專(zhuān)利名稱(chēng)：一種探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測(cè)物體相對(duì)于一個(gè)參照方位的方位角運(yùn)動(dòng)的裝置和方法。
描述物體方位角一般可以用下述兩個(gè)角一個(gè)是物體相對(duì)于選定參考平面或參考軸的傾角，本文稱(chēng)之為“擺角”；另一個(gè)是物體相對(duì)于參考軸或參考平面繞軸旋轉(zhuǎn)的角度，本文稱(chēng)之“旋角”。例如，在

圖1A、圖1B中，如果圖中的X軸被選做擺角的參考軸或參考平面，則擺角變化就以X軸為基準(zhǔn)。圖1A中的直線P1(PUP)即位于擺角θP1為45°的方位，圖1B中的直線P2(PDOWN)則位于擺角θP2為-45°的方位。在圖2A、2B中，如果Z軸被選做旋角的參考軸或參考平面，則旋角即以Z軸為基準(zhǔn)。圖2A中的直線R1(RLEFT)即位于旋角θR1為+45°的方位(相對(duì)于Z軸逆時(shí)針?lè)较?，圖2B中的直線R2(RRIGHT)則位于擺角θR2為-45°的方位(順時(shí)針)。這里需注意Z軸只是參考軸，不是旋轉(zhuǎn)軸，X軸才是旋轉(zhuǎn)軸。
通常，由于種種原因，人們需要監(jiān)測(cè)和測(cè)量物體相對(duì)于參考方位或參考平面的擺角和旋角數(shù)值。顯然，在航空領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)飛機(jī)相對(duì)于水平面的擺角顯必不可少的，同時(shí)，其旋角也會(huì)對(duì)其飛行方向產(chǎn)生影響。在游戲機(jī)領(lǐng)域，同樣也需要監(jiān)測(cè)擺角和旋角。這可以通過(guò)手持控制器，或內(nèi)置于手持游戲機(jī)中的控制器，控制視頻游戲以需要的方式顯現(xiàn)。同時(shí)，有些游戲有腳踏板，可以使使用者站在上面以模擬諸如滑板、滑水、滑雪、沖浪等游戲。這些手持游戲機(jī)、控制器、腳踏板等的運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，以控制顯示裝置顯示出能反映這些運(yùn)動(dòng)的圖象。例如，如果游戲機(jī)程序?qū)⒁曨l游戲設(shè)置成飛機(jī)模擬器，手持控制器的作用就象飛機(jī)上的控制棒。這樣，當(dāng)游戲者回拉控制器時(shí)，顯示屏上將顯示飛機(jī)爬升的圖象，爬升的角度與實(shí)際中當(dāng)控制棒被回拉時(shí)飛機(jī)所實(shí)際爬升的角度相對(duì)應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器被推向左側(cè)或右側(cè)時(shí)，圖象則顯示出模擬相應(yīng)的飛機(jī)左、右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就象實(shí)際中飛機(jī)控制棒相應(yīng)運(yùn)動(dòng)時(shí)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)一樣。
現(xiàn)有技術(shù)中有各種各樣的擺、轉(zhuǎn)角探測(cè)器。例如，有些探測(cè)器使用回轉(zhuǎn)儀、壓電回轉(zhuǎn)儀等探測(cè)器安裝于設(shè)備上，以監(jiān)測(cè)設(shè)備的擺、旋角。回轉(zhuǎn)探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的擺、旋角信號(hào)。雖然回轉(zhuǎn)儀、壓電回轉(zhuǎn)儀等探測(cè)器通常是很準(zhǔn)確的，但它們卻很復(fù)雜，從而也比較昂貴。但是，在游戲機(jī)行業(yè)，保持視頻游戲產(chǎn)品具有有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格是必須的。因此，將昂貴的回轉(zhuǎn)儀、壓電回轉(zhuǎn)儀用于游戲裝置是不實(shí)用的。也有另外一些裝置可用于擺、旋角探測(cè)，例如在4732353號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)飛輪系統(tǒng)，在4330294號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中所公開(kāi)的飛輪系統(tǒng)等。但是，這些系統(tǒng)仍然昂貴、復(fù)雜，從而不適于用在視頻游戲機(jī)中。
現(xiàn)有技術(shù)中也有使用編碼輪監(jiān)測(cè)飛機(jī)傾斜角的，如在4922620號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中所公開(kāi)的裝置就是如此。在該專(zhuān)利中，所述編碼輪有配重，具有一些開(kāi)孔和不透光部分，并可繞軸旋轉(zhuǎn)。多個(gè)發(fā)光裝置和光探測(cè)器安裝于一個(gè)支架上，位于編碼輪半徑方向上相對(duì)的兩側(cè)。當(dāng)一個(gè)不透明部分位于發(fā)光體和光探測(cè)器之間時(shí)，不透光部分將光線擋住，從而探測(cè)器探測(cè)不到光線。相反，當(dāng)一個(gè)透光部分位于發(fā)光體和光探測(cè)器之間時(shí)，探測(cè)器就會(huì)探測(cè)到光。光探測(cè)器將是否探測(cè)到光的信號(hào)提供給諸如微處理器的裝置中。微處理器將所有光探測(cè)器發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析，確定出裝置的傾斜角。雖然該專(zhuān)利所述編碼輪能夠監(jiān)測(cè)傾斜的角度和方向，但是，為了完成這些功能，編碼輪需要有復(fù)雜的透光-不透光部位排列方式，且需要多個(gè)復(fù)雜的光探測(cè)器，用于探測(cè)這些復(fù)雜的透光與不透光部位。這些復(fù)雜的排列方式使得編碼輪的制造成本很高，連同復(fù)雜的光探測(cè)器設(shè)置，使得整個(gè)裝置的成本提高，從而使它不適合用于諸如低成本游戲機(jī)等系統(tǒng)中。
因此，對(duì)能探測(cè)方位角大小和方向的低價(jià)、簡(jiǎn)單裝置的需求一直是未能成功解決的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問(wèn)題，提供一種探測(cè)物體相對(duì)于參考方位的擺、旋角方向和大小的裝置和方法。本發(fā)明的另一目的是提出一種利用帶配重的可繞其各自軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的編碼輪監(jiān)測(cè)編碼輪所在物體的擺、旋角的裝置和方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的方案是一種探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，可探測(cè)物體相對(duì)于至少一個(gè)參考平面的方位角運(yùn)動(dòng)，其特征是，它包括一個(gè)參照器件，它包括至少一個(gè)第一部位，置于所述參照器件上，它大致是不透光的；至少一個(gè)第二部位，置于所述參照器件上，它大致是透光的；一個(gè)推動(dòng)器件，它將所述參照器件推向一個(gè)靜止位；一個(gè)探測(cè)裝置，可相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)，它包括第一探測(cè)器，它位于探測(cè)裝置的第一位置；當(dāng)探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它探測(cè)上述第一或第二部位的存在，并輸出第一信號(hào)，所述第一信號(hào)在第一探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第一狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第二狀態(tài)；第二探測(cè)器，它位于探測(cè)裝置的第二位置，所述第二位置在探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上距第一位置有一定距離；當(dāng)探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它探測(cè)上述第一或第二部位的存在，并輸出第二信號(hào)，所述第二信號(hào)在第二探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第三狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第四狀態(tài)；一個(gè)位置、方向判定裝置，它可通過(guò)考察第一信號(hào)在其第一和第二狀態(tài)之間的變化方向及與第二信號(hào)的狀態(tài)之間的關(guān)系，判斷出探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)于某參考位置的轉(zhuǎn)動(dòng)距離。
