力加速度的變化，重力加速度就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，比如晃動、跌落、上升、下降等各種移動變化都能被G-sensor轉化為電信號，然後通過微處理器的計算分析後，就能夠完成程式設計好的功能。例如MP3能根據使用者的甩動方向，前後更換歌曲，放進衣袋的時候也能夠計算出使用者的前進步伐。例如IBM系列也內置了G-sensor，在感知發生劇烈加速度時(如開始跌落)，立即保護硬碟，避免硬碟損害。簡單的說，G-Sensor可為一種智慧化重力感應系統，應用在硬碟上可以檢測當前硬碟的狀態，當發生意外跌落時，會產生加速度，硬碟感應到加速度，磁頭就會自動歸位元，使盤體和磁頭分離，防止在讀寫操作的時候受到意外的衝擊，從而有效的保護硬碟。
G-sensor在手機中的應用，可以根據使用者的動作而進行相應的軟體應用，比如遊戲，使用者揮舞手機，遊戲也會有相應的反應，就像家用遊戲主機Wii的微電機械系統(MEMS)。
然而，儘管G-sensor已被廣泛的運用在各種電子裝置中，但目前尚無以G-sensor來達成快速輸入字母的電子裝置，因此本發明便係以此為方向，發展出一種重力感測輸入系統，希望藉以此達成字母快速輸入之目的。
本發明是在提供一種重力感測輸入系統及其方法，以利用三軸重力感測器達成字母快速輸入之目的。
本發明提出一種重力感測輸入系統及其方法，適用於一電子裝置，其包含重力感測模組、輸入模組、處理模組及輸出模組。重力感測模組係感測電子裝置朝一方向傾斜之一重力加速度。輸入模組係包含多個輸入介面，各輸入介面分別對應至多個字母及一輸入訊號，各字母係分別對應一角度範圍。處理模組係連接重力感測模組及輸入模組，以根據重力加速度計算出電子裝置與一參考平面所呈之一傾角，並判斷出此傾角係對應於其中一角度範圍，以根據此傾角及其中一輸入訊號，選取出對應輸入介面及傾角之字母。輸出模組係連接處理模組，以輸出處理模組選取出之字母。
其中，本發明所述之重力感測輸入系統，更可包含一儲存模組，係連接處理模組，各個字母係儲存於儲存模組中。
其中，本發明所述之重力感測輸入系統，更可包含一設定模組， 係連接儲存模組及處理模組，以對各字母設定一角度範圍。
其中，各輸入介面所對應複數個字母中，其各字母所對應之角度範圍係為不同。
其中，電子裝置可包含一顯示螢幕，參考平面可為與顯示螢幕呈平行之平面。
本發明亦提出一種重力感測輸入方法，適用於一電子裝置，重力感測輸入方法包含下列步驟：藉由一重力感測模組感測電子裝置朝一方向傾斜之一重力加速度；經由一輸入模組中複數個輸入介面之其中之一接收一輸入訊號，各輸入介面係對應複數個字母，各字母係分別對應一角度範圍；利用一處理模組根據重力加速度計算出電子裝置與一參考平面所呈之一傾角，並判斷出此傾角係對應於其中一角度範圍；利用處理模組根據傾角及其中一輸入介面所接收到之輸入訊號，選取出對應輸入介面及傾角之字母；以及經由一輸出模組輸出處理模組選取出之字母。
承上所述，本發明之重力感測輸入系統及其方法，可讓使用者在經由三軸重力感測器感測重力加速度並經由處理器計算角度後，只需按一次按鍵便可快速的輸入所想要的字母，而不用在按完按鍵後還得由使用者去挑選要輸入的字母，如此一來可節省使用者輸入字母的時間，以提升輸入字母之速度。
100‧‧‧重力感測輸入系統
101‧‧‧重力感測模組
102‧‧‧輸入模組
103‧‧‧處理模組
104‧‧‧輸出模組
105‧‧‧設定模組
106‧‧‧儲存模組
200‧‧‧電子裝置
S21~S25‧‧‧步驟
第1圖 係為本發明之重力感測輸入系統之方塊圖；第2圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第一實施例之流程塊圖； 第3a圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第一示意圖；第3b圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第二示意圖；第3c圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第三示意圖；第3d圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第四示意圖；第3e圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第五示意圖；以及第3f圖 係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第六示意圖。
