專利名稱：手機游戲的互動信息感知方法及手機外掛的智能游戲平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手機游戲的互動信息感知方法和手機智能游戲平臺，屬于手機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國電信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，截至5月底，我國手機用戶突破3億戶，隨著手機用戶的不斷增長，以手機為基礎(chǔ)的各類服務(wù)也層出不窮，手機或游戲廠商也不斷地推出各種各樣的服務(wù)，提高手機的知名度和競爭力，其中游戲是一種重要的競爭環(huán)節(jié)，各家的手機廠商紛紛投入了很大資金用于手機游戲的研發(fā)，各種手機游戲也是數(shù)不勝數(shù)。
在商業(yè)發(fā)達、生活忙碌的今天，人們總在繁忙之余尋找一份娛樂，舒緩緊張情緒，達到放松、消遣的目標，手機游戲成為一個重要的緩解壓力的方式，帶給人們快樂消遣的同時，緩解了工作、生活等各方面的壓力。
縱觀目前市場上所有的手機，其上的游戲種類繁多，但大多是需要使用方向鍵的益智性或技巧性游戲，操作靠手指完成，與手機的自身姿態(tài)和運動無關(guān)，也說明目前手機游戲是一種無法動態(tài)反饋的游戲產(chǎn)品。目前手機市場上還沒有能夠根據(jù)手機自身姿態(tài)和運動來操作的游戲平臺，本發(fā)明存在比較大的市場空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種手機外掛智能游戲平臺技術(shù)，使目前所有的手機可擴展更為廣闊的游戲，為各類手機或游戲廠商提供更為廣闊的手機應(yīng)用平臺，不需要修改現(xiàn)有的手機結(jié)構(gòu)，不需要改變現(xiàn)有的手機內(nèi)部設(shè)備，僅僅需要添加一個外掛的卡，大小如同市場銷售的CF卡/MMC卡大小，就可實現(xiàn)不需要使用操作按鍵只通過改變手機的水平姿態(tài)或方向，操控游戲中的受控物體運動的手機智能游戲平臺。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種手機智能游戲的互動信息感知方法，其特征在于，該方法利用手機外掛的含有傳感器部分、信號檢測模塊和微控制器的智能游戲平臺對手機智能游戲互動信息進行感知，具體包括以下步驟1)利用傳感器部分的磁強計、加速度計和陀螺儀分別測量手機智能游戲平臺所處的磁場、重力場、以及手機旋轉(zhuǎn)角速度；2)利用信號檢測模塊對上述測到的信號分別進行預(yù)處理放大、濾波處理；
3)將上述處理后的信號進行A/D采樣，采樣后的數(shù)據(jù)輸入到智能游戲平臺的微控制器進行姿態(tài)解算、速度解算，并對解算后的數(shù)據(jù)信息進行接口協(xié)議轉(zhuǎn)換；4)將上述轉(zhuǎn)換后的信息通過總線方式輸入給手機，通過加載各類游戲軟件實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)換后信息的使用和處理。
進一步說，上述第2)步驟中所述的濾波處理是對所述加速度計、磁強計和陀螺儀測量到的信號進行數(shù)字濾波和低通濾波處理。
進一步說，上述第3)步驟中所述的接口協(xié)議為總線協(xié)議、并口協(xié)議、串行協(xié)議、IIC協(xié)議、SPI協(xié)議、SMBUS協(xié)議或MMC接口協(xié)議中的任意一種。
進一步說，上述第4)步驟中所述的速度解算方法如下先建立智能游戲平臺所在位置的地理坐標系N-E-D，再建立固連于智能游戲平臺的平臺坐標系X-Y-Z，則智能游戲平臺的移動速度公式為V＝V0T-aT2/2其中V0為智能游戲平臺前一時刻的速度，T為AD采樣時間間隔，a為計算出的智能游戲平臺沿斜面的加速度；再利用加速度計和磁強計所測到的信號計算出智能游戲平臺的擺放的位置與角度，從而確定游戲中被控物體的移動方向與速度，其中被控物體的移動方向是被控物體在游戲區(qū)內(nèi)下滑加速度最大的方向。