本發(fā)明的方案還包括一種探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，用于探測(cè)物體相對(duì)于至少一個(gè)參考平面的方位角運(yùn)動(dòng)，其特征是，它包括以下步驟回位給一個(gè)參照器件以向一個(gè)參考位置回位的推動(dòng)力；旋轉(zhuǎn)使第一、第二探測(cè)器相對(duì)于參照器件旋轉(zhuǎn)，所述第一、第二探測(cè)器在轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上相距一定距離，參照器件包括至少一個(gè)基本不透光的第一部位，至少一個(gè)基本透光的第二部位；監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)谝?、第二探測(cè)器相對(duì)于參照元件旋轉(zhuǎn)并探測(cè)所述參照元件上的第一或第二部位時(shí)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)；輸出第一信號(hào)使其在第一探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第一狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第二狀態(tài)；輸出第二信號(hào)使其在第二探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第三狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第四狀態(tài)；比較和判定當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)在其第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間變化時(shí)，比較其在兩種狀態(tài)之間的變化方向，并結(jié)合變化時(shí)第二信號(hào)的狀態(tài)，判定出第一、第二探測(cè)器相對(duì)于參照元件轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和距離。
在一個(gè)有代表性的具體的實(shí)施例中，本裝置可包括一對(duì)編碼輪的裝置，所述編碼輪可繞其各自軸旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)軸相交，最好是正交。每個(gè)編碼輪上有多個(gè)突出部分或不透光部分分布在圓周上，這些突出部分或不透光部分被開(kāi)口部分或透光部分依次隔開(kāi)。每個(gè)編碼輪上有一個(gè)偏心配重安裝于其上，從而使其可以在裝置擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)能保持其在靜止時(shí)的初始位。一個(gè)發(fā)光裝置和一個(gè)光探測(cè)裝置分別位于每個(gè)編碼輪的相對(duì)兩側(cè)特別地，發(fā)光裝置和光探測(cè)裝置安裝于一個(gè)固定裝置上，該固定裝置相對(duì)于本裝置而言是固定不動(dòng)的，但相對(duì)于編碼輪卻是可旋轉(zhuǎn)的。每個(gè)光探測(cè)裝置包括有多個(gè)光探測(cè)器，在其各自的編碼輪上沿圓周方向上隔一定的距離排放，從而使同一光探測(cè)裝置中各探測(cè)器的輸出信號(hào)之間相位是正交的。當(dāng)裝置擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定裝置及發(fā)光裝置和光探測(cè)裝置就會(huì)相對(duì)于它們各自的編碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在固定裝置相對(duì)于各自的編碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)到發(fā)光裝置所發(fā)光線剛好能透過(guò)時(shí)，光探測(cè)裝置探測(cè)到光線，反之探測(cè)不到；光探測(cè)器產(chǎn)生代表光線是否被探測(cè)到的信號(hào)輸入給微控制器。這些信號(hào)就代表在光探測(cè)裝置相對(duì)于其各自編碼輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所經(jīng)過(guò)的不透光部分(突出部分)和透光部分(開(kāi)口部分)的數(shù)量?；谶@些信號(hào)，微控制器就可以計(jì)算出固定裝置相對(duì)于其初始位置所轉(zhuǎn)過(guò)的角度的方向和增量值。這樣，本裝置就可以判斷出裝有所述編碼輪的物體，比如視頻游戲裝置中的控制器等的擺、旋角。舉例來(lái)說(shuō)，本裝置可裝于一個(gè)手持游戲控制器或手持游戲機(jī)上，以模擬諸如雙目鏡、槍械、飛機(jī)控制棒、方向盤(pán)、摩托車(chē)手柄、雪撬、山地車(chē)等等。
有益效果由于采用了以上的方案，編碼輪上的透光、不透光部分只需交替排列于編碼輪上，不需要復(fù)雜的安排，因此編碼輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，從而成本也低。而用于探測(cè)透光、不透光部分的發(fā)光裝置及光探測(cè)裝置只需分別位于編碼輪的兩側(cè)，也不需復(fù)雜的設(shè)計(jì)，這更進(jìn)一步降低了成本。
圖1A、1B是相對(duì)于參考軸或參考平面X的擺角的舉例示意圖。
圖2A、2B是相對(duì)于參考軸或參考平面Z的旋角的舉例示意圖。
圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中帶有軟件計(jì)數(shù)器的方位角探測(cè)裝置方框示意圖。
圖4是圖3裝置中的配重編碼輪前視圖。
圖5是圖4中配重編碼輪在V-V方向的側(cè)視圖。
圖6是圖4中配重編碼輪在VI-VI方向的側(cè)視圖。
圖7是可用于圖3裝置具有5°分辨率的圓形配重編碼輪示意圖。
圖8是可用于圖3裝置具有10°分辨率的圓形配重編碼輪示意圖。
圖9是可用于圖3裝置具有20°分辨率的圓形配重編碼輪示意圖。
圖10是可用于圖3裝置具有5°分辨率的半圓形配重編碼輪示意圖。
圖11是可用于圖3裝置具有10°分辨率的半圓形配重編碼輪示意圖。
圖12是可用于圖3裝置具有20°分辨率的半圓形配重編碼輪示意圖。
圖13是可用于圖3裝置具有5°分辨率的1／4圓形配重編碼輪示意圖。
圖14是可用于圖3裝置具有10°分辨率的1／4圓形配重編碼輪示意圖。
圖15是可用于圖3裝置具有20°分辨率的1／4圓形配重編碼輪示意圖。
圖16是圖3中裝置的發(fā)光裝置、探測(cè)裝置、微控制器部分電路原理示意圖。
圖17是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中帶有軟件計(jì)數(shù)器的方位角探測(cè)裝置方框示意圖。
圖18是圖17裝置中的配重編碼輪裝置的前視圖，它有兩個(gè)正交的編碼輪。
圖19是圖18中配重編碼輪裝置在XIX-XIX方向的側(cè)視圖。
圖20是圖18中配重編碼輪裝置在XX-XX方向的側(cè)視圖。
圖21A是另一例用于圖17裝置中的配重編碼輪裝置的前視圖，它有兩個(gè)正交的、裝于半萬(wàn)向架上的編碼輪。
圖21B是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中安裝擺角或旋角編碼輪的另一方式的前視圖。
圖21C是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中將圖21B中所示安裝方式用于旋角編碼輪的示意圖。
圖22是圖17中裝置的發(fā)光裝置、探測(cè)裝置、微控制器部分電路原理示意圖。
圖23是圖17所示裝置中微控制器中所用的程序的流程圖示例中“微控制器初始化”到“讀取擺、旋角探測(cè)器”之間的步驟。
圖24是圖17所示裝置中微控制器中所用的程序的流程圖示例中“微控制器監(jiān)測(cè)旋角”的步驟。
圖25是擺角或旋角編碼輪的側(cè)視圖，示出當(dāng)兩個(gè)探測(cè)器都能探測(cè)到編碼輪上的發(fā)光裝置所發(fā)出的光時(shí)的情形。
圖26是擺角或旋角編碼輪的側(cè)視圖，示出當(dāng)CLK信號(hào)探測(cè)器能探測(cè)到編碼輪上的發(fā)光裝置所發(fā)出的光，而DAT信號(hào)探測(cè)器探測(cè)不到編碼輪上所發(fā)出的光時(shí)的情形。
圖27是擺角或旋角編碼輪的側(cè)視圖，示出當(dāng)兩個(gè)探測(cè)器都不能探測(cè)到編碼輪上的發(fā)光裝置所發(fā)出的光時(shí)的情形。
圖28是擺角或旋角編碼輪的側(cè)視圖，示出當(dāng)DAT信號(hào)探測(cè)器能探測(cè)到編碼輪上的發(fā)光裝置所發(fā)出的光，而CLK信號(hào)探測(cè)器探測(cè)不到編碼輪上所發(fā)出的光時(shí)的情形。
圖29是圖17所示裝置中旋角探測(cè)器在發(fā)射-接收裝置相對(duì)于編碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其輸出的RCLK信號(hào)和RDAT信號(hào)之間的關(guān)系示意圖。
圖30是圖17所示裝置中微控制器中所用的程序的流程圖示例中“微控制器監(jiān)測(cè)擺角”的步驟。
圖31是圖17所示裝置中擺角探測(cè)器在發(fā)射-接收裝置相對(duì)于編碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其輸出的PCLK信號(hào)和PDAT信號(hào)之間的關(guān)系示意圖。
圖32是圖17所示裝置中微控制器中所用的程序的流程圖示例中“微控制器根據(jù)探測(cè)器的信號(hào)處理擺角和旋角”的步驟。
