一种具有方位采集的摇杆的制作方法

本发明涉及摇杆领域，尤其涉及一种具有方位采集的摇杆。

背景技术：

目前，各类电视游戏或电脑游戏多采用游戏于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，于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，根据所述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口另外，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，通过控制所述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，在一些环境中，如高温、或受到电磁波干扰的环境下，摇杆容易产生误差，或执行迟缓，这极大影响用户的正常使用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种具有方位采集的摇杆，包括：中央处理器、运动传感器、陀螺仪、CAN总线通信模块、环境获取模块、姿态输出模块；

所述运动传感器包括：倾角角度检测模块、卡尔曼滤波模块、速度位移映射模块；

所述倾角角度检测模块，用于根据获取到的重力加速度，按照三角函数算法，计算并转换出倾角角度；

所述卡尔曼滤波模块用于对倾角角度进行滤波，得到绝对角度；

所述速度位移映射模块，用于根据所述绝对角度与时间的积分计算，确定绝对位移、绝对速度，并将绝对角度、绝对位移、绝对速度，通过CAN总线通信模块发送至所述中央处理器；

所述陀螺仪包括：陀螺仪获取模块、陀螺仪处理芯片；

所述陀螺仪获取模块用于获取移动的角加速度值；

所述陀螺仪处理芯片用于根据获取的角加速度值与时间值的积分计算，得到摇杆在X轴、Y轴、Z轴上移动的位移数据、速度数据、角度数据，并通过CAN总线通信模块将位移数据、速度数据、角度数据发送至所述中央处理器；

所述环境获取模块用于获取摇杆的使用环境参数，并将环境参数发送至中央处理器；

所述中央处理器用于接收速度位移映射模块发送的绝对角度、绝对位移、绝对速度以及陀螺仪处理芯片发送的位移数据、速度数据、角度数据，并根据环境获取模块获取摇杆的使用环境参数，判别选取执行运动传感器获取的绝对角度、绝对位移、绝对速度或选取执行陀螺仪获取的位移数据、速度数据、角度数据；

所述姿态输出模块用于根据所述中央处理器发送的数据动作参数，执行相应的姿态动作。

优选地，所述环境获取模块包括：温度传感器；

所述中央处理器包括：运动温度范围设定单元、陀螺仪温度范围设定单元、温度选取执行单元；

所述温度传感器用于感应摇杆周边的环境温度；

所述运动温度范围设定单元用于设定执行运动传感器获取动作数据的温度范围；

所述陀螺仪温度范围设定单元用于设定执行陀螺仪获取动作数据的温度范围；

所述温度选取执行单元用于当摇杆周边的环境温度在所述运动温度范围设定单元设定的温度范围内时，执行运动传感器获取动作数据，或当摇杆周边的环境温度在所述陀螺仪温度范围设定单元设定的温度范围内时，执行陀螺仪获取动作数据。

优选地，所述环境获取模块包括：振动传感器；

所述中央处理器包括：运动振动量设定单元、陀螺仪振动量设定单元、振动量选取执行单元；

所述振动传感器用于感应摇杆的振动量；

所述运动振动量设定单元用于设定执行运动传感器获取动作数据的振动量范围；

所述陀螺仪振动量设定单元用于设定执行陀螺仪获取动作数据的振动量范围；

所述振动量选取执行单元用于当摇杆振动量在所述运动振动量设定单元设定的振动量范围内时，执行运动传感器获取动作数据，或当摇杆振动量在所述陀螺仪振动量设定单元设定的振动量范围内时，执行陀螺仪获取动作数据。

优选地，所述环境获取模块包括：电磁辐射传感器；

所述中央处理器包括：运动电磁辐射量设定单元、陀螺仪电磁辐射量设定单元、电磁辐射量选取执行单元；

所述电磁辐射传感器用于感应摇杆周边环境的电磁辐射量；

所述运动电磁辐射量设定单元用于设定执行运动传感器获取动作数据的电磁辐射量范围；

所述陀螺仪电磁辐射量设定单元用于设定执行陀螺仪获取动作数据的电磁辐射量范围；

所述电磁辐射量选取执行单元用于当摇杆周边环境电磁辐射量在所述运动电磁辐射量设定单元设定的电磁辐射量范围内时，执行运动传感器获取动作数据，或当摇杆周边环境电磁辐射量在所述陀螺仪电磁辐射量设定单元设定的电磁辐射量范围内时，执行陀螺仪获取动作数据。

