本發(fā)明涉及一種游戲控制電路，屬于游戲設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路。

背景技術(shù)：

目前，市面上絕大多數(shù)的VR虛擬現(xiàn)實(shí)游戲設(shè)備的人機(jī)交互輸入設(shè)備普遍采用搖桿等手部輸入結(jié)構(gòu)形式，也就是通過人手操控進(jìn)行人機(jī)交互，這種結(jié)構(gòu)形式的缺陷是會對手部造成限制，無法空出手部進(jìn)行一些真實(shí)模擬動作，例如持槍射擊等，因此真實(shí)體驗(yàn)感比較欠缺。雖然市面上也有一些采用腳部輸入作為人機(jī)交互控制輸入，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且采用的是斷續(xù)的開關(guān)量作為信號輸入，人體操控舒適度有待提高，人機(jī)交互效果也不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷與不足，提供一種游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路，該控制電路采用腳部輸入控制人機(jī)交互，而且采用電磁制動阻尼技術(shù)，通過對人體重量的檢測，取得不同個體的慣量參數(shù)，對應(yīng)不同的伺服電機(jī)阻尼程度，使得腳部在運(yùn)動輸入時，有舒適的阻尼體感，同時通過活動底盤帶動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，然后檢測編碼盤的位置信息，可以得到腳部的運(yùn)動方位和力度，再發(fā)送給游戲上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按照以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路，包括有若干位于活動底盤的磅秤傳感器及位于固定底盤且與活動底盤傳動連接配合的正交布置的A路伺服電機(jī)和B路伺服電機(jī)；還包括有系統(tǒng)供電電路模塊、微控制器電路模塊、體重測量電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊、及485通信電路模塊，其中：上述體重測量電路模塊與微控制器電路模塊連接，用以檢測人體重量數(shù)據(jù)且計算人體重量；上述微控制器電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路伺服電機(jī)、A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊相互連接形成A路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路；上述微控制器電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路伺服電機(jī)、B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊相互連接形成B路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路。

進(jìn)一步，所述系統(tǒng)供電電路模塊包括有輸入自恢復(fù)保險絲、第一級5V電壓變換電路單元、濾波電路單元及第二級3.3V低壓差線性穩(wěn)壓電路單元。

進(jìn)一步，所述微控制器電路模塊包括有微控制器芯片、微控制器電源退耦電路單元、微控制器復(fù)位電路單元、微控制器時鐘振蕩網(wǎng)絡(luò)電路單元及微控制器固件燒錄接口電路單元。

進(jìn)一步，所述體重測量電路模塊具有四路相同的測量電路，分別與位于活動底盤的四個磅秤傳感器連接，每一測量電路包括有稱重芯片、稱重芯片電源退耦電路單元、磅秤傳感器電源濾波穩(wěn)壓電路單元、稱重芯片內(nèi)部參考電源濾波電路單元、稱重芯片通信總線上拉電路單元、及磅秤傳感器接口電路單元。

進(jìn)一步，所述A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊包括有A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路和A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路，所述B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊包括有B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路和B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路，其中：

所述A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路包括有A路高壓側(cè)驅(qū)動供電電路單元、A路PWM信號緩沖放大電路單元、限流上拉電路單元、A路PWM信號懸浮驅(qū)動芯片、及芯片穩(wěn)壓退耦濾波電路單元；所述B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造與A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造相同；

所述A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路包括有A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動芯片、信號輸入電阻電路單元及芯片退耦電路單元；所述B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造與A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造相同。

進(jìn)一步，所述A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊包括有A路三相同步交流伺服電機(jī)動力線接口電路單元、A路三相橋式開關(guān)電路單元、開關(guān)管驅(qū)動電路單元、平滑濾波電路單元、及靜電泄放電路單元；所述B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造與A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造相同。

進(jìn)一步，所述A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊包括有編碼器接口電路單元、編碼器輸入信號RC濾波電路單元、斯密特抗干擾輸入芯片、及芯片電源退耦濾波電路單元；所述B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造與A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造相同。