圖33是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中帶有硬件計(jì)數(shù)器的方位角探測(cè)裝置方框示意圖。
圖34是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中帶有硬件計(jì)數(shù)器的方位角探測(cè)裝置方框示意圖。
圖35是圖34中裝置的發(fā)光裝置、探測(cè)裝置、微控制器部分電路原理示意圖。
圖36是是圖34所示裝置中微控制器中所用的程序的流程圖示例中“微控制器初始化”到“讀取ASIC中擺、旋角計(jì)數(shù)器”之間的步驟。
下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
見(jiàn)圖3，所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的方位角探測(cè)裝置100的方框示意圖。該裝置包括一個(gè)配重編碼輪裝置102，一個(gè)發(fā)射-接收裝置104(接收裝置中有兩個(gè)“正交”的探測(cè)器，故可稱(chēng)為正交探測(cè)器)，微控制器106(也稱(chēng)微處理器)，顯示裝置108。所述顯示裝置108受微控制器106控制，產(chǎn)生代表探測(cè)裝置100的擺、旋角的顯示圖象，擺、旋角是通過(guò)發(fā)射-接收裝置104相對(duì)于編碼輪裝置102的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中配重編碼輪裝置102和發(fā)射-接收裝置104統(tǒng)稱(chēng)為編碼系統(tǒng)105，圖4、5、6示出了編碼系統(tǒng)105的詳細(xì)情況。
配重編碼輪裝置102包括一個(gè)編碼輪110，它通過(guò)軸114可旋轉(zhuǎn)地連接于固定件112，其中軸114可以是鉚、銷(xiāo)、釘或其他任何合適的可讓編輪繞其自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。固定件112直接或間接地固定于裝置100的外殼(圖中未示出)上，從而使固定件112與裝置100保持固定空間關(guān)系而相對(duì)于編碼輪110則可以繞軸114旋轉(zhuǎn)。編碼輪110可以采用任何適合于本探測(cè)裝置100的尺寸，例如，它的直徑可以是幾毫米、幾厘米、幾英寸、幾英尺等。編碼輪110及其各種變型1110、2110、3110(見(jiàn)圖7-15)可用合成塑料、紙、薄膜、金屬等不透光或基本不透光的材料制成。
編碼輪110上有一個(gè)配重116，在本例中所述配重116是一個(gè)半圓形物。配重116可以是任何形狀和任何合適尺寸，只要能保證編碼輪110維持在一個(gè)靜態(tài)位置(其他部位旋轉(zhuǎn)時(shí))。例如，如圖7、8、9所示，編碼輪可以配一個(gè)圓形或近似圓形的配重，如編碼輪變型1110中的配重1116，編碼輪變型2110中的配重2116，編碼輪變型3110中的配重3116。實(shí)用中，配重116、1116、2116、3116的重量大小可以是從幾毫克到幾克或幾盎司，取決于編碼輪110及其各種變型的摩擦損耗、尺寸和材料構(gòu)成。
如圖4-6所示，編碼輪110上還有一系列的齒118，這些齒118分布于圓周上，被透明間隙120等間隔或大致等間隔地分開(kāi)。齒118和透明間隙120的尺寸決定了編碼輪110的角度分辨率，可根據(jù)需要而定，下面對(duì)此將進(jìn)一步詳述。如下面所述，在編碼輪110和其所有變型中，其透明間隙并非一定是一個(gè)開(kāi)口，它可以是編碼輪上透光或基本透光材料構(gòu)成的組成部分。同樣，齒118和間隙120也可用印刷薄膜貼在編碼輪110上而形成(薄膜上不透光部分就形成所謂的“齒”，透光部分就形成所謂的“間隙”)。
另外，齒118和間隙120可以是任何合適的形狀，也不一定分布于編碼輪110的圓周上。相反，間隙120可以是編碼輪110上距中心任何半徑處大致均勻分布的開(kāi)孔。在這種情況下，所謂“間隙”120就是這些分布于距編碼輪110中心等半徑或大致等半徑的地方的開(kāi)口，而所謂“齒”就是位于相鄰間隙120之間、距編碼輪110中心半徑與間隙120相同或大致相同的部分。同時(shí)，編碼輪110不必是規(guī)則的圓形，也可以是六角形、八角形或其他任何合適形狀。
圖4-6中所示出的編碼輪110有36個(gè)齒118，它們被間隙120均勻或大致均勻地分開(kāi)，每個(gè)齒118在圓周上占據(jù)5°或大致為5°的角度，同樣，每個(gè)間隙120也占據(jù)5°或大致為5°的角度。這樣，在使用時(shí)，編碼輪裝置可提供5°的角度分辨率，下面對(duì)此還有進(jìn)一步說(shuō)明。
圖7中所示的編碼輪1110也同樣有36個(gè)齒1118，它們被間隙1120均勻或大致均勻地分開(kāi)，每個(gè)齒1118在圓周上占據(jù)5°或大致為5°的角度，每個(gè)間隙1120也占據(jù)5°或大致為5°的角度。但齒118(1118)和間隙120(1120)的大小和尺寸也可以增加或減小，以增加或減小編碼輪110(1110)的分辨率。
例如，如圖8所示，編碼輪2110包括18個(gè)齒2118，它們被間隙2120均勻或大致均勻地分開(kāi)，每個(gè)齒2118在圓周上占據(jù)10°或大致為10°的角度，每個(gè)間隙2120也占據(jù)10°或大致為10°的角度。這樣，如果配重編碼輪裝置102使用了這樣的編碼輪2110，在使用時(shí)，編碼輪裝置可提供10°的角度分辨率，如下文所述。
又如圖9所示，編碼輪3110包括9個(gè)齒3118，它們被間隙3120均勻或大致均勻地分開(kāi)，每個(gè)齒3118在圓周上占據(jù)20°或大致為20°的角度，每個(gè)間隙3120也占據(jù)20°或大致為20°的角度。這樣，如果配重編碼輪裝置102使用了這樣的編碼輪3110，在使用時(shí)，編碼輪裝置可提供20°的角度分辨率，如下文所述。
如圖10-15所示，編碼輪可以是半圓形輪子1110-1、2110-1、3110-1，或四分之一圓形輪子1110-2、2110-2、3110-2，其上有齒和間隙，分布方式同上。
回到圖4-6，發(fā)射接收裝置104包括一個(gè)雙態(tài)光探測(cè)裝置122，一個(gè)光發(fā)射器124和一個(gè)印刷電路板(PCB)126。從圖中可以看出，光探測(cè)裝置122有光探測(cè)器122-1、122-2，它們和光發(fā)射器124一起，裝于印刷電路板126上，但它們和發(fā)射器124分別處于編碼輪110的相對(duì)的兩側(cè)。印刷電路板126直接或間接地固定于固定件112(圖中雖沒(méi)有清楚地示出，但實(shí)際是這樣)，從而使印刷電路板126連同發(fā)射接收裝置104與固定件112保持固定的空間、位置關(guān)系(二者沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng))。
如上所述，編碼輪110及圖7-15中所示出的各種編碼輪的變形可以用對(duì)光發(fā)射器124所發(fā)出的光不透明或基本不透明的材料，如合成塑料、紙、薄膜、金屬等諸如此類(lèi)的材料制成。這樣，從光發(fā)射器124所發(fā)出的射向編碼輪110的光線在光探測(cè)裝置122和光發(fā)射器124相對(duì)于編碼輪110轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要么是透過(guò)間隙120而被光探測(cè)裝置122所探測(cè)，要么是被齒118所擋而不被探測(cè)到。光探測(cè)裝置122和光發(fā)射器124可以在圓周上的任何位置，或者，如果編碼輪是如圖10-15所示的半圓或四分之一圓形，則光探測(cè)裝置122和光發(fā)射器124可以位于任何合適位置，只要保證在發(fā)射-接收裝置104相對(duì)于編碼輪110繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒118和間隙120在光發(fā)射器124和光探測(cè)裝置122之間經(jīng)過(guò)即可。
圖16是圖3中所示方位角探測(cè)裝置100中發(fā)射-接收裝置104、微控制器106部分電路原理示意圖。其中微控制器106可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何型號(hào)的微控制器或微處理器，例如運(yùn)行于6．0MHz的微型芯片PIC16C58A。實(shí)際中微處理器應(yīng)運(yùn)行于至少32KHz。圖中可見(jiàn)，微控制器106的端口4和14接于電源Vcc，端口3和5接地。端口14還通過(guò)旁路電容C1接地，該電容可以取任何可用的值，比如本例中其值是0．01μF。本例中，一個(gè)晶振130接于端口15、16之間，作為微控制器106的時(shí)鐘。如上所述，微控制器106可運(yùn)行于任何合適的頻率，這取決于擺角和旋角變化的速度。
端口1和2分別通過(guò)限流電阻R3和R4(例如為200Ω)接到光發(fā)射器124的陰極，而光發(fā)射器124的陽(yáng)極則接于電源上。光發(fā)射器124可以是任何一種發(fā)光器件，如夏普公司生產(chǎn)的型號(hào)為GL480紅外發(fā)光二極管，或類(lèi)似器件。