优选地，还包括：电源模块；

所述电源模块用于给予摇杆内部元件供电。

优选地，还包括：与电源模块连接的电源滤波电路；

所述电源滤波电路包括：共模扼流圈、滤波电容一、滤波电容二；

滤波电容一和滤波电容二分别设置在共模扼流圈的两侧。

优选地，还包括：摇杆壳体；

所述摇杆壳体表面上设有导电橡胶条和橡胶片。

优选地，还包括：与电源模块连接的稳压电路；

所述稳压电路包括：稳压芯片、稳压滤波电容、稳压电阻一、稳压电阻二。

优选地，还包括：通信隔离模块、通信滤波电阻和通信滤波电容；

所述通信隔离模块与所述CAN总线通信模块连接。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

摇杆设有环境获取模块，环境获取模块用于获取摇杆的使用环境参数，并将环境参数发送至中央处理器；中央处理器判别选取执行运动传感器获取的绝对角度、绝对位移、绝对速度或选取执行陀螺仪获取的位移数据、速度数据、角度数据；从而解决摇杆使用的误差大，动作延迟的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为具有方位采集的摇杆的整体示意图；

图2为电源滤波电路电路图；

图3为稳压电路电路图；

图4为通信隔离滤波电路图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种具有方位采集的摇杆，请参阅图1所示，包括：中央处理器1、运动传感器2、陀螺仪3、CAN总线通信模块4、环境获取模块5、姿态输出模块6；

运动传感器2包括：倾角角度检测模块21、卡尔曼滤波模块22、速度位移映射模块23；

倾角角度检测模块21，用于根据获取到的重力加速度，按照三角函数算法，计算并转换出倾角角度；

卡尔曼滤波模块22用于对倾角角度进行滤波，得到绝对角度；

速度位移映射模块23，用于根据绝对角度与时间的积分计算，确定绝对位移、绝对速度，并将绝对角度、绝对位移、绝对速度，通过CAN总线通信模块发送至中央处理器1；

陀螺仪3包括：陀螺仪获取模块31、陀螺仪处理芯片32；

陀螺仪获取模块31用于获取移动的角加速度值；

陀螺仪处理芯片32用于根据获取的角加速度值以及时间值，得到摇杆在X轴、Y轴、Z轴上移动的位移数据、速度数据、角度数据，并通过CAN总线通信模块4将位移数据、速度数据、角度数据发送至中央处理器1；

环境获取模块5用于判别摇杆的使用环境参数，并将环境参数发送至中央处理器；

中央处理器1用于接收速度位移映射模块23发送的绝对角度、绝对位移、绝对速度以及陀螺仪处理芯片32发送的位移数据、速度数据、角度数据，并根据环境获取模块获取摇杆的使用环境参数，判别选取执行运动传感器获取的绝对角度、绝对位移、绝对速度或选取执行陀螺仪获取的位移数据、速度数据、角度数据；

姿态输出模块6用于根据中央处理器1发送的数据动作参数，执行相应的姿态动作。

由于运动传感器2和陀螺仪3在不同的使用环境下，具有不同的误差和延迟量，为了解决这个问题，摇杆设有环境获取模块5，环境获取模块5用于获取摇杆的使用环境参数，并将环境参数发送至中央处理器1；中央处理器1判别选取执行运动传感器获取的绝对角度、绝对位移、绝对速度或选取执行陀螺仪获取的位移数据、速度数据、角度数据；从而解决摇杆使用的误差大，动作延迟的问题。

倾角角度检测模块21，根据获取到的重力加速度，按照三角函数算法，计算并转换出倾角角度的公式可以采用：

Ax＝g·sin(α)

Ay＝g·sin(β)

其中；Ax、Ay分别表示重力加速度输出，

α、β分别表示倾斜角度。

α＝sin^-1(Ax/g)

β＝sin^-1(Ay/g)

这里还可以采用角度与时间的积分计算，

其中：表示为角度；表示为角速度；t表示为时间。

具体计算方式这里不做限定。

本实施例中，环境获取模块5包括：温度传感器；

中央处理器1包括：运动温度范围设定单元、陀螺仪温度范围设定单元、温度选取执行单元；

温度传感器用于感应摇杆周边的环境温度；运动温度范围设定单元用于设定执行运动传感器获取动作数据的温度范围；陀螺仪温度范围设定单元用于设定执行陀螺仪获取动作数据的温度范围；