請參閱第1圖，其係為本發明之重力感測輸入系統之方塊圖。圖中，重力感測輸入系統100包含重力感測模組101、輸入模組102、處理模組103、輸出模組104、設定模組105及儲存模組106。處理模組103係連接重力感測模組101、輸入模組102、輸出模組104、設定模組105及儲存模組106，設定模組105更與儲存模組106互相連接。此重力感測輸入系統100可適用於如手機、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)或平板電腦之電子裝置200中。
在操作此重力感測輸入系統100之前，已先利用設定模組105對儲 存模組106中的各個字母設定一角度範圍。輸入模組102包含複數個輸入介面，各輸入介面分別對應了複數個字母，而各輸入介面所對應複數個字母中的各字母，其所對應的角度範圍係為不同。各輸入介面係分別對應至電子裝置200之按鍵，使用者按下按鍵便會經由輸入介面輸入一訊號。將電子裝置200朝一方向傾斜轉動，重力感測模組101可感測電子裝置200之一重力加速度，接著處理模組103便會根據此重力加速度計算出電子裝置200與一參考平面所呈之傾角，並且判斷出此傾角角度是對應於哪一個角度範圍中。然後輸入模組102則提供一使用者經由其中一輸入介面輸入一輸入訊號，處理模組103便會根據計算出來的傾角以及經由此輸入介面接收的輸入訊號，選取出對應的字母，最後再經由輸出模組104將此字母輸出顯示。
其中，重力感測模組101即為三軸重力感測器(G-sensor)。本系統主要是利用三軸重力感測器感測電子裝置200之X、Y、Z三軸的重力加速度，再根據重力加速度計算X、Y、Z三軸與水平面(參考平面)的夾角，以達到快速輸入字母。而三軸與水平面之夾角的計算方法，首先需要先定義三軸與水平面的夾角Pitch/Roll/Theta：Pitch(ρ)：X軸和水平面的夾角；Roll(φ)：Y軸和水平面的夾角；以及Theta(θ)：Z軸和水平面的夾角。
Pitch/Roll/Theta角度的計算方法：Pitch(ρ)=atan(Ax/sqrt(pow(Ay,2)+pow(Az,2)))；Roll(φ)=atan(Ay/sqrt(pow(Ax,2)+pow(Az,2)))；及 Theta(θ)=atan(sqrt(pow(Ax,2)+pow(Ay,2))/Az)。
其中，atan2、sqrt及pow的定義請參考ANSI C標準函庫，Ax、Ay及Az分別為X、Y、Z軸方向的重力加速度，Ax，Ay，Az由G-sensor輸出。
請參閱第2圖，其係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第一實施例之流程圖。其步驟流程為：S21：藉由一重力感測模組感測一電子裝置朝一方向傾斜之一重力加速度；S22：經由一輸入模組中複數個輸入介面之其中之一接收一輸入訊號，各輸入介面係分別對應複數個字母，各字母係分別對應一角度範圍；S23：利用一處理模組根據重力加速度計算出電子裝置與一參考平面所呈之一傾角，並判斷出此傾角係對應於其中一角度範圍；S24：利用處理模組根據傾角及其中一輸入介面所接收到之輸入訊號，取得對應輸入介面及傾角之字母；S25：經由一輸出模組輸出處理模組選取出之字母。其中各字母係已預先設定一角度範圍，而各輸入介面係分別對應了複數個字母，各個輸入介面對應的複數個字母中，其各字母所對應的角度範圍係為不同，因此處理模組是判斷傾角對應的角度範圍，以此先判斷出使用者所想要選取哪些字母，接著再根據使用者選擇其中一輸入介面所輸入的輸入訊號，從此些字母中選取一個出來，並將此字母輸出。