雙態(tài)光探測(cè)裝置122包括光探測(cè)器122-1和光探測(cè)器122-2，它可以是晶體管型集成光探測(cè)器，集成于一個(gè)包裝內(nèi)，如夏普公司所提供的型號(hào)為PT4120J的器件。每個(gè)探測(cè)器122-1、122-2有一個(gè)基極，做為探測(cè)由光發(fā)射器124所發(fā)出的光線的光學(xué)探測(cè)器(PD)。每個(gè)探測(cè)器122-1、122-2的集電極連接于電源上，光探測(cè)器122-1的發(fā)射極連接于微控制器106的輸出端口6，光探測(cè)器122-2的發(fā)射極連接于微控制器106的輸出端口7。光探測(cè)器122-1和122-2的發(fā)射極還通過(guò)角載電阻R5和R6(例如為1KΩ)接地。
微控制器106控制光發(fā)射器124輸出脈沖紅外光，這些光在發(fā)射-接收裝置104相對(duì)于編碼輪110旋轉(zhuǎn)時(shí)就被光探測(cè)器122-1和122-2所探測(cè)到。光探測(cè)器122-1和122-2放置于在編碼輪110圓周方向或大致圓周方向上相距一定距離的地方，以使二者相互“正交”，從而它們輸出的信號(hào)CLK和DAT相位相差90°。
分別由光探測(cè)器122-1和122-2所輸出的信號(hào)信號(hào)CLK和DAT被送往微控制器106進(jìn)行處理。微控制器106可以從端口8-13中的任何一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)，送往顯示裝置108(圖3中有示)。顯示裝置108就可以根據(jù)微控制器所輸出的信號(hào)顯示出圖象，以顯示所探測(cè)到的擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
從圖16可進(jìn)一步看出，本探測(cè)裝置還包括一個(gè)范圍控制選擇裝置132，對(duì)該裝置進(jìn)行設(shè)置可以控制擺、旋角在顯示裝置108上顯示的范圍。所述范圍控制選擇裝置132包括一個(gè)限位開(kāi)關(guān)單元134，其上有限位開(kāi)關(guān)136和138。限位開(kāi)關(guān)136和138分別連接于端口17和18，而它們的另一端則接地。端口17和18還分別通過(guò)上拉電阻R1和R2(例如為10KΩ)接于電源。
這樣，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)136關(guān)閉時(shí)，端口17接地，從而使一個(gè)“低電平”信號(hào)接至端口17。同樣，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)138關(guān)閉時(shí)，端口18接地，從而使一個(gè)“低電平”信號(hào)接至端口18。反之，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)136打開(kāi)時(shí)，一個(gè)大致等于電源電壓的電平信號(hào)接到端口17上，同樣，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)138打開(kāi)時(shí)，一個(gè)大致等于電源電壓Vcc的電平信號(hào)接到端口18上。
這樣，限位開(kāi)關(guān)136和138向端口17送來(lái)下述幾種情況的信號(hào)組合組合1端口17=low，端口18=low組合2端口17=low，端口18=high組合3端口17=high，端口18=low組合4端口17=high，端口18=high這些信號(hào)組合就可以被微控制器106用來(lái)對(duì)顯示器108的顯示范圍進(jìn)行設(shè)定，特別是在顯示器108的顯示范圍有限時(shí)較為有用。例如，微控制器106可以這樣設(shè)置當(dāng)限位開(kāi)關(guān)136和138設(shè)置成組合1時(shí)，使顯示的角度范圍為±35°，分辨率為5°。這樣，如果擺、旋角為20°時(shí)，顯示器108就顯示4個(gè)單位，每個(gè)單位5°。相應(yīng)地，在組合2、3、4情況下，微控制器106也可以控制顯示裝置的顯示范圍，使其顯示值是實(shí)際角度值的一定比例。
舉例來(lái)說(shuō)，微控制器可以設(shè)置成當(dāng)限位開(kāi)關(guān)136和138為組合2時(shí)，顯示器的顯示范圍為±70°，分辨率為10°。這樣，如果擺、旋角為70°時(shí)，顯示器108就顯示7個(gè)單位，每個(gè)單位10°。
類(lèi)似地，在組合3和組合4情況下，顯示器108的顯示單位分別可以被微控制器106控制成編碼輪裝置102的分辨率(5°)的4倍或8倍。這樣，在組合3情況下，如果實(shí)際擺角或旋角為80°時(shí)，顯示裝置就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)4單位顯示，每單位20°；而在組合4情況下，則產(chǎn)生一個(gè)2單位的顯示，每單位40°。從而，組合4的顯示范圍為從-280°到280°。
我們注意到，在使用圖3所示的方位角探測(cè)裝置的大多數(shù)設(shè)備中，如在手持游戲機(jī)或游戲機(jī)手持控制器中，需要同時(shí)監(jiān)測(cè)擺角和旋角。圖3-6所示的擺角或旋角探測(cè)裝置100可以用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的擺角或旋角，但要同時(shí)監(jiān)測(cè)擺角和旋角，還需要增加一個(gè)配重編碼輪裝置102和相應(yīng)的正交探測(cè)裝置104。
圖17是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的二維方位角探測(cè)裝置200方框示意圖。所述裝置200包括2個(gè)配重編碼輪裝置102P、102R，和2個(gè)相應(yīng)的發(fā)射-接收裝置104P、104R。它們與配重編碼輪裝置102和發(fā)射-接收裝置104相似，它們被微控制器106-1所控制，控制方式下面將述。如同在裝置100中一樣，二維方位角探測(cè)裝置200還包括一個(gè)可選的顯示裝置108，它可以從微控制器106-1中接收信號(hào)并顯示出關(guān)于擺角和旋角信息的圖象。
所述配重編碼輪裝置102P和102R統(tǒng)稱(chēng)為編碼系統(tǒng)205，在圖18-20中對(duì)其有進(jìn)一步的示意。配重編碼輪裝置102P、102R分別包括一個(gè)編碼輪110P、110R，輪上分別有配重116P、116R，編碼輪110P、110R分別通過(guò)軸114P、114R可旋轉(zhuǎn)地連接于固定件1112。軸114P和114R相互垂直或基本垂直，從而，軸114P就垂直或大致垂直于X軸而平行或大致平行于Z軸，而軸114R則平等或大致平等于X軸而垂直或大致垂直于Z軸。這樣，編碼輪110P、110R就是正交安放，從而編碼輪110P就可用于監(jiān)測(cè)二維方位角探測(cè)裝置200相對(duì)于X軸的擺角，而編碼輪110R就用于監(jiān)測(cè)二維方位角探測(cè)裝置200相對(duì)于Z軸的旋角。
固定件1112直接或間接的固定于裝置200的外殼(圖中未示出)中，從而使固定件1112與裝置200保持固定空間關(guān)系而相對(duì)于編碼輪110P、110R則分別可以繞軸114P、114R旋轉(zhuǎn)。
編碼器裝置102P、102R分別包括一個(gè)圓形的編碼輪110P、110R，其在大小和構(gòu)成上與編碼輪110相同。但編碼輪裝置102P、102R也可以是半圓或四分之一圓形，如圖1-15所示的上已討論過(guò)的各種合適形狀。
正如圖4-6所顯示的一樣，每個(gè)編碼輪都有一個(gè)發(fā)射-接收裝置104。即與編碼輪110P相應(yīng)的發(fā)射-接收裝置104P包括一個(gè)雙態(tài)光探測(cè)裝置122P和一個(gè)光發(fā)射器124P，與上文所述的探測(cè)裝置122和光發(fā)射器124的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式相似。光探測(cè)裝置122P和光發(fā)射器124P安裝于印刷電路板1126上，分別位于編碼輪110P的相對(duì)兩側(cè)。
類(lèi)似地，與編碼輪110R相應(yīng)的發(fā)射-接收裝置104R包括一個(gè)雙態(tài)光探測(cè)裝置122R和一個(gè)光發(fā)射器124R。光探測(cè)裝置122R和光發(fā)射器124R安裝于印刷電路板1126上，分別位于編碼輪110R的相對(duì)兩側(cè)。編碼輪110P和110R和它們的發(fā)射-接收裝置104P、104R統(tǒng)稱(chēng)為編碼系統(tǒng)205。正如印刷電路板126那樣，印刷電路板1126直接或間接地固定于固定件112，從而使印刷電路板1126連同發(fā)射接收裝置104P、104R與固定件1112保持固定的空間、位置關(guān)系，但可分別相對(duì)于其編碼輪110P和110R旋轉(zhuǎn)。
另外，雖然在上述安排中配重(如116P或116R)是安裝于編碼輪上(如110P或110R)，二維方位角探測(cè)裝置200還可以設(shè)置成另外的形式，例如，編碼輪可以相對(duì)固定于外殼(圖中未示出)上，同時(shí)發(fā)射-接收裝置104P、104R連接于配重元件以便在它們的編碼輪相對(duì)于它們轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能保持在各自的參考方位。其要點(diǎn)是，要保證在其他元件隨整個(gè)裝置進(jìn)行擺、旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)射-接收裝置和它們各自的編碼輪可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，而其中一個(gè)(發(fā)射-接收裝置或其編碼輪)能保持在參考方位處。