進一步說，上述第4)步驟中所述的姿態(tài)解算方法如下先建立智能游戲平臺所在位置的地理坐標系N-E-D，再建立固連于智能游戲平臺的平臺坐標系X-Y-Z；然后將磁強計的三軸沿平臺坐標系的三軸放置，分別測量地球磁感應(yīng)強度在平臺坐標系三軸上的投影分量，設(shè)X軸磁強計的測量值為xM，Y軸磁強計的測量值為yM，Z軸磁強計的測量值為zM；同樣將加速度計的三軸沿平臺坐標系的三軸放置，分別測量重力加速度在平臺坐標系三軸上的投影分量，設(shè)X軸的分量為xg、Y軸的分量為yg，Z軸的分量為zg；地磁場和重力加速度fg在地理坐標系和平臺坐標系中的表示通過方向余弦矩陣Cnb進行轉(zhuǎn)換，從而得到以下姿態(tài)角解算公式，其中H表示地磁感應(yīng)強度，β表示地磁傾角，
其中，Cnb=cos(N,X)cos(E,X)cos(D,X)cos(N,Y)cos(E,Y)cos(D,Y)cos(N,Z)cos(E,Z)cos(D,Z)=[Tij]3×3,]]>上標b表示平臺坐標系，下標n表示地理坐標系，Tij為矩陣中的第i行第j列元素。
本發(fā)明還提供了一種手機外掛的智能游戲平臺，其特征在于，該智能游戲平臺包括1)磁強計，用于測量手機游戲平臺所處的磁場的信息；2)加速度計，用于測量手機游戲平臺所處的重力場的信息；3)陀螺儀，用于測量手機旋轉(zhuǎn)角速度的信息；4)信號檢測模塊，用于對上述傳感器如磁強計、加速度計、陀螺儀輸出的信號濾波、放大處理；5)智能游戲平臺微控制器，用于對信號檢測模塊處理后的信號進行采樣、存儲，并對采樣信號進行姿態(tài)、速度解算，接收手機識別指令，建立接口協(xié)議，與手機交互數(shù)據(jù)信息；6)存儲器，用于存儲游戲程序；7)電源管理，用于穩(wěn)壓供電給磁強計、加速度計、陀螺儀、智能游戲平臺微控制器、存儲器，以及信號檢測模塊；所述的磁強計、加速度計和陀螺儀的輸出端分別與信號檢測模塊的輸入端相連接，信號檢測模塊的輸出端與智能游戲平臺微控制器的AD采樣端口相連接，存儲器的數(shù)據(jù)輸出端與智能游戲平臺微控制器的數(shù)據(jù)輸入端相連接，所述智能游戲平臺微控制器通過總線方式與手機連接。
進一步說，上述信號檢測模塊包括放大電路和濾波電路，所述放大電路是由運算放大器、電阻和電容以及后續(xù)的匹配網(wǎng)絡(luò)共同組成的常規(guī)放大電路，所述濾波電路是由運算放大器、電阻和電容組成常規(guī)濾波電路；所述的磁強計、加速度計和陀螺儀輸出的信號，經(jīng)所述放大電路后，形成幅值在0～3V之間的電壓輸出信號，該電壓輸出信號由所述濾波電路的輸入端輸入，經(jīng)濾波電路后，形成窄帶信號，輸入給智能游戲平臺微控制器的AD采樣端口。
本發(fā)明提出的手機外掛的智能游戲平臺在現(xiàn)有手機基礎(chǔ)上，無需對手機進行任何改動，就可利用各種傳感器來感應(yīng)手機本身的姿態(tài)和運動，根據(jù)傳感器提供的信息來模擬實際情況，在手機屏幕上仿真物體的相對運動，設(shè)計相應(yīng)的程序，完成游戲。本發(fā)明除了可供娛樂外，還可以用于少兒的手部運動訓練、康復(fù)治療訓練等。本發(fā)明提出的手機外掛的智能游戲平臺，具有以下特點和優(yōu)點1、使用方便；2、可靠性高；3、平臺性能好；4、成本低廉；5、安全性高；6、易于其他游戲廠商二次開發(fā)；7、適用于不同的手機。


圖1a是地理坐標系的示意圖。
圖1b是平臺坐標系的示意圖。
圖2是本發(fā)明提出的手機外掛的智能游戲平臺的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明提出的手機外掛的智能游戲平臺的信號檢測模塊電路原理圖。
圖4是本發(fā)明提出的手機外掛的智能游戲平臺的存儲器電路原理圖。
圖5是本發(fā)明提出的手機外掛的智能游戲平臺的電源管理電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來進一步說明本發(fā)明。