請參閱第3a至3f圖，其係為本發明之重力感測輸入系統及其方法之第二實施例之第一示意圖、第二示意圖、第三示意圖、第四示意圖、第五示意圖及第六示意圖。由第一示意圖可看出係為一台手機，而此手機加載了本發明所述之重力感測輸入系統。手機的按鍵包含了0至9數字鍵，以及*字和#字鍵。數字鍵2對應了字母A 、B及C，數字鍵3對應了字母D、E及F，數字鍵4對應了字母G、H及I，數字鍵5對應了字母J、K及L，數字鍵6對應了字母M、N及O，數字鍵7對應了字母P、Q、R及S，數字鍵8對應了字母T、U及V，數字鍵9對應了字母W、X、Y及Z。上述這些字母已經由重力感測輸入系統分別綁定了一個角度範圍，其中各個數字鍵所對應的字母，其所對應的角度範圍係為不同，意即數字鍵2對應的字母A、B及C，其三個字母所對應的角度範圍會不同，但數字鍵2的A、B或C可與其他數字鍵對應字母所綁定的角度範圍相同，意即字母A可能與D、G、J、M…等字母所綁定的角度範圍相同，以此類推。
在第二示意圖中，當使用者開啟了手機中的重力感測輸入系統，並開始利用手機輸入字母。在此使用者想要輸入字母A時，使用者可將手機往左側傾斜轉動至一角度，此時重力感測輸入系統之的三軸重力感測器便會感測手機之三軸的重力加速度，手機裡的處理器便會根據此重力加速度計算出三軸與水平面之傾角，並且判斷此傾角的角度係對應了所設定的其中一角度範圍，此角度範圍對應的字母有A、D、G、J、M、P、T及W。接著，使用者按下了手機上的數字鍵2，處理器便會根據使用者所按下的數字鍵2及傾角所對應的角度範圍，去選取出字母A，並經由手機的顯示螢幕顯示出來。假若使用者按下的是數字鍵3，則會輸出字母D，按下數字鍵4則會輸出字母G，按下數字鍵5則會輸出字母J，按下數字鍵6則會輸出字母M，按下數字鍵7則會輸出字母P，按下數字鍵8則會輸出字母T，按下數字鍵9則會輸出字母W。
在第三示意圖中，使用者想要輸入字母B時，可在手機無傾斜轉 動，或是將手機往左側或右側輕微傾斜轉動一小角度，此時重力感測輸入系統之的三軸重力感測器便會感測手機之三軸的重力加速度，手機裡的處理器便會根據此重力加速度計算出三軸與水平面之傾角，並且判斷此傾角的角度係對應了所設定的其中一角度範圍，此角度範圍對應的字母有B、E、H、K、N、Q(往左側傾斜轉動一小角度時)或R(往右側傾斜轉動一小角度時)、U及X(往左側傾斜轉動一小角度時)或Y(往右側傾斜轉動一小角度時)。接著，使用者按下了手機上的數字鍵2，處理器便會根據使用者所按下的數字鍵2及傾角所對應的角度範圍，去選取出字母B，並經由手機的顯示螢幕顯示出來。假若使用者按下的是數字鍵3，則會輸出字母E，按下數字鍵4則會輸出字母H，按下數字鍵5則會輸出字母K，按下數字鍵6則會輸出字母N，按下數字鍵7則會輸出字母Q或R，按下數字鍵8則會輸出字母U，按下數字鍵9則會輸出字母X或Y。
在第四示意圖中，使用者想要輸入字母C時，使用者可將手機往右側傾斜轉動至一角度，此時重力感測輸入系統之的三軸重力感測器便會感測手機之三軸的重力加速度，手機裡的處理器便會根據此重力加速度計算出三軸與水平面之傾角，並且判斷此傾角的角度係對應了所設定的其中一角度範圍，此角度範圍對應的字母有C、F、I、L、O、S、V及Z。接著，使用者按下了手機上的數字鍵2，處理器便會根據使用者所按下的數字鍵2及傾角所對應的角度範圍，去選取出字母C，並經由手機的顯示螢幕顯示出來。假若使用者按下的是數字鍵3，則會輸出字母F，按下數字鍵4則會輸出字母I，按下數字鍵5則會輸出字母L，按下數字鍵6則會輸出 字母O，按下數字鍵7則會輸出字母S，按下數字鍵8則會輸出字母V，按下數字鍵9則會輸出字母Z。
第五示意圖及第六示意圖，係在說明使用者要輸入字母時，並不一定得要將手機正向的往左、右兩側傾斜，才能輸入所想要的字母。由第五示意圖得知，若使用者係將手機往左上方傾斜轉動並按下數字鍵3時，系統依然可判別出使用者所想要輸入的字母為D。而第六示意圖則是若使用者將手機往右下方傾斜轉動並按下數字鍵7時，系統仍然可判斷出使用者想要輸入的字母為S。由此可得知，此系統可判斷出使用者將手機朝任一方向傾斜轉動時，三軸與水平面之傾角，再根據此傾角判斷所對應的角度範圍，再由使用者輸入一按鍵以快速的取得所想要輸入的字母。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
100‧‧‧重力感測輸入系統
101‧‧‧重力感測模組
102‧‧‧輸入模組
103‧‧‧處理模組
104‧‧‧輸出模組
105‧‧‧設定模組
106‧‧‧儲存模組
200‧‧‧電子裝置

Claims (9)