進(jìn)一步，所述485通信電路模塊包括有通信接口及系統(tǒng)供電電路單元、通信芯片、芯片電源退耦電路單元、靜電鉗位電路單元。

進(jìn)一步，所述控制電路還包括有零點(diǎn)檢測電路模塊，該零點(diǎn)檢測電路模塊包括有A、B兩路零點(diǎn)輸入接口電路單元、高電平電路單元、RC抗干擾濾波電路單元及信號鉗位電路單元。

進(jìn)一步，所述控制電路還包括有阻尼微調(diào)和啟停電路模塊，該阻尼微調(diào)和啟停電路模塊包括有阻尼微調(diào)和啟停開關(guān)接口電路單元、阻尼微調(diào)信號RC抗干擾濾波電路單元、阻尼微調(diào)信號鉗位電路單元、啟停信號RC抗干擾濾波電路單元、及啟停信號鉗位電路單元。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：

本發(fā)明在國內(nèi)外的VR虛擬游戲硬件領(lǐng)域中，在VR虛擬現(xiàn)實(shí)跑步機(jī)游戲設(shè)備中率先采用了電磁制動阻尼技術(shù)，通過對人體重量的檢測，取得不同個體的慣量參數(shù)，對應(yīng)不同的伺服電機(jī)阻尼程度，使得腳部在運(yùn)動輸入時，有舒適的阻尼體感，同時通過活動底盤帶動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，然后檢測編碼盤的位置信息，可以得到腳部的運(yùn)動方位和力度，再發(fā)送給游戲上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

本發(fā)明的腳部輸入的體感舒適自然，使得玩家在玩游戲時，手腳并用成為可能，給VR虛擬現(xiàn)實(shí)跑步機(jī)游戲設(shè)備中帶來了全新的舒適自然感，開拓了一個更為先進(jìn)的腳部搖桿技術(shù)方向。

為了能更清晰的理解本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖說明詳細(xì)闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路連接框圖。

圖2是圖1中系統(tǒng)供電電路模塊的電路圖。

圖3是圖1中微控制器電路模塊的電路圖。

圖4是圖1中體重測量電路模塊的電路圖。

圖5a、5b、5c是圖1中A路、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊的電路圖。

圖6是圖1中A路、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路圖。

圖7是圖1中A路、B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊的電路圖。

圖8是圖1中485通信電路模塊的電路圖。

圖9是圖1中零點(diǎn)檢測電路模塊的電路圖。

圖10是圖1中阻尼微調(diào)和啟停電路模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路，包括有若干位于活動底盤的磅秤傳感器及位于固定底盤且與活動底盤傳動連接配合的正交布置的A路伺服電機(jī)和B路伺服電機(jī)；還包括有系統(tǒng)供電電路模塊、微控制器電路模塊、體重測量電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊、及485通信電路模塊，其中：上述體重測量電路模塊與微控制器電路模塊連接，用以檢測人體重量數(shù)據(jù)且計算人體重量；上述微控制器電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路伺服電機(jī)、A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊相互連接形成A路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路；上述微控制器電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路伺服電機(jī)、B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊相互連接形成B路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路。

如圖2所示，所述系統(tǒng)供電電路模塊包括有輸入自恢復(fù)保險絲、第一級5V電壓變換電路單元、濾波電路單元及第二級3.3V低壓差線性穩(wěn)壓電路單元。輸入自恢復(fù)保險絲F1能夠?qū)﹄娐废到y(tǒng)供電起到過流保護(hù)作用；C24是輸入濾波電容，U18為非線性開關(guān)型穩(wěn)壓芯片，D12為肖特基續(xù)流二極管，L2為電感，C22為平滑電容，C24、U18、D12、L2、C22共同組成第一級5V電壓變換電路單元；C105和L1、C22共同組成濾波電路單元，濾除電源高頻紋波與噪音；U12與C56、C57組成第二級3.3V低壓差線性穩(wěn)壓電路單元。

如圖3所示，所述微控制器電路模塊包括有微控制器芯片、微控制器電源退耦電路單元、微控制器復(fù)位電路單元、微控制器時鐘振蕩網(wǎng)絡(luò)電路單元及微控制器固件燒錄接口電路單元。U13是微控制器芯片；C37、C58、C63、C61組成微控制器電源退耦電路單元；C62和R95組成微控制器復(fù)位電路單元；X1和C59、C60組成微控制器時鐘振蕩網(wǎng)絡(luò)電路單元；JP5是微控制器的固件燒錄接口。

