用于智能手机操作的无线旋钮制造技术

一种用于智能手机操作的无线旋钮。本发明专利技术由无线旋钮硬件和安装在智能手机上的旋钮服务程序组成。旋钮硬件内部设有一块印刷电路板，上面有构成内部电路的元件，包括电源管理单元、角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块、微控制器和振动电机，旋钮服务程序包括动作模块、通信模块、动作设置模块、云连接模块和行为记录模块。旋钮和手机之间通过无线方式进行双向通信，用户转动旋钮就可以操作手机上的应用程序，实现拨打电话，接听电话，发送短信，播放音乐，照相，录像，设置闹表等常用功能。用户对触摸屏的图形操作被转换为对旋钮的机械操作，使用过程中用户不需要对手机屏幕保持视觉关注。

【技术实现步骤摘要】
用于智能手机操作的无线旋钮
本专利技术属于计算机输入输出设备(G06F3)

技术介绍
触摸屏是智能手机的输入输出设备，应用程序以图标、按钮等图形界面元素呈现软件功能，接收用户输入的控制命令，用户通过手指在触摸屏上的点击，滑动等动作操作手机软件。在操作过程中，用户需要集中视觉注意力，手眼协调地完成手指动作。很多老年人视力下降，手指难以精确定位。对于驾驶员来说，将视线转向智能手机，以及把手从方向盘上移开，都是不安全的行为。
技术实现思路
本专利技术目的是为了让用户不看触摸屏就可以操作智能手机上的软件，为此设计了一种用于智能手机操作的无线旋钮，通过转动旋钮就可以实现打电话，拍照等常用功能。技术方案用于智能手机操作的无线旋钮，由无线旋钮硬件和安装在智能手机上的旋钮服务程序组成，旋钮服务程序是一个实现了旋钮动作操作方法的应用程序。所述的无线旋钮内部设有一块印刷电路板，上面有构成内部电路的元件，包括电源管理单元、角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块、微控制器和振动电机，所述的微控制器分别和角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块及振动电机连接；所述的旋钮服务程序是一个实现了旋钮动作操作方法的智能手机应用程序，包括动作模块、通信模块、动作设置模块、云连接模块和行为记录模块。无线旋钮和手机之间通过无线方式进行双向通信，无线旋钮内部集成多种传感器，用户转动旋钮就可以操作手机上的应用程序，实现相应的功能。如拨打电话，接听电话，发送短信，播放音乐，照相，录像，设置闹表等常用功能。手机上的旋钮服务程序根据用户转动旋钮的动作和当前情境确定需要执行的软件功能。尽管智能手机上应用程序功能很多，在特定情境下，用户需要输入的控制命令或者需要做出的选择数量非常有限，用无线旋钮的动作组合可以实现。本专利技术提供的是一种将智能手机上软件的图形操作方式转换为机械操作的人机交互设备，可以让用户不需要持续的视觉关注，用转动旋钮这样的简单动作完成对手机软件的操作。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术提供的无线旋钮和触摸屏不同，用无线旋钮操作智能手机，用户不需要集中视觉注意力，也不需要精确的手眼协调能力，适合老年人和驾驶员使用。附图说明图1是用于智能手机操作的无线旋钮系统组成示意图，包括无线旋钮硬件和智能手机。图2是无线旋钮内部电路结构图。图3是无线旋钮微控制器工作过程流程图。图4是应用程序动作设置界面。具体实施方式如图1所示，本专利技术由无线旋钮硬件101和安装在智能手机105上的旋钮服务程序106组成。无线旋钮101由旋钮盖103，基座102，橡胶垫104和内部电路组成。旋钮盖安装在基座上，可以用手转动，基座下面有一层橡胶垫，用于将旋钮固定到物体表面。无线旋钮内部中有一块带有电路元件的印刷电路板，上面是旋钮传感器数据采集和无线通信电路，如图2所示，所述内部电路由电池203，电源管理单元207，角度传感器202，惯性测量单元201，蓝牙通信模块206，微控制器204，振动电机205组成。微控制器分别和角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块及振动电机连接。电池和电源管理单元连接，用于给整个电路供电。角度传感器202用于测量旋钮的转动角度，通常采用环形电阻，旋钮的转动导致环形电阻上电压变化，经过微控制器204的模数转换，将电压变化量换算成旋钮的转动角度。在环形电阻的有效测量范围内，转动角度和电阻值连续变化，电压变化量和旋钮旋转角度成正比。惯性测量单元201可以感知旋钮安装姿态和运动状态，包含三轴加速度传感器，三轴陀螺仪，三轴磁场传感器。蓝牙通信模块206是实现蓝牙通信协议的电路元件，用于和智能手机之间双向传送数据，通过蓝牙通信模块，微控制器将旋钮的转动角度发送给智能手机，智能手机将控制指令发送给微控制器，控制指令用于设置旋钮电路的工作状态。振动电机205有多种振动模式，包括高、中、低频率的连续振动模式和间歇振动模式，可以在转动旋钮的手指上产生有作用力的触觉效果。当智能手机无法识别旋钮动作时，智能手机向旋钮发出振动控制指令，指示用户改变转动动作。微控制器从角度传感器和惯性测量单元采集运动数据，通过蓝牙通信模块发送给智能手机，接收来自智能手机的控制命令，驱动振动电机。电源管理单元和电池为电路提供电压稳定的电源。