本發(fā)明公開的手機智能游戲的互動信息感知方法，利用手機外掛的含有傳感器部分、信號檢測模塊和微控制器的智能游戲平臺對手機智能游戲互動信息進行感知，具體包括以下步驟1)利用傳感器部分的磁強計、加速度計和陀螺儀分別測量手機智能游戲平臺所處的磁場、重力場、以及手機旋轉(zhuǎn)角速度；2)利用信號檢測模塊對上述測到的信號分別進行預(yù)處理放大、濾波處理；3)將上述處理后的信號進行A/D采樣，采樣后的數(shù)據(jù)輸入到智能游戲平臺的微控制器進行姿態(tài)解算、速度解算，并對解算后的數(shù)據(jù)信息進行接口協(xié)議轉(zhuǎn)換；4)將上述轉(zhuǎn)換后的信息通過總線方式輸入給手機，通過加載各類游戲軟件實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)換后信息的使用和處理。
本發(fā)明第2)步驟中所述的濾波處理是對所述加速度計、磁強計和陀螺儀測量到的信號進行數(shù)字濾波和低通濾波處理。
本發(fā)明第3)步驟中所述的接口協(xié)議為總線協(xié)議、并口協(xié)議、串行協(xié)議、IIC協(xié)議、SPI協(xié)議、SMBUS協(xié)議或MMC接口協(xié)議中的任意一種。
本發(fā)明第4)步驟中所述的速度解算方法如下先建立智能游戲平臺所在位置的地理坐標系N-E-D(北-東-地)，再建立固連于智能游戲平臺的平臺坐標系X-Y-Z(X-處于手機對稱平面內(nèi)，由質(zhì)心指向手機運動前向；Y-垂直于手機對稱平面并指向右方；Z-在手機對稱平面內(nèi)且垂直于X軸指向下方)，則智能游戲平臺的移動速度公式為
V＝V0T-aT2/2其中V0為智能游戲平臺前一時刻的速度，T為AD采樣時間間隔，a為計算出的智能游戲平臺沿斜面的加速度；再利用加速度計和磁強計所測到的信號計算出智能游戲平臺的擺放的位置與角度，從而確定游戲中被控物體的移動方向與速度，其中被控物體的移動方向是被控物體在游戲區(qū)內(nèi)下滑加速度最大的方向。
本發(fā)明第4)步驟中所述的姿態(tài)解算方法如下先建立智能游戲平臺所在位置的地理坐標系N-E-D(北-東-地)，再建立固連于智能游戲平臺的平臺坐標系X-Y-Z(X-處于手機對稱平面內(nèi)，由質(zhì)心指向手機運動前向；Y-垂直于手機對稱平面并指向右方；Z-在手機對稱平面內(nèi)且垂直于X軸指向下方)；然后將磁強計的三軸沿平臺坐標系的三軸放置，分別測量地球磁感應(yīng)強度在平臺坐標系三軸上的投影分量，設(shè)X軸磁強計的測量值為xM，Y軸磁強計的測量值為yM，Z軸磁強計的測量值為zM；同樣將加速度計的三軸沿平臺坐標系的三軸放置，分別測量重力加速度在平臺坐標系三軸上的投影分量，設(shè)X軸的分量為xg、Y軸的分量為yg，Z軸的分量為zg；地磁場和重力加速度fg在地理坐標系和平臺坐標系中的表示通過方向余弦矩陣Cnb進行轉(zhuǎn)換，從而得到以下姿態(tài)角解算公式，其中H表示地磁感應(yīng)強度，β表示地磁傾角， 其中，手機在空間中的姿態(tài)可用平臺坐標系相對于地理坐標系的運動來表示，運動角度稱為手機的姿態(tài)角。導(dǎo)航學中常用航向角ψ、俯仰角θ和滾轉(zhuǎn)角γ作為手機的姿態(tài)角，起始時兩坐標系重合(N與X軸、E與Y軸、D與Z軸相對應(yīng))，隨后手機繞D軸(Z軸)偏行ψ角，再繞水平Y(jié)’軸俯仰θ角，最后繞X”軸滾轉(zhuǎn)γ角。平臺坐標系與地理坐標系中的矢量通過以下方向余弦矩陣進行相互轉(zhuǎn)換
Cnb=cos(N,X)cos(E,X)cos(D,X)cos(N,Y)cos(E,Y)cos(D,Y)cos(N,Z)cos(E,Z)cos(D,Z)=[Tij]3×3,]]>上標b表示平臺坐標系，下標n表示地理坐標系，Tij為矩陣中的第i行第j列元素。
本發(fā)明所述的手機外掛的智能游戲平臺，如圖2所示，該智能游戲平臺包括1)磁強計，用于測量手機游戲平臺所處的磁場的信息；2)加速度計，用于測量手機游戲平臺所處的重力場的信息；3)陀螺儀，用于測量手機旋轉(zhuǎn)角速度的信息；4)信號檢測模塊，用于對上述傳感器如磁強計、加速度計、陀螺儀輸出的信號濾波、放大處理；5)智能游戲平臺微控制器，用于對信號檢測模塊處理后的信號進行采樣、存儲，并對采樣信號進行姿態(tài)、速度解算，接收手機識別指令，建立接口協(xié)議，與手機交互數(shù)據(jù)信息；6)存儲器，用于存儲游戲程序；7)電源管理，用于穩(wěn)壓供電給磁強計、加速度計、陀螺儀、智能游戲平臺微控制器、存儲器，以及信號檢測模塊；所述的磁強計、加速度計和陀螺儀的輸出端分別與信號檢測模塊的輸入端相連接，信號檢測模塊的輸出端與智能游戲平臺微控制器的AD采樣端口相連接，存儲器的數(shù)據(jù)輸出端與智能游戲平臺微控制器的數(shù)據(jù)輸入端相連接，所述智能游戲平臺微控制器通過總線方式與手機連接。