例如圖21A所示，兩個(gè)編碼輪可以設(shè)置在一個(gè)半萬(wàn)向架固定件(half-gimbal mounting)上，見(jiàn)圖中編碼輪210P和210R。與編碼輪110P和110R一樣，編碼輪210P和210R分別通過(guò)軸2114P和2114R軸接于固定件2112上。
編碼輪210P與萬(wàn)向架2140P相連或與其集成為一體，萬(wàn)向架2140P的長(zhǎng)度方向垂直或基本垂直于編碼輪210P半徑方向所在的平面。類(lèi)似在，編碼輪210R與萬(wàn)向架2140R相連或與其集成為一體，萬(wàn)向架2140R的長(zhǎng)度方向垂直或基本垂直于編碼輪210R半徑方向所在的平面。編碼輪210P和210R在大小和構(gòu)成上和前述編碼輪110相類(lèi)似。
光發(fā)射器124P和光探測(cè)裝置122P(圖21A中未清楚地示出)裝于印刷電路板2126P上，分別處于編碼輪110P的相對(duì)的兩側(cè)。同樣，光發(fā)射器124R和光探測(cè)裝置122R(圖21A中未清楚地示出)裝于印刷電路板2126R上，分別處于編碼輪110R的相對(duì)的兩側(cè)。印刷電路板2126P、2126R直接或間接地固定于固定件2112，從而使印刷電路板2126P、2126R連同發(fā)射器124P、124R和探測(cè)器122P、122R與固定件2112保持固定的空間、位置關(guān)系(二者沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng))，但相對(duì)于各自的編碼輪210P、210R則是可旋轉(zhuǎn)的。
編碼輪210P和萬(wàn)向架2140P可繞軸2114P旋轉(zhuǎn)，而編碼輪210R和萬(wàn)向架2140R可繞軸2114R旋轉(zhuǎn)。一個(gè)重物2142通過(guò)吊掛件2144懸吊于固定件2112上，吊掛件2144可以是尼龍繩、纜繩等，它通過(guò)萬(wàn)向架2140P、2140R上的開(kāi)槽孔2141P、2141R而懸吊下來(lái)。，因此，如果裝置200相對(duì)于X軸沿PUP或PDOWN方向擺動(dòng)，或繞Z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，重物2142因要保持其靜止位，就會(huì)推動(dòng)吊掛物2144，通過(guò)開(kāi)槽孔2141P、2141R而作用于萬(wàn)向架2140P、2140R，這樣就使得連于萬(wàn)向架上的編碼輪旋轉(zhuǎn)起來(lái)。
作為另一個(gè)替代方案，編碼輪110P、110R并不固定于固定件1112上，而是其中之一或兩個(gè)都固定于作為樞軸的固定件(pivotal mounting)上，使得編碼輪上的配重可保持一個(gè)最接近引力中心(如地心)的位置，而不論裝置200擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)了多少角度。例如圖21B即示出了一個(gè)裝于作為樞軸的固定件3112的編碼輪的前向視圖。
如圖，作為樞軸的固定件3112包括一個(gè)第一部分3112-1和一個(gè)第二部分3112-2，第二部分3112-2通過(guò)連接元件3113接于第一部分3112-1，連接元件可以是釘、金屬軸或其他任何能讓第一部分3112-1相對(duì)于3112-2轉(zhuǎn)動(dòng)的連接件。本設(shè)計(jì)中，第一部分3112-1直接或間接地安裝于裝置200的外殼(圖中未示出)上，從而使其與裝置200保持固定或大致固定的關(guān)系。而第二部分3112-2則通過(guò)連接件3113相對(duì)于第一部分3112-1旋轉(zhuǎn)，從而相對(duì)于裝置200的外殼旋轉(zhuǎn)。
編碼輪110R(或110P)通過(guò)軸3114R(或3114P)可旋轉(zhuǎn)地安裝于第二部分3112-2，其中軸3114R(或3114P)與前述軸114R或114P在結(jié)構(gòu)上相似。本例中，印刷電路板3126R(或3126P)直接或間接地安裝于第二部分3112-2，因而它與第二部分3112-2保持一個(gè)固定或基本固定的關(guān)系，從而當(dāng)?shù)谝徊糠?112-1和裝置200的外殼相對(duì)于第二部分3112-2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝于印刷電路板3126R(或3126P)上的的光發(fā)射器124R(或124P)和光探測(cè)裝置122R(或122P)(圖中未特別示出)也就保持不動(dòng)。另外，在如圖18-20所示實(shí)施例中，印刷電路板3126R(3126P)以及光探測(cè)器(未示出)和光發(fā)射器124R(124P)可繞軸3114R(3114P)相對(duì)于編碼輪3114R(3114P)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在本例中，第一部分3112-1可相對(duì)于第二部分3112-2轉(zhuǎn)動(dòng)。因而，如果編碼輪安裝在第二部分3112-2上(僅作為例子，它當(dāng)然也可以安裝于第一部分3112-1上)，并作為上述旋角編碼輪110R，則當(dāng)裝置200擺動(dòng)時(shí)，固定于裝置200上的第一部分3112-1就會(huì)相對(duì)于連接元件3113轉(zhuǎn)動(dòng)，從而相對(duì)于第二部分3112-2轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，如果裝置200相對(duì)于X軸擺動(dòng)180°，而使第一部分3112-1轉(zhuǎn)至圖21B中虛線所示位置時(shí)，第二部分3112-2將會(huì)使編碼輪110R保持一個(gè)相對(duì)于地的固定位置。
舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)安裝于作為樞軸的固定件3112上的編碼輪被當(dāng)作旋角編碼輪110R來(lái)使用時(shí)(如圖21C)，如果裝置200相對(duì)X軸擺動(dòng)，第一部分3112-1就會(huì)相對(duì)于連接元件3113轉(zhuǎn)動(dòng)，連接元件3113的軸平行或基本平等于Z軸。注意到，本例中的擺角編碼輪110P可旋轉(zhuǎn)地安裝于一個(gè)類(lèi)似固定件1112-1的固定件上，該固定件與圖18-20中所示出的固定件1112相似，也固定于裝置200的外殼(圖中未示出)上。而擺角編碼輪上的光探測(cè)裝置122P和光發(fā)射器124P安裝于印刷電路板1126-1上，并與固定件1112-1保持一個(gè)固定或基本固定的關(guān)系，而可以相對(duì)于擺角編碼輪110P旋轉(zhuǎn)。
因此，如果裝置200相對(duì)于X軸(本例中對(duì)應(yīng)水平線)擺動(dòng)一角度PUP或PDOWN(見(jiàn)圖18)，則配重116R會(huì)使第二部分3112-2相對(duì)于地保持靜止，從而使擺角編碼輪110P保持在相對(duì)固定的參考方位，而不受裝置200擺動(dòng)的影響。這樣，在本例中，旋角編碼輪110R和相應(yīng)探測(cè)器(未示出)及光發(fā)射器124R就可始終用來(lái)監(jiān)測(cè)裝置200繞X軸相對(duì)于Z軸的旋轉(zhuǎn)角，而與裝置200相對(duì)于X軸的擺角無(wú)關(guān)。相反，在圖18-20所示裝置中，如果裝置在PUP或PDOWN方向上有擺動(dòng)，裝置200的旋角就通過(guò)編碼輪110R和相應(yīng)探沿器122R、光發(fā)射器124R來(lái)監(jiān)測(cè)，旋角的軸是繞X軸沿?cái)[角擺動(dòng)的。也就是說(shuō)，旋角是關(guān)于軸114R方向而旋轉(zhuǎn)，而軸114R又相對(duì)于X軸擺動(dòng)一個(gè)角度(當(dāng)裝置200擺動(dòng)時(shí))。
如上所述，象圖21B這種利用作為樞軸的固定件的方案，其固定件可以作為旋角編碼輪110R的固定件，或作為擺角編碼輪110P的固定件，也可以兩者都用。如果作為樞軸的固定件3112被用做擺角編碼輪110P的固定件，而旋角編碼輪110R卻固定于一個(gè)不動(dòng)的固定件，則作為樞軸的固定件就會(huì)使擺角編碼輪110P保持在一個(gè)相對(duì)于地的固定位置，而不論裝置200旋角為多少。如果作為樞軸的固定件3112被用做擺角編碼輪110P的固定件，同時(shí)也用作旋角編碼輪110R的固定件(且兩個(gè)編碼輪位于機(jī)械正交位置，如圖18-20所示)，作為樞軸的固定件3112就會(huì)使擺角編碼輪110P和旋角編碼輪110R同時(shí)各自位于相對(duì)于地的固定位置，而與擺角和旋角無(wú)關(guān)。
圖22是圖17-21C所示的裝置200中電路部分的原理示意圖。從圖可見(jiàn)，裝置200的電路中主要包括一個(gè)與圖16中所示的電路相似的電路，用于其中一個(gè)編碼輪(比如用于擺角編碼輪110P)，同時(shí)又包括一個(gè)與之類(lèi)似的另一路電路，用于另一個(gè)編碼輪。如上已述，裝置200包括光發(fā)射器124P和光探測(cè)裝置122P與擺角編碼輪110P相配，與圖16中的光發(fā)射器124和光探測(cè)裝置122相似。探測(cè)裝置122上的探測(cè)器122P-1、122P-2分別輸出信號(hào)PCLK和PDAT，送到微控制器106-1。