  1. 一種重力感測輸入系統，適用於一電子裝置，其包含：一重力感測模組，係感測該電子裝置朝一方向傾斜之一重力加速度；一輸入模組，係包含複數個輸入介面，各該輸入介面係分別對應複數個字母及一輸入訊號，各該字母係分別對應一角度範圍；一處理模組，係連接該重力感測模組及該輸入模組，以根據該重力加速度計算出該電子裝置與一參考平面所呈之一傾角，並判斷出該傾角係對應於其中一該角度範圍，以根據該傾角及其中一該輸入訊號，選取出對應該輸入介面及該傾角之該字母；以及一輸出模組，係連接該處理模組，以輸出該處理模組選取出之該字母；其中，該電子裝置包含一顯示螢幕，該參考平面係為與該顯示螢幕呈平行之平面，X軸和水平面的夾角為Pitch(ρ)，Y軸和水平面的夾角為Roll(φ)，Z軸和水平面的夾角為Theta(θ)，該處理模組係利用下列關係式計算出該傾角：Pitch(ρ)=atan(Ax/sqrt(pow(Ay,2)+pow(Az,2)))；Roll(φ)=atan(Ay/sqrt(pow(Ax,2)+pow(Az,2)))；及Theta(θ)=atan(sqrt(pow(Ax,2)+pow(Ay,2))/Az)；其中，atan2、sqrt及pow的定義為ANSI C標準函庫，Ax、Ay及Az分別為X、Y、Z軸方向的重力加速度，其由該重力感測模組輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之重力感測輸入系統，更包含一儲存模組，係連接該處理模組，各該複數個字母係儲存於該儲存模組中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之重力感測輸入系統，更包含一設定模組，係連接該儲存模組及該處理模組，以對各該複數個字母中之各該字母設定該角度範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之重力感測輸入系統，其中各該輸入介面所對應該複數個字母中，其各該字母所對應之該角度範圍係為不同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之重力感測輸入系統，其中該重力感測模組係為三軸重力感測器(G-sensor)。
  6. 一種重力感測輸入方法，適用於一電子裝置，該重力感測輸入方法包含下列步驟：藉由一重力感測模組感測該電子裝置朝一方向傾斜之一重力加速度；經由一輸入模組中複數個輸入介面之其中之一接收一輸入訊號，其中各該輸入介面係分別對應複數個字母，各該字母係分別對應一角度範圍；利用一處理模組根據該重力加速度計算出該電子裝置與一參考平面所呈之一傾角，並判斷該傾角所對應之該角度範圍；利用該處理模組根據該傾角及其中一該輸入介面所接收到之該輸入訊號，取得對應該輸入介面及該傾角之該字母；以及經由一輸出模組輸出該處理模組取得之該字母；其中，該電子裝置包含一顯示螢幕，該參考平面係為與該顯示螢幕呈平行之平面，X軸和水平面的夾角為Pitch(ρ)，Y軸和水平 面的夾角為Roll(φ)，Z軸和水平面的夾角為Theta(θ)，該處理模組係利用下列關係式計算出該傾角：Pitch(ρ)=atan(Ax/sqrt(pow(Ay,2)+pow(Az,2)))；Roll(φ)=atan(Ay/sqrt(pow(Ax,2)+pow(Az,2)))；及Theta(θ)=atan(sqrt(pow(Ax,2)+pow(Ay,2))/Az)；其中，atan2、sqrt及pow的定義為ANSI C標準函庫，Ax、Ay及Az分別為X、Y、Z軸方向的重力加速度，其由該重力感測模組輸出。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之重力感測輸入方法，更提供一儲存模組以儲存各該複數個字母。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之重力感測輸入方法，更藉由一設定模組以對各該複數個字母中之各該字母設定該角度範圍。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之重力感測輸入方法，其中各該輸入介面所對應該複數個字母中，其各該字母所對應之該角度範圍係為不同。
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