利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法及实现装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法及其实现装置，属于自动化、电子通讯以及计算机接口技术领域。本发明专利技术通过设置在鞋子内的无线传感综合模块采集和确定鞋子的运动信息，然后将鞋子的运动信息根据当前键盘模式或鼠标模式转换为相应的键盘扫描码或者鼠标移动信息和按键信息，达到利用鞋子的运动信息代替键盘或鼠标的作用。本发明专利技术将鞋子的运动信息与键盘和鼠标输入建立一个可变化的映射表，作为一种新型的人机交互式，既可以为残疾人控制计算机使用，还可以用于电子游戏娱乐，完成人体脚部移动对游戏人物移动的控制，控制方式灵活多变适应范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于传感器与电子通讯技术的新型鞋子，属于自动化、电子通讯以及计算机接口
特别地，涉及一种在鞋子底部处植入传感器从而精确还原出脚部运动数据，进而通过计算机接口技术实现脚步运动代替键盘按键以及鼠标移动的方法。
技术介绍
随着信息科学的发展，体感运动的兴起让越来越多的人机交互产品具有了体感的特征。如联想公司的3D体感控制器鼠标,任天堂的wii游戏主机,微软的XBOX Kinect等。这些设备通过内置传感器或者外置摄像头的方式，来获得人体的运动数据从而实现人机交互。其中联想公司的3D体感控制鼠标，是一种利用无线通讯技术，通过采集使用者手的挥动动作，从而将挥动信息传输到PC端的无线接收模块，从而代替键盘上某个按键输入，可以进行PC游戏的控制；同时也可以感应鼠标在空置的移动，实现对鼠标的代替控制。但是在制鞋领域，尚未出现通过检测人体脚部的运动，利用无线连接的方式，进而代替键盘或者鼠标的专利技术出现。
技术实现思路
本专利技术利用了一种可以检测出人体脚部移动的无线传感综合模块,并将其轻量化小型化，便于放入鞋子内，通过无线传输模块，将人体的脚部移动信息传输到PC机等智能终端。PC机终端的智能设备数据接收通过一个USB 口的上位机接收模块实现，上位机接收模块内部由单片机控制无线传输模块接收人体脚部移动信息，并转换为标准的键盘或鼠标扫描码，再转换为USB标准信号输出给PC机的USB 口，触发BIOS 09H硬件中断，通知PC机有按键按下，进而将预先映射完成的键盘扫描码送到内存BIOS数据区的键盘缓冲区，从而实现了用鞋子的移动代替键盘输入的功能；此外，对于代替鼠标，则可利用单片机控制无线传输模块接收人体脚部移动信息，通过一定的逻辑映射关系，将脚部在地平面上移动数据映射为鼠标在屏幕上的位置，以及用户脚步的动作映射为鼠标按键，并通过触发硬件INT33H中断，读取鼠标的位置与鼠标按键的状态。本专利技术完成了一个无线键盘和无线鼠标的功能，并将传统的鼠标和键盘的按键输入引发硬件中断，变成了感应人体脚部的移动引发硬件中断，完成了类似于无线键盘和无线鼠标的功能。此外，本专利技术还提供了一种基于系统底层API函数，将用户脚部动作映射为键盘按键和鼠标移动等消息的方法。本专利技术提供了一种利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法及实现装置，所述的实现装置主要包括一个采用无线技术的上位机接收模块和设置在鞋子上(本专利技术中嵌入在鞋底)的无线传感综合模块。所述的无线传感综合模块用于采集用户脚部移动时，鞋子底部所嵌入的无线传感综合模块的六自由度的运动数据，并将运动数据以无线方式传输给上位机接收模块。所述的无线传感综合模块包括加速度传感器、角度传感器、磁阻传感器、信号调理单元、基于ARM的中央处理单元、无线传输模块和电源单元。所述的上位机接收模块包括无线传输模块、单片机、USB/UART接口转换芯片、电源芯片以及USB接口，可实现即、插即用。所述无线传感综合模块设计上以小型化、轻量化为核心理念，采用集成度较高的ARM芯片，以减小无线传感综合模块电路板的大小和重量，使其可以方便的嵌入鞋子底部。本专利技术设计为无线传感综合模块与鞋子可分离式，可分离式设计也便于给无线传感综合模块充电。本专利技术包括两种工作模式，即键盘模式和鼠标模式，可通过PC端的软件进行设置，在设备初始上电时刻，通过上位机将工作模式以及相关参数以无线传输模式传输给下位机，以实现人体脚部移动代替键盘鼠标输入的不同功能。无线传感综合模块作为采集用户脚部动作信息的核心模块，其包括以下关键子模块(I)基于三轴加速度计的三自由度的加速度传感器；(2)基于数字陀螺的旋转角度传感器；(3)磁阻传感器；(4)基于ARM的中央处理单元；(5)基于无线通讯模块的信号 发送和接收单元；(6)独立供电的可充放电电源单元。加速度传感器采集脚部在三维空间内的三个轴上的位移信息，旋转角度传感器采集鞋子的转动角度信息，磁阻传感器采集地磁场强度信息，位移信息与地磁场强度信息经过信号调理单元调理后，与转动角度信息一起通过以ARM作为核心的中央处理单元，最后将经过处理的信息利用无线传输模块的信号发送单元以无线信号的方式发送出去给上位机接收模块。中央处理单元选用自带高精度AD采集以及看门狗的ARM芯片。