裝置200還包括另一路光發(fā)射器124R和光探測(cè)裝置122R，其結(jié)構(gòu)分別與124P和122P相似，它們與旋角編碼輪110R相配。分別從光探測(cè)裝置122R-1和122R-2(它們與旋角編碼輪110R相配)輸出的信號(hào)RCKL和RDAT送至微控制器106-1。
微控制器106-1對(duì)信號(hào)RCLK、RDAT和PCLK、PDAT進(jìn)行處理，并在其某端口(如10-13)上輸出信號(hào)，該信號(hào)表示出裝置200擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的角度。這些輸出信號(hào)可提供給一個(gè)顯示裝置108。顯示裝置的一個(gè)例子是兩組LED，一組表示擺角，一組表示旋角。可以用LED的中間顯示位置代表正常參考位置。顯示裝置108還可以是顯示屏、LCD顯示器等，只要能產(chǎn)生一個(gè)與監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的顯示即可。
圖17中所示的裝置200的操作過(guò)程可通過(guò)圖18-20及圖22-32進(jìn)行描述。圖23、24、30和32中所示的流程圖是針對(duì)圖17中的裝置200的，它們示出裝置中關(guān)于旋、擺角的有關(guān)處理步驟。不過(guò)，如圖3所示的包含單個(gè)編碼輪的裝置100的操作過(guò)程也將參照這些流程圖進(jìn)行描述。
如圖23所示流程圖所示，在步驟1000，當(dāng)裝置200處于靜止位且電源開(kāi)始啟動(dòng)(簡(jiǎn)稱(chēng)PWRUP)時(shí)，微控制器106-1在處理過(guò)程中所需用到的寄存器和標(biāo)志位將會(huì)被初始化到一個(gè)確定狀態(tài)，如步驟1010；在本例中，我們假設(shè)編碼輪系統(tǒng)的參考方位是水平軸X和Z，即是說(shuō)，固定件1112相對(duì)于X軸的擺角為0，相對(duì)于Z軸的旋角為0。顯然，參考位也可以是其他任何方位，只要能保證在其量程之內(nèi)正常操作即可，當(dāng)然也要考慮其固有的結(jié)構(gòu)方面的限制。
在步驟1020微控制器106-1中的軟件計(jì)數(shù)器將會(huì)被初始化到編碼輪110R、110P的參考位的值。計(jì)數(shù)器ROLCTR與編碼輪110R相對(duì)應(yīng)，而PITCTR與110P相對(duì)應(yīng)。當(dāng)然，如果裝置是圖3中所示的100，則只有一個(gè)計(jì)數(shù)器PITCTR或ROLCTR，因?yàn)檠b置100中只有一個(gè)編碼輪。
然后，程序繼續(xù)運(yùn)行到1025步開(kāi)始讀旋、擺角探測(cè)器(下簡(jiǎn)稱(chēng)RPRD)。而在步驟1030，微控制器106-1就會(huì)讀經(jīng)、擺角探測(cè)器的計(jì)數(shù)PCLK、PDAT、RCLK、RDAT，它們分別是從探測(cè)器122-1、122P-2、122R-1、122R-2中輸出的。微處理器106-1分別用標(biāo)志PCLK、PDAT、RCLK和RDAT代表這些信號(hào)值，并根據(jù)這些標(biāo)志的值判斷固定件1112是否相對(duì)于編碼輪110R、110P有運(yùn)動(dòng)。
在步驟1030后，程序轉(zhuǎn)到1040步檢測(cè)旋角子程序(簡(jiǎn)稱(chēng)CKROL)，該子程序開(kāi)始于1050步。在這一子程序中，微控制器106-1判斷固定件1112是否相對(duì)于編碼輪110R有運(yùn)動(dòng)，從而說(shuō)明固定件1112是否相對(duì)于Z軸關(guān)于X軸旋轉(zhuǎn)。
而固定件1112相對(duì)于Z軸旋轉(zhuǎn)的角度的大小，是根據(jù)從探測(cè)器122R-1和122R-2所輸出的信號(hào)RCLK和RDAT來(lái)確定的。固定件1112的旋轉(zhuǎn)從而也就是裝置200的旋轉(zhuǎn)。
例如，參見(jiàn)圖25-28，圖中示出了編碼輪110R(和110P)及其相應(yīng)的光發(fā)射器124R(和124P)、光探測(cè)器裝置122R(和122P)的側(cè)視圖。圖25示出了圖29中的情形A時(shí)的情況，此時(shí)一個(gè)開(kāi)口(或透明間隙，下同)120R處于光探測(cè)裝置122R和光發(fā)射器124R之間，兩個(gè)探測(cè)器122R-1和122R-2都能探測(cè)到光，其輸出的信號(hào)均為“高”(“1”)，因而標(biāo)志位RCLK和RDAT都為高(“1”)。如果固定件相對(duì)于編碼輪110R向RRIGHT方向(圖19中)轉(zhuǎn)動(dòng)，則光發(fā)射器124R和光探測(cè)裝置122R在編碼輪110R的圓周方向運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)齒118R就會(huì)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到介于光發(fā)射器124R和光探測(cè)裝置122R之間的位置。此時(shí)如圖26所示，在這種情況下齒118R就會(huì)擋住其中一個(gè)光探測(cè)裝置122R-2，使其探測(cè)不到光線。這時(shí)，光探測(cè)裝置122R-2輸出信號(hào)就會(huì)變成“低”(“0”)，如圖29中情形B所示。(此時(shí)狀態(tài)標(biāo)志位RDAT就會(huì)變成低(“0”))一旦固定件1112轉(zhuǎn)動(dòng)到齒118R將光線完全擋住，使探測(cè)器122R-1和122R-2都不能探測(cè)到光時(shí)(如圖27)，兩個(gè)探測(cè)器122R-1和122R-2都不能探測(cè)到光，其輸出的信號(hào)均為“低”(“0”)，因而標(biāo)志位RCLK和RDAT都為低(“0”)，如圖29中情形C。最后是如圖28所示，當(dāng)固定件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中一個(gè)開(kāi)口120R就會(huì)運(yùn)動(dòng)到介于光發(fā)射器124R和光探測(cè)裝置122R之間，從而使光探測(cè)裝置122R-2又重新可以探測(cè)到光線，其輸出又變成高(“1”)，而狀態(tài)標(biāo)志位RDAT也就成高(“1”)。
當(dāng)固定件1112繼續(xù)沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圖25-28所示的上述過(guò)程將下重復(fù)進(jìn)行。如果固定件1112開(kāi)始向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)(如圖19中的RLEFT方向)，圖25-28所示的情形將沿相反的方向進(jìn)行。
圖29示出了分別由與編碼輪110R相連的光探測(cè)裝置122R-1、122R-2發(fā)出的信號(hào)RCLK和RDAT之間的關(guān)系。由于光探測(cè)裝置122R-1和122R-2在每個(gè)編碼輪110R上位于圓弧方向相距一定距離、使其二者相互之間“電正交”的位置，所以分別由它們輸出的兩個(gè)信號(hào)之間相位差為90°或大致為90°。信號(hào)之間的位相差是由于探測(cè)器的位置差和編碼輪的圓弧而形成。
在CKROL子程序(圖24)的1060步，微控制器106-1判斷標(biāo)志位RCLK是否從一個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)變化。如果并非處于變化狀態(tài)，如圖29中情形B和E，則微控制器106-1判斷出固定件1112沒(méi)有相對(duì)于編碼輪110R轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)入下一步1065，轉(zhuǎn)到檢測(cè)擺角子程序(簡(jiǎn)稱(chēng)CKPIT)1130步。但是，如果探測(cè)到RCLK發(fā)生了變化，微控制器106-1就會(huì)進(jìn)入1070步，判斷信號(hào)是上升(從“0”到“1”)還是下降(從“1”到“0”)。
微控制器106-1進(jìn)而就判斷出發(fā)生了圖29中所示的A、C、D、F四種情形中的哪種情形，從而判斷出固定件1112相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。即如果標(biāo)志位RCLK是上升的，程序進(jìn)入1080步，檢測(cè)標(biāo)志位RDAT的狀態(tài)。如果RDAT是高電平“1”，即可知其是處于圖29中所示的情形A。從而也就是說(shuō)固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的RRIGHT方向)繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。