手機外掛的智能游戲平臺對手機發(fā)送過來的識別指令信息處理，識別手機類別，建立接口轉(zhuǎn)換協(xié)議；智能游戲平臺對手機發(fā)送過來的指令進行處理，加載交互游戲或者交互數(shù)據(jù)信息。
本發(fā)明所述的信號檢測模塊，包括放大電路和濾波電路，其電路圖如圖3所示。
圖3中的點線虛框部分為放大電路部分，是由運算放大器U4(型號為MAX4194)、電阻和電容以及后續(xù)的匹配網(wǎng)絡(luò)共同組成的常規(guī)放大電路，，磁強計、加速度計、陀螺儀等傳感器輸出的信號，經(jīng)過放大器，形成幅值在0～3V之間的電壓信號。
圖3中的橫線虛框部分為有源濾波電路，是由運算放大器U5(型號為MAX4252)、電阻和電容組成的常規(guī)濾波電路，上述經(jīng)放大的電壓信號由濾波電路輸入端輸入，經(jīng)過該濾波電路后，形成窄帶信號，輸入給智能游戲平臺微控制器的AD采樣端口。
智能手機平臺微控制器采用的運行速率為25MIPS的單片處理器，利用存儲在單片處理器中的軟件完成數(shù)據(jù)信息的AD采樣、姿態(tài)算法解算、速度解算、接口協(xié)議轉(zhuǎn)換。
智能手機平臺中的存儲器，其電路圖如圖4，采用了現(xiàn)有市場通用的海量存儲器，主要由芯片M_U1_F(型號為K9F5608)、電阻、電容共同組成。
智能手機平臺中的電源管理，其電路圖如圖5所示，采用了現(xiàn)有的電源管理芯片U7(型號1117)，用于給磁強計、加速度計、陀螺儀、智能游戲平臺微控制器、存儲器，以及信號檢測模塊等供電。
權(quán)利要求
1.手機智能游戲的互動信息感知方法，其特征在于，該方法利用手機外掛的含有傳感器部分、信號檢測模塊和微控制器的智能游戲平臺對手機智能游戲互動信息進行感知，具體包括以下步驟1)利用傳感器部分的磁強計、加速度計和陀螺儀分別測量手機智能游戲平臺所處的磁場、重力場、以及手機旋轉(zhuǎn)角速度；2)利用信號檢測模塊對上述測到的信號分別進行預(yù)處理放大、濾波處理；3)將上述處理后的信號進行A/D采樣，采樣后的數(shù)據(jù)輸入到智能游戲平臺的微控制器進行姿態(tài)解算、速度解算，并對解算后的數(shù)據(jù)信息進行接口協(xié)議轉(zhuǎn)換；4)將上述轉(zhuǎn)換后的信息通過總線方式輸入給手機，通過加載各類游戲軟件實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)換后信息的使用和處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第2)步驟中所述的濾波處理是對所述加速度計、磁強計和陀螺儀測量到的信號進行數(shù)字濾波和低通濾波處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1種所述的方法，其特征在于第3)步驟中所述的接口協(xié)議為總線協(xié)議、并口協(xié)議、串行協(xié)議、IIC協(xié)議、SPI協(xié)議、SMBUS協(xié)議或MMC接口協(xié)議中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1種所述的方法，其特征在于，第4)步驟中所述的速度解算方法如下先建立智能游戲平臺所在位置的地理坐標系N-E-D，再建立固連于智能游戲平臺的平臺坐標系X-Y-Z，則智能游戲平臺的移動速度公式為V＝V0T-aT2/2其中V0為智能游戲平臺前一時刻的速度，T為AD采樣時間間隔，a為計算出的智能游戲平臺沿斜面的加速度；再利用加速度計和磁強計所測到的信號計算出智能游戲平臺的擺放的位置與角度，從而確定游戲中被控物體的移動方向與速度，其中被控物體的移動方向是被控物體