如圖4所示，所述體重測量電路模塊具有四路相同的測量電路，分別與位于活動底盤的四個磅秤傳感器連接，每一測量電路包括有稱重芯片、稱重芯片電源退耦電路單元、磅秤傳感器電源濾波穩(wěn)壓電路單元、稱重芯片內(nèi)部參考電源濾波電路單元、稱重芯片通信總線上拉電路單元、及磅秤傳感器接口電路單元。由于四路測量電路的電路構(gòu)造相同，以其中一路進(jìn)行說明，U14是稱重芯片；R64、C77、C78、C87組成稱重芯片電源退耦電路單元；Q15是擴(kuò)大提供傳感器穩(wěn)壓電源的電流，C75、C81對傳感器電源濾波，R102、R103是傳感器穩(wěn)壓電源的電壓值設(shè)定網(wǎng)絡(luò)，R92、R99、C85是傳感器輸入RC濾波網(wǎng)絡(luò)，共同組成磅秤傳感器電源濾波穩(wěn)壓電路單元；C83是稱重芯片內(nèi)部參考電源濾波電路單元，對芯片內(nèi)部參考電源進(jìn)行濾波；R106、R107為芯片通信總線的上拉電阻；JP8是300KG的磅秤傳感器接口。

如圖5所示，所述A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊包括有A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路和A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路，所述B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動電路模塊包括有B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路和B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路，其中：

如圖5a所示，所述A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路包括有A路高壓側(cè)驅(qū)動供電電路單元、A路PWM信號緩沖放大電路單元、限流上拉電路單元、A路PWM信號懸浮驅(qū)動芯片、及芯片穩(wěn)壓退耦濾波電路單元，其中：B4、B5、B6為U、V、W高壓側(cè)驅(qū)動的懸浮電壓變換模塊，C68、C69、C70為其輸入濾波電容；R50、R51、Q14組成A路PWM信號緩沖放大電路單元，驅(qū)動U5、U6、U7的內(nèi)部LED.緩解微控制器的輸出壓力；R52、R53、R54為限流上拉電阻，組成限流上拉電路單元；U5、U6、U7為U、V、W三路高壓側(cè)的PWM信號懸浮驅(qū)動芯片；D5、C24、C27、R55、C30，D4、C25、C28、R56、C31，D65、C26、C29、R57、C32為芯片的穩(wěn)壓及退耦濾波電路單元；如圖5b所示，所述B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造與A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造相同；

如圖5c所示，所述A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路包括有A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動芯片、信號輸入電阻電路單元及芯片退耦電路單元；所述B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造與A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動電路的電路構(gòu)造相同。U9、U10、U11為A路和B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動芯片；R83、R84、R85、R86、R87、R88、R89、R90為A路和B路的信號輸入電阻；C50、C51、C52、C53、C54、C55為芯片U9、U10、U11的退耦電容。

如圖6所示，所述A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊包括有A路三相同步交流伺服電機(jī)動力線接口電路單元、A路三相橋式開關(guān)電路單元、開關(guān)管驅(qū)動電路單元、平滑濾波電路單元、及靜電泄放電路單元，其中：JP1為A路三相同步交流伺服電機(jī)的動力線接口；Q1、Q2、Q5、Q6、Q9、Q10組成A路的U、V、W三相橋式開關(guān)電路單元，其中Q1、Q5、Q9是該橋式開關(guān)的高位電壓側(cè)，Q2、Q6、Q10是該橋式開關(guān)的低位電壓側(cè)；R3、R7、R4、R8、R11、R15、R12、R16、R22、R24、R20、R25是開關(guān)管的驅(qū)動電阻；C3為平滑濾波電容，能夠有效平滑電磁制動阻尼的顆粒感；R1、R2、C1、C2組成靜電泄放電路單元；所述B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造與A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造相同。