AD采集用于获得经过信号调理单元调理的加速度传感器单元 的电压输出，并还原为加速度信息，经过对时间的一次积分得到速度信息，经过对时间的第二次积分得到位移数据。看门狗用于当处理器程序跑飞或者处于死机状态时，看门狗将从硬件上对处理器进行强制复位，使处理器重新进入正常工作模式。其中无线传感综合模块内部设置有ROM用于存储出厂时的唯一标识SN号和左右鞋标识ID号，即每一块成品的模块都是依靠烧写进ROM的不同信息进行区分的，类似于产品的出厂序列号。上位机接收模块，作为接收和处理鞋子中无线传感综合模块所发送信息的模块，其核心在于通过无线通讯协议，与无线传感综合模块建立连接并接收相关数据，并按照初始化时刻的工作模式以及工作参数，将用户脚部的运动信息映射为键盘和鼠标的输入，得到键盘扫描码或者鼠标移动信息和按键信息，并将输入信息转换为标准的USB外设信号， 触发相应的硬件中断，将键盘扫描码或者鼠标移动和按键信息传输给BIOS的缓冲区。本专利技术提供的一种鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法的一般工作流程包括以下步骤(I)开启鞋子电源，选择工作模式鼠标或者键盘模式，下位机初始化，并为无线传感综合模块上电；(2)开启上位机接收模块，进行无线搜索，匹配周围的存在无线传感综合模块，开始自组网工作。若搜索到符合协议的设备，则自动进行连接；如果超过阈值时间T秒(可设)，仍然没有搜索到可匹配的相应设备，则自动转入连接失败处理程序；如果搜索到可匹配的下位机无线传感综合模块，自动进行连接，实现子节点的自动入网，并建立通讯连接。(3)自组网成功并且通讯建立完毕后，上位机通过PC端软件的预先设置，将预设的工作模式发送给下位机；完成工作模式以及工作参数设置后上位机向下位机发送开始采集指令，同时通过上位机的软件应用提示用户可自由移动；(4)中央处理单元按照预设的时钟周期对采集到的数据进行解算，还原出位移及其角度信息，并作为脚部运动信息数据存储于缓存中，具体为加速度传感器获得鞋子的三个坐标轴方向上的加速度，分别记作ax，ay，az，利用两次积分运算获得鞋子局部坐标系XbYbZb三个轴向上的位移Axb，Ayb, Azb;利用数字陀螺，检测出鞋子绕局部坐标系轴向的转动角度，记作θχ，θγ, θζ;利用磁阻传感器，测量出鞋子局部坐标系XbYbZb三个轴向上的地磁场强度，记做mx, my, mz。(5)中央处理单元基于捷联惯导系统的公知方法，由加速度计和数字陀螺所测量得到的AXb，Ayb, Azb, θχ, θγ, θζ，计算得到鞋子局部坐标系相对于世界坐标系的位置 (xn, yn, zn)和姿态角(θ，γ , ψ)；当鞋子处于静止或低速平稳运动时，使用根据加速度计和磁阻传感器计算得到的姿态角对根据捷联惯导算法计算得到的姿态信息进行修正，具体使用三轴加速度信息计算出俯仰角Θ和横滚角Y ;结合姿态角信息和磁阻传感器测量到的地磁场强度信息计算得到磁航向，磁航向加上当地磁偏角得到地理航向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法，其特征在于所述的方法首先通过设置在鞋子内的无线传感综合模块采集和确定鞋子的运动信息，然后通过无线传输模块将鞋子的运动信息传送至上位机接收模块，上位机接收模块通过USB直接连接PC机，在上位机接收模块或PC机中，将鞋子的运动信息根据当前键盘模式或鼠标模式转换为相应的键盘扫描码或者鼠标移动信息和按键信息，达到利用鞋子的运动信息代替键盘或鼠标的作用；所述的鞋子的运动信息包括鞋子的位移变化和姿态角变化信息。2.根据权利要求I所述的一种利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法，其特征在于所述的确定鞋子的位置和姿态角是通过无线传感综合模块中的基于ARM的中央处理单元实现的，根据捷联惯导系统中加速度计和数字陀螺测量的信息，计算得到鞋子局部坐标系相对于世界坐标系的位置和姿态角； 当鞋子处于静止或低速平稳运动时，使用根据加速度计和磁阻传感器计算得到的姿态角对根据捷联惯导算法计算得到的姿态信息进行修正，具体为使用三轴加速度信息计算出俯仰角Θ和横滚角Y ;结合姿态角信息和磁阻传感器测量到的地磁场强度信息计算得到磁航向，磁航向加上当地磁偏角得到地理航向角Ψ’，得到最终的鞋子的位置(xn，yn，zn)和修正后的姿态角(θ，γ, Ψ)，作为鞋子的六自由度运动数据发送至上位机。3.根据权利要求I所述的一种利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法，其特征在于所述的上位机接收模块的具体工作过程为上位机接收模块中的单片机将鞋子的运动信息通过映射表映射为键盘或鼠标输入，得到键盘扫描码或者鼠标移动信息和按键信息，并将输入信息转换为标准的USB外设信号，触发相应的硬件中断，将键盘扫描码或者鼠标移动和按键信息传输给BIOS的缓冲区，以备系统调用。4.根据权利要求I所述的一种利用鞋子代替键盘鼠标作为计算机外设的方法，其特征在于所述的PC机接收上位机接收模块的运动信息后，基于所述的映射表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高峰，宋子健，吕建勋，
申请(专利权)人：宋子健，刘高峰，
类型：发明
国别省市：