在游戲區(qū)內(nèi)下滑加速度最大的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1種所述的方法，其特征在于，第4)步驟中所述的姿態(tài)解算方法如下先建立智能游戲平臺所在位置的地理坐標系N-E-D，再建立固連于智能游戲平臺的平臺坐標系X-Y-Z；然后將磁強計的三軸沿平臺坐標系的三軸放置，分別測量地球磁感應(yīng)強度在平臺坐標系三軸上的投影分量，設(shè)X軸磁強計的測量值為xM，Y軸磁強計的測量值為yM，Z軸磁強計的測量值為zM；同樣將加速度計的三軸沿平臺坐標系的三軸放置，分別測量重力加速度在平臺坐標系三軸上的投影分量，設(shè)X軸的分量為xg、Y軸的分量為yg，Z軸的分量為zg；地磁場和重力加速度fg在地理坐標系和平臺坐標系中的表示通過方向余弦矩陣Cnb進行轉(zhuǎn)換，從而得到以下姿態(tài)角解算公式，其中H表示地磁感應(yīng)強度，β表示地磁傾角， 其中，Cnb=cos(N,X)cos(E,X)cos(D,X)cos(N,Y)cos(E,Y)cos(D,Y)cos(N,Z)cos(E,Z)cos(D,Z)=[Tij]3×3,]]>上標b表示平臺坐標系，下標n表示地理坐標系，Tij為矩陣中的第i行第j列元素。
6.手機外掛的智能游戲平臺，其特征在于，該智能游戲平臺包括1)磁強計，用于測量手機游戲平臺所處的磁場的信息；2)加速度計，用于測量手機游戲平臺所處的重力場的信息；3)陀螺儀，用于測量手機旋轉(zhuǎn)角速度的信息；4)信號檢測模塊，用于對上述傳感器如磁強計、加速度計、陀螺儀輸出的信號濾波、放大處理；5)智能游戲平臺微控制器，用于對信號檢測模塊處理后的信號進行采樣、存儲，并對采樣信號進行姿態(tài)、速度解算，接收手機識別指令，建立接口協(xié)議，與手機交互數(shù)據(jù)信息；6)存儲器，用于存儲游戲程序；7)電源管理，用于穩(wěn)壓供電給磁強計、加速度計、陀螺儀、智能游戲平臺微控制器、存儲器，以及信號檢測模塊；所述的磁強計、加速度計和陀螺儀的輸出端分別與信號檢測模塊的輸入端相連接，信號檢測模塊的輸出端與智能游戲平臺微控制器的AD采樣端口相連接，存儲器的數(shù)據(jù)輸出端與智能游戲平臺微控制器的數(shù)據(jù)輸入端相連接，所述智能游戲平臺微控制器通過總線方式與手機連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能游戲平臺，其特征在于所述信號檢測模塊包括放大電路和濾波電路，所述放大電路是由運算放大器、電阻和電容以及后續(xù)的匹配網(wǎng)絡(luò)共同組成的常規(guī)放大電路，所述濾波電路是由運算放大器、電阻和電容組成常規(guī)濾波電路；所述的磁強計、加速度計和陀螺儀輸出的信號，經(jīng)所述放大電路后，形成幅值在0～3V之間的電壓輸出信號，該電壓輸出信號由所述濾波電路的輸入端輸入，經(jīng)濾波電路后，形成窄帶信號，輸入給智能游戲平臺微控制器的AD采樣端口。
全文摘要
手機游戲的互動信息感知方法及手機外掛的智能游戲平臺，屬于手機技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述手機游戲的互動信息感知方法利用傳感技術(shù)，并采用了姿態(tài)、速度解算算法來感應(yīng)手機本身的姿態(tài)和運動，根據(jù)各傳感器提供的信息來模擬實際情況，在手機屏幕上仿真物體的相對運動，完成游戲。本發(fā)明提出手機外掛智能游戲平臺，包括磁強計、加速度計、陀螺儀、信號檢測模塊、智能游戲平臺微控制器、存儲器，以及電源管理。本發(fā)明在原有手機的基礎(chǔ)上，無需對手機進行任何改動，尤其不破壞手機原有結(jié)構(gòu)，具有便于集成體積小、可靠性高、成本低廉、易于其他手機或游戲廠商二次開發(fā)等多種優(yōu)點。本發(fā)明除了可供娛樂外，還可以用于少兒的手部運動訓練、康復(fù)治療訓練等。
文檔編號H04M1/725GK1601447SQ20041000962
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者王曉浩, 唐飛, 魏強 申請人:清華大學