温度选取执行单元用于当摇杆周边的环境温度在运动温度范围设定单元设定的温度范围内时，执行运动传感器获取动作数据，或当摇杆周边的环境温度在陀螺仪温度范围设定单元设定的温度范围内时，执行陀螺仪获取动作数据。

具体的，例如在环境温度为25℃时，分别对运动传感器2和陀螺仪3进行的误差量试验，结果为运动传感器2比陀螺仪3的误差大，所以在环境温度为25℃时，执行陀螺仪3的获取数据。在环境温度为45℃和-15℃时，分别对运动传感器2和陀螺仪3进行的误差量试验，结果为运动传感器2比陀螺仪3的误差大，所以环境温度的改变，陀螺仪3影响较小，中央处理器1均采用陀螺仪3的获取参数。

本实施例中，环境获取模块5包括：振动传感器；

中央处理器1包括：运动振动量设定单元、陀螺仪振动量设定单元、振动量选取执行单元；振动传感器用于感应摇杆的振动量；运动振动量设定单元用于设定执行运动传感器获取动作数据的振动量范围；陀螺仪振动量设定单元用于设定执行陀螺仪获取动作数据的振动量范围；

振动量选取执行单元用于当摇杆振动量在运动振动量设定单元设定的振动量范围内时，执行运动传感器获取动作数据，或当摇杆振动量在陀螺仪振动量设定单元设定的振动量范围内时，执行陀螺仪获取动作数据。

具体的，例如摇杆在受到具有一定频率，一定持续时间的振动时，摇杆在获取参数时，受到振动干扰，这时，在受到相同振幅、相同频率的振动条件下，运动传感器2比陀螺仪3的误差小，运动传感器2影响较小，在受到振动的环境条件下，中央处理器1采用运动传感器2的获取参数。

本实施例中，环境获取模块5包括：电磁辐射传感器；

中央处理器1包括：运动电磁辐射量设定单元、陀螺仪电磁辐射量设定单元、电磁辐射量选取执行单元；电磁辐射传感器用于感应摇杆周边环境的电磁辐射量；运动电磁辐射量设定单元用于设定执行运动传感器获取动作数据的电磁辐射量范围；陀螺仪电磁辐射量设定单元用于设定执行陀螺仪获取动作数据的电磁辐射量范围；

电磁辐射量选取执行单元用于当摇杆周边环境电磁辐射量在运动电磁辐射量设定单元设定的电磁辐射量范围内时，执行运动传感器获取动作数据，或当摇杆周边环境电磁辐射量在陀螺仪电磁辐射量设定单元设定的电磁辐射量范围内时，执行陀螺仪获取动作数据。

具体的，例如摇杆在受到电磁场辐射的环境下使用时，摇杆在获取参数时，受到电磁场辐射干扰，这时，在受到相同电磁场辐射条件下，运动传感器2比陀螺仪3的误差小，运动传感器2影响较小，在受到电磁场辐射的环境条件下，中央处理器1采用运动传感器2的获取参数。

本实施例中，还包括：电源模块8；电源模块8用于给予摇杆内部元件供电。

请参阅图2所示，还包括：与电源模块8连接的电源滤波电路；

电源滤波电路包括：共模扼流圈7、滤波电容一71、滤波电容二72；滤波电容一71和滤波电容二72分别设置在共模扼流圈7的两侧。这样，电源中存在杂波或干扰波时，共模扼流圈7、滤波电容一71、滤波电容二72组成低通滤波器，可以有效的限制或滤除杂波。

本实施例中，请参阅图3所示，还包括：与电源模块连接的稳压电路；稳压电路包括：稳压芯片9、稳压滤波电容93、稳压电阻一91、稳压电阻二92。

本实施例中，参阅图4所示，还包括：通信隔离模块41、通信滤波电阻42和通信滤波电容43；通信隔离模块41与CAN总线通信模块4连接。

CAN总线通信是Controller Area Network的缩写，即是控制器局域网，是一种串行通信协议，CAN能够适应各种恶劣的现场环境。

通信隔离模块41采用CTM8250D通信隔离模块，CTM8250D的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC2500V的隔离功能，并且隔离CPU的CAN收发器与CAN总线。

本实施例中，还包括：摇杆壳体；摇杆壳体表面上设有导电橡胶条和橡胶片。这样有效的屏蔽外界对摇杆自身的干扰。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。