也就是說(shuō)，當(dāng)標(biāo)志位RCLK從低向高變化時(shí)而標(biāo)志位RDAT仍處于高電平，這表明一個(gè)透明間隙120R已處于光探測(cè)裝置122R-2和光發(fā)射器124R之間，但正要進(jìn)入光探測(cè)裝置122R-1和光發(fā)射器124R之間。如圖18、19和25-28，發(fā)出RDAT信號(hào)的光探測(cè)裝置122R-2位于發(fā)出RCLK信號(hào)的光探測(cè)裝置122R-1的上方，因而很明顯，如果固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的RRIGHT方向)繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度，一個(gè)透明間隙120R將先經(jīng)過(guò)光探測(cè)裝置122R-2和光發(fā)射器124R之間，而后經(jīng)過(guò)光探測(cè)裝置122R-1和光發(fā)射器124R之間。這樣，就如圖29所示的一樣，RDAT從“0”到“1”的變化比RCLK從“0”到“1”的過(guò)程先發(fā)生。
因此，在1090步，微控制器106將旋角計(jì)數(shù)ROLCTR增加1，以表明固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的RRIGHT方向)相對(duì)于參考方位轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度，而編碼輪110R保持靜止。例如，如果編碼輪的分辨率為5°，如圖4所示，計(jì)數(shù)增加1表明固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的RRIGHT方向)轉(zhuǎn)動(dòng)了5°。如上所討論的，因?yàn)楣潭?112是固定在裝置200的外殼上的，所以可以得出結(jié)論裝置200沿RRIGHT方向相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了。至此，微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1100進(jìn)行，轉(zhuǎn)到第1130步檢測(cè)擺角子程序(CKPIT)。
但如果在1080步中，如果微控制器106-1探測(cè)到RDAT為“0”，則判斷出是處于圖29中的情形D。這樣，微控制器106-1判斷出固定件1112沿反時(shí)針?lè)较?或圖19中的RLEFT方向)繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。即在情形D中，RCLK信號(hào)的變化領(lǐng)先于RDAT。
換句話說(shuō)，在情形D之前的一瞬間，信號(hào)RCLK和RDAT都為“0”，這表明齒118R將兩個(gè)光探測(cè)裝置122R-1、122R-2都擋住了，如圖27。但由于標(biāo)志位RCLK(代表光探測(cè)裝置122R-1的輸出信號(hào))在情形D時(shí)已開(kāi)始上升而標(biāo)志位RDAT保持低電平，這表明一個(gè)開(kāi)口120R開(kāi)始從光探測(cè)裝置122R-1和光發(fā)射器124R之間通過(guò)(如圖26)。從圖19中可見(jiàn)，發(fā)生這種情況的原因必定是由于固定件1112和光發(fā)射器124R、光探測(cè)裝置122R沿反時(shí)針?lè)较?RLEFT)相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
從而在1110步，微控制器106將旋角計(jì)數(shù)ROLCTR減小1，以表明固定件1112沿反時(shí)針?lè)较?或圖19中的RLEFT方向)相對(duì)于參考方位轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度，而編碼輪110R保持靜止。至此，微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1100進(jìn)行，轉(zhuǎn)到第1130步檢測(cè)擺角子程序(CKPIT)。
回到1070步，如果標(biāo)志位RCLK是下降的，如圖29中的情形C和F，程序進(jìn)入1120步，檢測(cè)標(biāo)志位RDAT的狀態(tài)。如果RDAT是低電平“0”，即可知其是處于圖29中所示的情形C。如前已討論過(guò)的道理，微控制器106-1就可判斷出固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的RRIGHT方向)繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。
因此，在1090步，微控制器106-1將旋角計(jì)數(shù)ROLCTR增加1，以表明固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的RRIGHT方向)相對(duì)于參考方位轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1100進(jìn)行。
相反，如果在1120步中，如果微控制器106-1探測(cè)到RDAT為“1”，則判斷出是處于圖29中的情形F。這樣，微控制器106-1判斷出固定件1112沿反時(shí)針?lè)较?或圖19中的RLEFT方向)繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。從而在1110步，微控制器106將旋角計(jì)數(shù)ROLCTR減小1。微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1100進(jìn)行。
在微控制器106-1增加或減小ROLCTR的計(jì)數(shù)后，或者在第1060步中如果判斷出標(biāo)志位RCLK并未改變，則微控制器106-1就進(jìn)行到1130步檢測(cè)擺角子程序CKPIT，其流程圖見(jiàn)圖30。在CKPIT中，微控制器106-1判斷固定件1112和裝置200是否相對(duì)于X軸(圖18-20)擺動(dòng)。當(dāng)然，程序也可以設(shè)置成先執(zhí)行CKPIT(檢測(cè)擺角)，然后執(zhí)行CKROL(檢測(cè)旋角)。
圖25-28同時(shí)也可表示編碼輪110P及其相應(yīng)的光發(fā)射器124P、光探測(cè)器裝置122P的側(cè)視圖。圖31中所示的情形A到F被微控制器106-1用來(lái)判斷固定件1112是否沿PUP、PDOWN方向相對(duì)于X軸擺動(dòng)(圖18)。
在1140步，微控制器106-1判斷標(biāo)志位PCLK是否從一個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)變化。如果并非處于變化狀態(tài)，如圖31中情形B和E，則微控制器106-1判斷出固定件1112沒(méi)有相對(duì)于編碼輪110P轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)入下一步1145，轉(zhuǎn)到設(shè)定參照方位角子程序(簡(jiǎn)稱(chēng)RELATT)1210步。但是，如果探測(cè)到PCLK發(fā)生了變化，微控制器106-1就會(huì)進(jìn)入1150步，判斷信號(hào)的上升(從“0”到“1”)還是下降(從“1”到“0”)。
微控制器106-1進(jìn)而就判斷出發(fā)生了圖29中所示的A、C、D、F四種情形中的哪種情形，從而判斷出固定件1112相對(duì)于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。即如果標(biāo)志位PCLK是上升的，程序進(jìn)入1160步，檢測(cè)標(biāo)志位PDAT的狀態(tài)。如果PDAT是高電平“1”，即可知其是處于圖31中所示的情形A。從而也就是說(shuō)固定件1112沿圖18中的PUP方向相對(duì)于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。
也就是說(shuō)，當(dāng)標(biāo)志位PCLK從低向高變化時(shí)而標(biāo)志位PDAT仍處于高電平，這表明一個(gè)透明間隙120P已處于光探測(cè)裝置122P-2和光發(fā)射器124P之間，但正要進(jìn)入光探測(cè)裝置122P-1和光發(fā)射器124P之間。如圖18、19和25-28，發(fā)出PDAT信號(hào)的光探測(cè)裝置122P-2位于發(fā)出PCLK信號(hào)的光探測(cè)裝置122P-1的上方，因而很明顯，如果固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的PRIGHT方向)繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度，一個(gè)透明間隙120P將先經(jīng)過(guò)光探測(cè)裝置122P-2和光發(fā)射器124P之間，而后經(jīng)過(guò)光探測(cè)裝置122P-1和光發(fā)射器124P之間。這樣，就如圖31所示的一樣，PDAT從“0”到“1”的變化比PCLK從“0”到“1”的過(guò)程先發(fā)生。
因此，在1170步，微控制器106將擺角計(jì)數(shù)PITCTR增加1，以表明固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的PUP方向)相對(duì)于參考方位轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度，而編碼輪110P保持靜止。例如，如果編碼輪的分辨率為5°，如圖4所示，計(jì)數(shù)增加1表明固定件1112沿順時(shí)針?lè)较?或圖19中的PUP方向)轉(zhuǎn)動(dòng)了5°。如上所討論的，因?yàn)楣潭?112是固定在裝置200的外殼上的，所以可以得出結(jié)論裝置200沿PUP方向相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了。至此，微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1180進(jìn)行，轉(zhuǎn)到第1210步設(shè)定參照方位角子程序(RELATT)。