如圖7所示，所述A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊包括有編碼器接口電路單元、編碼器輸入信號RC濾波電路單元、斯密特抗干擾輸入芯片、及芯片電源退耦濾波電路單元，其中：J2為編碼器DB9接口，C31、C22、C23組成編碼器的供電濾波；RP1、C33、C34、C35、C36組成編碼器輸入信號RC濾波電路單元；U1為斯密特抗干擾輸入芯片；R19、C40、C41為芯片的電源退耦濾波電路單元；所述B路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造與A路編碼器接口及信號調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造相同。

如圖8所示，所述485通信電路模塊包括有通信接口及系統(tǒng)供電電路單元、通信芯片、芯片電源退耦電路單元、靜電鉗位電路單元。其中，JP7是系統(tǒng)的外部通信和電源供給接口；U8是通信芯片；R73、C38、C39是芯片電源退耦電容；R77、R78、R76、D9、D11、D12組成靜電鉗位電路單元，起到對輸入信號進(jìn)行靜電鉗位，保護(hù)通信芯片的作用。

如圖9所示，所述控制電路還包括有零點(diǎn)檢測電路模塊，該零點(diǎn)檢測電路模塊包括有A、B兩路零點(diǎn)輸入接口電路單元、高電平電路單元、RC抗干擾濾波電路單元及信號鉗位電路單元。其中，JP3為A，B兩路零點(diǎn)輸入接口；R79、R81為感應(yīng)開關(guān)的開路輸出提供電流受限的高電平來源；R80、R82、C48、C49為輸入信號的RC抗干擾濾波；信號經(jīng)過D13鉗位到3.3V后送入微控制器。

如圖10所示，所述控制電路還包括有阻尼微調(diào)和啟停電路模塊，該阻尼微調(diào)和啟停電路模塊包括有阻尼微調(diào)和啟停開關(guān)接口電路單元、阻尼微調(diào)信號RC抗干擾濾波電路單元、阻尼微調(diào)信號鉗位電路單元、啟停信號RC抗干擾濾波電路單元、及啟停信號鉗位電路單元。其中，JP4為玩家的體感電磁制動阻尼微調(diào)和啟停開關(guān)接口；R96、C73為阻尼微調(diào)輸入信號的RC抗干擾濾波，阻尼微調(diào)電壓信號經(jīng)過D15鉗位到3.3V后送入微控制器；R98,C74為啟停輸入信號的RC抗干擾濾波，啟停信號經(jīng)過D15鉗位到3.3V后送入微控制器。

本發(fā)明控制電路的基本工作原理為：

運(yùn)動底盤上裝有四個磅稱傳感器，通過四路稱重測量電路進(jìn)行采集，微控制器取其數(shù)值總和，再減去毛重，即可得到人體的重量。根據(jù)人體的重量，換算出底盤的電磁制動阻尼系數(shù)。使得微處理器發(fā)出受控的A、B兩路PWM開關(guān)波形，每路各自分解為高低壓側(cè)驅(qū)動輸入信號，經(jīng)過各自的高低壓驅(qū)動后，控制各自的PWM三相橋式開關(guān)管。使得人體腳部運(yùn)動帶動電機(jī)產(chǎn)生的再生能量，通過三相橋式功率開關(guān)管短路后，消耗在電機(jī)的內(nèi)阻上；

同時，玩家腳部運(yùn)動或者重心偏移后，使得底盤高低變化帶動電機(jī)轉(zhuǎn)動，使得電機(jī)的編碼盤的位置信息有變化，通過采集兩個正交安裝在底座電機(jī)編碼盤的位置信息變化，得到與玩家的輸入意圖一致的方位和力度信息，通過485通信總線反饋給游戲上位機(jī)。游戲上位機(jī)收到運(yùn)動信息后，將數(shù)據(jù)提供給3D影片內(nèi)，使得3D影片內(nèi)的第一人稱游戲和玩家的動作保持一致。

另外，在游戲設(shè)備的扶手圈上安裝一個電位器，做為玩家可以自己進(jìn)行阻尼微調(diào)，以及一個啟停開關(guān)，控制游戲的開始結(jié)束；在活動底盤的水平位置點(diǎn)上，裝有正交的兩個過零點(diǎn)檢測，可以校正輸入數(shù)據(jù)的零點(diǎn)值。

本發(fā)明并不局限于上述具體實(shí)施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型。