运行在旋钮微控制器上的程序采用中断处理结构，周期性读取环形电阻上的电压值，通过蓝牙通信模块，将旋钮转动角度发送给智能手机上的旋钮服务程序。在微控制器程序的控制下，无线旋钮内部电路的工作过程如图3所示。电路通电后首先进行初始化操作301，包括设置微控制器端口的输入输出功能，对连接环形电阻的输入端口设置模数转换功能，并启动定时器。然后用蓝牙通信模块发送广播数据302，等待附近智能手机的扫描303，被智能手机发现后双方开始建立连接305，如果连接成功，微控制器进入通信状态306，通过蓝牙模块向智能手机发送旋钮转动角度。智能手机上的旋钮服务程序退出时，手机和旋钮之间的蓝牙连接被关闭307，然后旋钮上的微控制器和蓝牙模块进入休眠状态304。如果经过一分钟的广播，无线旋钮没有收到来自智能手机的连接响应，旋钮进入休眠状态。处于休眠状态的可以被旋钮转动动作唤醒，重新开始广播，等待和智能手机的连接。旋钮服务程序是一个安装在智能手机上的应用程序，实现旋钮动作操作方法，让用户可以通过无线旋钮实现拨打电话，接听电话，发送短信，开关闹钟，拍照，录像，播放音乐，以及启动用户指定的应用程序。按照旋钮动作操作方法的设计，旋钮服务程序用无线旋钮的转动动作组合作为用户的输入命令，代替智能手机触摸屏上的点击和滑动操作。旋钮动作操作方法中定义了旋钮的三种转动动作，分别是：顺时针旋转，逆时针旋转，左右旋转。在程序设计中，顺时针和逆时针旋转动作通常用于切换软件的不同功能或者对并列选项进行选择，左右旋转动作用于关闭或退出现有功能。旋钮服务程序以服务的方式运行在后台，由动作模块，通信模块，动作设置模块，云连接模块，行为记录模块构成。首次启动时，旋钮服务程序向用户请求手机开启蓝牙、连接网络等功能权限。动作模块实现了动作分类算法，根据旋钮转动角度和转动的持续时间确定动作类型，以消息形式通知程序其它模块。动作模块在内存中以环形链表结构记录一个时间段内收到的转动角度数据，环形链表的大小等于角度传感器的采样频率与时间段的长度，以及每次采样获得的转动角度数据量的乘积。动作分类算法首先对转动角度数据进行中值滤波，然后逐个采样点计算差分值，按照正负号分别求和，如果绝对值超过阈值，表明有转动动作，旋转动作的方向由差分和的正负确定。平均转速低于每秒钟十度的缓慢转动动作，差分累加和低于阈值，会被算法忽略。通信模块按照蓝牙无线通信协议在旋钮和智能手机之间建立连接，接收旋钮发送的转动角度数据。用户启动旋钮服务程序后，通信模块检测智能手机的蓝牙连接状态，扫描附近的蓝牙设备，和旋钮建立连接，读取旋钮的蓝牙服务属性和转动角度数据。旋钮服务程序退出时，蓝牙模块关闭手机与旋钮之间的蓝牙连接。动作设置模块以可视化方式向用户提供动作设置页面，如图4所示，让用户能够用手动方式自行设置旋钮转动动作与常用软件功能之间的关联关系。该模块在动作设置页面404中以图标403和名称402的列表形式显示智能手机常用功能，页面左上角有标题401，点击右上角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于智能手机操作的无线旋钮，其特征在于该无线旋钮由无线旋钮硬件和一个实现了旋钮动作操作方法的旋钮服务程序组成；所述的无线旋钮内部设有一块印刷电路板，上面有构成内部电路的元件，包括电源管理单元、角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块、微控制器和振动电机，所述的微控制器分别和角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块及振动电机连接；所述的旋钮服务程序是一个实现了旋钮动作操作方法的智能手机应用程序，包括动作模块、通信模块、动作设置模块、云连接模块和行为记录模块；无线旋钮和手机之间通过无线方式进行双向通信，用户转动旋钮就能够操作手机上的程序，实现相应的功能。

【技术特征摘要】
1.一种用于智能手机操作的无线旋钮，其特征在于该无线旋钮由无线旋钮硬件和一个实现了旋钮动作操作方法的旋钮服务程序组成；所述的无线旋钮内部设有一块印刷电路板，上面有构成内部电路的元件，包括电源管理单元、角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块、微控制器和振动电机，所述的微控制器分别和角度传感器、惯性测量单元、蓝牙通信模块及振动电机连接；所述的旋钮服务程序是一个实现了旋钮动作操作方法的智能手机应用程序，包括动作模块、通信模块、动作设置模块、云连接模块和行为记录模块；无线旋钮和手机之间通过无线方式进行双向通信，用户转动旋钮就能够操作手机上的程序，实现相应的功能。2.根据权利要求1所述的用于智能手机操作的无线旋钮，其特征在于所述无线旋钮的硬件结构包括旋钮盖、基座、橡胶垫、和位于基座内部的印刷电路板，所述旋钮盖安装在基座上，橡胶垫设置于基座下面。3.根据权利要求1所述的用于智能手机操作的无线旋钮，其特征在于所述的角度传感器为环形电阻，惯性测量单元由三轴加速度传感器，三轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁雪，许林，邢树松，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12