本實(shí)用新型涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種姿態(tài)傳感裝置及一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了各種虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。在使用虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔等設(shè)備的過程中，通常需要獲知其方位狀態(tài)，以滿足頭部運(yùn)動跟蹤等應(yīng)用需求。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，現(xiàn)有的解決方案是：將各種傳感器(Sensor)集成在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的主板上，并將所有的傳感器分別連接到虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的微控制器(MCU)。利用各種傳感器采集原始數(shù)據(jù)，再通過微控制器查詢各個(gè)傳感器并進(jìn)行算法處理。

現(xiàn)有的解決方案將所有的傳感器和相關(guān)的微控制器均集成在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的主板上，傳感器的種類較多，每一種傳感器都需要微控制器有針對性地進(jìn)行編程處理，控制復(fù)雜；微處理器需要處理來自各種傳感器的大量數(shù)據(jù)，占用了微處理器較多的處理資源，使原本資源緊張的微處理器進(jìn)一步降低了處理效率；同時(shí)受限于控制器的性能，傳感器本身的特性也不能得到充分的發(fā)揮。若是采用更高性能的微控制器則會大大增加產(chǎn)品的成本，并且發(fā)熱量也和功耗會相應(yīng)增加，不利于用戶體驗(yàn)。

另一方面，傳感器和相關(guān)的微控制器均集成在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的主板上，當(dāng)傳感器采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度或者采用的姿態(tài)算法不能滿足用戶的需求時(shí)，難以進(jìn)行調(diào)整或更換；對于原本沒有內(nèi)置傳感器的一些頭戴顯示設(shè)備，也不便于進(jìn)行功能拓展，限制了傳感器的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種姿態(tài)傳感裝置及一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，以解決目前將所有的傳感器和相關(guān)的微控制器集成在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的主板上，會增加虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔主板上的處理器的負(fù)擔(dān)，并且不利于根據(jù)用戶需求調(diào)整虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔中的傳感器及相關(guān)算法，限制了傳感器使用的問題。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供了一種姿態(tài)傳感裝置，包括集成在一塊電路板上、依次連接的傳感器模組、傳感器中樞、微控制器以及連接器；所述姿態(tài)傳感裝置通過所述連接器連接到待測設(shè)備的主板；

所述傳感器模組，用于實(shí)時(shí)采集所述待測設(shè)備的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將原始姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述傳感器中樞；

所述傳感器中樞，用于將接收到的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)變換為三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述原始姿態(tài)數(shù)據(jù)一起發(fā)送給所述微控制器；

所述微控制器，用于通過所述連接器將所述原始姿態(tài)數(shù)據(jù)以及所述三維姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述待測設(shè)備。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，包括主機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、以及上述的姿態(tài)傳感裝置；

所述姿態(tài)傳感裝置安裝固定在所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔上，隨所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔運(yùn)動，并通過其上的連接器連接到所述主機(jī)；所述主機(jī)連接所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔；

所述姿態(tài)傳感裝置利用其上的傳感器模組測量所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)，利用其上的傳感器中樞將所述原始姿態(tài)數(shù)據(jù)變換為三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并利用其上的微控制器通過所述連接器將所述三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述原始姿態(tài)數(shù)據(jù)一起發(fā)送給所述主機(jī)；

所述主機(jī)根據(jù)接收的所述三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述原始姿態(tài)數(shù)據(jù)對相關(guān)圖像做變形處理，并將變形處理后的圖像發(fā)送給所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，由所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型實(shí)施例提供的姿態(tài)傳感裝置將傳感器模組、傳感器中樞、微控制器以及連接器依次連接并集成到一塊電路板上，通過連接器與待測設(shè)備的主板相連，傳感器模組實(shí)時(shí)采集原始姿態(tài)數(shù)據(jù)，傳感器中樞將原始姿態(tài)數(shù)據(jù)變換為三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，微控制器通過連接器將原始姿態(tài)數(shù)據(jù)以及三維姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給待測設(shè)備，減輕了待測設(shè)備的主板的處理器的負(fù)擔(dān)，節(jié)省了處理資源，模塊化的姿態(tài)傳感裝置也便于根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和更換。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，將本實(shí)用新型實(shí)施例提供的姿態(tài)傳感裝置安裝固定在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔中，利用該姿態(tài)傳感裝置獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)并發(fā)送給主機(jī)，由主機(jī)根據(jù)接收的姿態(tài)數(shù)據(jù)對相關(guān)圖像做變形處理，并將變形處理后的圖像發(fā)送給所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的顯示設(shè)備進(jìn)行顯示，減輕了虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的處理器的負(fù)擔(dān)，節(jié)省了處理資源，并且也降低了功耗；同時(shí)，免除了在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的處理器上做姿態(tài)算法的過程，使獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)的過程不必依賴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，降低了虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品開發(fā)的難度，加快了產(chǎn)品上市的步伐。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的一種姿態(tài)傳感裝置的功能框圖；

圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的一種姿態(tài)傳感裝置的主要電路原理圖；

圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)構(gòu)思是：目前的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔都是將各種傳感器集成在主板上，利用主板上的處理器控制各個(gè)傳感器，從傳感器中獲取數(shù)據(jù)并變換為三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，主板上的處理器需要處理大量的數(shù)據(jù)，占用了大量的處理資源，也不便于對傳感器種類和數(shù)量的調(diào)整。針對這種情況，本實(shí)用新型將各種傳感器集成到一塊獨(dú)立的電路板上，可通過連接器與虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的主板相連，并且在該電路板上集成傳感器中樞，負(fù)責(zé)傳感器的控制和姿態(tài)數(shù)據(jù)的變換，減輕了虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔主板上的處理器的負(fù)擔(dān)，節(jié)省了處理資源，模塊化的姿態(tài)傳感裝置也便于根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和更換。

實(shí)施例一

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的一種姿態(tài)傳感裝置的功能框圖，參見圖1，本實(shí)施例提供的姿態(tài)傳感裝置包括依次連接的傳感器模組110、傳感器中樞(Sensor Hub)120、微控制器130以及連接器140。

傳感器模組110、傳感器中樞120、微控制器130以及連接器140集成在一塊電路板上，通過連接器140可以連接到待測設(shè)備的主板，擴(kuò)展待測設(shè)備的功能。

傳感器模組110實(shí)時(shí)采集待測設(shè)備的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)后，傳感器中樞120利用內(nèi)置的快速九軸姿態(tài)算法將原始的姿態(tài)數(shù)據(jù)變換為三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，微控制器130通過連接器140將原始姿態(tài)數(shù)據(jù)以及三維姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給待測設(shè)備。對于待測設(shè)備，當(dāng)本實(shí)施例的姿態(tài)傳感裝置連接到其主板上之后，在功能上等同于直接集成在主板上，因此姿態(tài)傳感裝置不需要額外與待測設(shè)備或其上位機(jī)建立連接，也不需要復(fù)雜的控制程序；姿態(tài)傳感裝置中集成有傳感器中樞120，可完成對原始姿態(tài)數(shù)據(jù)的處理，直接生成三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，節(jié)省了待測設(shè)備主板上的處理器的處理資源，并且傳感器中樞的功耗較低、發(fā)熱量也小，可以提供更好的用戶體驗(yàn)。

優(yōu)選地，本實(shí)施例中的傳感器模組110包括三軸陀螺儀111、三軸加速度計(jì)112、三軸磁力儀113。三軸陀螺儀111用于測量轉(zhuǎn)動角速度，三軸加速度計(jì)112用于測量加速度，三軸磁力儀113用于測量當(dāng)前空間磁場方向的3個(gè)正交方向的分量，測得的數(shù)據(jù)作為原始姿態(tài)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，本實(shí)施例中的傳感器模組110還包括用于采集環(huán)境溫度的溫度儀114，傳感器中樞120根據(jù)溫度儀114采集的溫度值校正傳感器模組110采集的原始傳感數(shù)據(jù)，例如對其中的三軸陀螺儀113采集的角速度進(jìn)行校正，從而實(shí)現(xiàn)對三維姿態(tài)數(shù)據(jù)的溫度補(bǔ)償，避免環(huán)境溫度對姿態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。

圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的一種姿態(tài)傳感裝置的主要電路原理圖，參見圖2，三軸磁力儀U3、三軸陀螺儀U4和三軸加速度計(jì)U5分別通過IIC總線的方式連接到傳感器中樞U2的輸入端口，傳感器中樞U2通過IIC總線從三軸磁力儀U3、三軸陀螺儀U4和三軸加速度計(jì)U5獲取磁場方向、角速度、加速度的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)后，利用內(nèi)置的快速九軸姿態(tài)算法將原始姿態(tài)數(shù)據(jù)變換為以四元數(shù)、歐拉角表示三維姿態(tài)數(shù)據(jù)。

傳感器中樞U2的輸出端口同樣通過IIC總線的方式連接到微控制器U1，微控制器U1通過IIC總線從傳感器中樞U2獲取原始姿態(tài)數(shù)據(jù)和三維姿態(tài)數(shù)據(jù)之后，通過連接器J2向待測設(shè)備主板上的處理器發(fā)送中斷請求，主板上的處理器接收到中斷請求之后暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，接收微控制器U1通過連接器J2發(fā)送的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)和三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完成之后主板上的處理器繼續(xù)執(zhí)行原來被暫停的程序。主板上的處理器并不需要查詢姿態(tài)傳感裝置的狀態(tài)，在姿態(tài)數(shù)據(jù)還未準(zhǔn)備好時(shí)，主板上的處理器可以執(zhí)行其他程序而不是循環(huán)等待，節(jié)省了處理器的時(shí)間和處理資源。

連接器J2可選用Micro USB連接器，Micro USB使用便利，尺寸小，便于姿態(tài)傳感裝置與待測設(shè)備相連接。

實(shí)施例二

圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，參見圖3，本實(shí)施例提供的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括：包括主機(jī)310、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320、以及實(shí)施例一中的姿態(tài)傳感裝置330。姿態(tài)傳感裝置330安裝固定在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320上，隨虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320運(yùn)動，并通過其上的連接器連接到虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320的主板。

姿態(tài)傳感裝置330利用其上的傳感器模組采集虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)，利用其上的傳感器中樞將原始姿態(tài)數(shù)據(jù)變換為三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并利用其上的微控制器通過連接器將三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和原始姿態(tài)數(shù)據(jù)一起發(fā)送給主機(jī)310。主機(jī)310根據(jù)接收的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和原始姿態(tài)數(shù)據(jù)對相關(guān)圖像做變形處理，并將變形處理后的圖像發(fā)送給虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320，由虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320的屏幕進(jìn)行顯示。

本實(shí)施例中的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以為一體式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，即將主機(jī)310集成在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320中，例如現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)一體機(jī)或“手機(jī)+虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡盒”的設(shè)備。目前大部分智能手機(jī)都具備Micro USB接口，因此姿態(tài)傳感裝置330的連接器可選用Micro USB連接器，尺寸小，便于連接。

可以在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320中預(yù)留安裝姿態(tài)傳感裝置330的空間，在需要獲取虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320的姿態(tài)信息時(shí)，將姿態(tài)傳感裝置330安裝到相應(yīng)的位置，對于原本不具有監(jiān)測姿態(tài)的功能的簡易頭戴顯示設(shè)備，也可以容易地進(jìn)行功能擴(kuò)展。

本實(shí)施例中的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也可以為分體式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主機(jī)310通過有線的方式或無線的方式連接虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320。

有線連接方式：虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320與主機(jī)310之間連接有一條視頻信號線和一條控制信號線，虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320通過控制信號線向主機(jī)310發(fā)送圖像變形處理指令，主機(jī)310通過視頻信號線將變形處理后的圖像發(fā)送給虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320。

無線連接方式：虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320通過無線方式向主機(jī)310發(fā)送圖像變形處理指令以及三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，主機(jī)310通過無線方式接收處理指令以及三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，將變形處理后的圖像發(fā)送給虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320。

姿態(tài)傳感裝置330中集成的傳感器中樞代替虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320中的處理器完成了對各種傳感器的控制和三維姿態(tài)數(shù)據(jù)變換的任務(wù)，減輕了虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320的處理器的負(fù)擔(dān)，節(jié)省了處理資源，并且也降低了功耗，同時(shí)也免除了在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320的處理器上做姿態(tài)算法的過程，使獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)的過程不必依賴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔320，降低了開發(fā)的難度，加快了產(chǎn)品上市的步伐。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，在本實(shí)用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。