但如果在1160步中，如果微控制器106-1探測(cè)到PDAT為“0”，則判斷出是處于圖31中的情形D。這樣，微控制器106-1判斷出固定件1112沿圖18中的PDOWN方向繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。即在情形D中，PCLK信號(hào)的變化領(lǐng)先于PDAT。
換句話說(shuō)，在情形D之前的一瞬間，信號(hào)PCLK和PDAT都為“0”，這表明齒118P將兩個(gè)光探測(cè)裝置122P-1、122P-2都擋住了，如圖27。但由于標(biāo)志位PCLK(代表光探測(cè)裝置122P-1的輸出信號(hào))在情形D時(shí)已開(kāi)始上升而標(biāo)志位PDAT保持低電平，這表明一個(gè)開(kāi)口120P開(kāi)始從光探測(cè)裝置122P-1和光發(fā)射器124P之間通過(guò)(如圖26)。從圖18中可見(jiàn)，發(fā)生這種情況的原因必定是由于固定件1112和光發(fā)射器124P、光探測(cè)裝置122P沿PDOWN方向相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
從而在1190步，微控制器106將擺角計(jì)數(shù)PITCTR減小1，以表明固定件1112沿PDOWN方向相對(duì)于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。至此，微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1180進(jìn)行，轉(zhuǎn)到第1210步設(shè)定參照方位角子程序(RELATT)。
回到1150步，如果標(biāo)志位PCLK是下降的，如圖29中的情形C和F，程序進(jìn)入1200步，檢測(cè)標(biāo)志位PDAT的狀態(tài)。如果PDAT是低電平“0”，即可知其是處于圖31中所示的情形C。如前已討論過(guò)的道理，微控制器106-1就可判斷出固定件1112沿圖18中PUP方向繞X軸相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。
因此，在1170步，微控制器106-1將旋角計(jì)數(shù)PITCTR增加1，以表明固定件1112沿圖18中的PUP方向相對(duì)于參考方位轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1180進(jìn)行。
相反，如果在1200步中，如果微控制器106-1探測(cè)到PDAT為“1”，則判斷出是處于圖31中的情形F。這樣，微控制器106-1判斷出固定件1112沿圖18中的PDWON方向相對(duì)于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。從而在1190步，微控制器106將旋角計(jì)數(shù)PITCTR減小1。微控制器106-1的程序繼續(xù)向下一步1180進(jìn)行。
在微控制器106-1增加或減小PITCTR的計(jì)數(shù)后，或者在第1140步中如果判斷出標(biāo)志位PCLK并未改變，則微控制器106-1就進(jìn)行到1210步設(shè)定參照方位角子程序RELATT，其流程圖見(jiàn)圖32(圖中虛線部分下文將述)。具體地說(shuō)，在1220步中，微控制器106-1將判斷ROLCTR的值是否改變，即固定件1112是否相對(duì)于編碼輪110R也即相對(duì)于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
如果計(jì)數(shù)值ROLCTR發(fā)生了變化，程序流向第1225步和1230步，在這兩步中，微控制器106-1對(duì)旋角計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理，并輸出一個(gè)代表固定件1112相對(duì)于參考方位旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。信號(hào)可以送到例如一個(gè)顯示裝置108中，以顯示一個(gè)符號(hào)、標(biāo)示等，以表明固定件1112，特別是裝置200已相對(duì)于Z軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)分辨率的角度。顯示裝置可以是任何型式的，如LED、LCD等，只要在裝置相對(duì)于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它能有所顯示即可。同時(shí)，旋角計(jì)數(shù)值也可以用做游戲函數(shù)的參數(shù)在游戲機(jī)內(nèi)使用。
如果方位角探測(cè)裝置是安裝于一個(gè)視頻游戲機(jī)的手持控制器上(如上所述)，假如探測(cè)到手持控制器沿RRIGHT方向(圖19)旋轉(zhuǎn)了5°，顯示屏上就顯示出一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，在1225步，微控制器106-1根據(jù)范圍控制選擇裝置132的不同組合，對(duì)旋角計(jì)數(shù)進(jìn)行按比例調(diào)整，從而使之按合適的比例進(jìn)行顯示。
經(jīng)過(guò)1225步和1230步之后，或者如果微控制器106-1在1220步中判斷ROLCTR的值沒(méi)有改變，程序轉(zhuǎn)入1240步，檢測(cè)擺角是否變化。顯然，下述1240、1245和1250步中所述的擺角檢測(cè)完全可以在旋角檢測(cè)的1220、1225和1230之前進(jìn)行。
如果計(jì)數(shù)值PITLCTR發(fā)生了變化，程序流向第1245步和1250步，在這兩步中，微控制器106-1對(duì)擺角計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理，并輸出一個(gè)代表固定件1112相對(duì)于參考方位擺動(dòng)的信號(hào)。信號(hào)可以送到例如一個(gè)顯示裝置108中，以顯示一個(gè)符號(hào)、標(biāo)示等，以表明固定件1112、特別是裝置200已相對(duì)于X軸擺轉(zhuǎn)一個(gè)分辨率的角度。顯示裝置可以是任何型式的，如LED、LCD等，只要在裝置相對(duì)于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它能有所顯示即可。同時(shí)，擺角計(jì)數(shù)值也可以用做游戲函數(shù)的參數(shù)在游戲機(jī)內(nèi)使用。如果方位角探測(cè)裝置是安裝于一個(gè)視頻游戲機(jī)的手持控制器上(如上所述)，假如探測(cè)到手持控制器沿RUP方向(圖18)擺轉(zhuǎn)了5°，顯示屏上就顯示出一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，在1245步，微控制器106-1根據(jù)范圍控制選擇裝置132的不同組合，對(duì)擺角計(jì)數(shù)進(jìn)行按比例調(diào)整，從而使之按合適的比例進(jìn)行顯示。
經(jīng)過(guò)1250步對(duì)擺角信號(hào)進(jìn)行處理之后，或者如果微控制器106-1在1240步中判斷PITCTR的值沒(méi)有改變，程序轉(zhuǎn)入1260步，重新回到1025步開(kāi)始讀旋、擺角探測(cè)器子程序RPRD。圖23-31所示的上述過(guò)程將重復(fù)進(jìn)行。但是，如果裝置是一個(gè)只包括一個(gè)方位角探測(cè)的探測(cè)裝置100(如圖3所示)，對(duì)“旋角變化”的檢測(cè)和對(duì)“擺角變化”的檢測(cè)只進(jìn)行其中一個(gè)，即要么執(zhí)行步驟1220、1225、1230，要么執(zhí)行步驟1240、1245、1250，因?yàn)樵谘b置100中只有一個(gè)編碼輪。除非裝置200(或100)被復(fù)位，否則旋、擺角計(jì)數(shù)PITCTR和ROLCTR將繼續(xù)保持其值，直到在步驟1090、1110、1170和1190中因裝置的擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)而變化。
我們注意到，微控制器106或106-1可以安裝一個(gè)“分辨率倍增軟件”，以將編碼輪的分辨率提高一倍而不改變編碼輪的物理形狀，也不改變探測(cè)器在位置分布關(guān)系(圖29、31)和信號(hào)的相位關(guān)系。如圖4-6所示，編碼輪110包括36個(gè)齒118，均勻或大致均勻地被透明間隙120所分開(kāi)，每個(gè)齒118和透明間隙120均占據(jù)5°或大致5°的角度。因此，本編碼輪提供5°的分辨率。如果將其用于裝置100中，“分辨率倍增軟件”將能使微控制器106以兩倍于編碼輪110的分辨率的分辨率探測(cè)和顯示，即分辨率為2．5°。同樣，如果5°的編碼輪用做裝置200中的擺角編碼輪110P和旋角編碼輪110R，則“分辨率倍增軟件”將能使微控制器106-1以2．5°的分辨率探測(cè)和顯示。
下面以“分辨率倍增軟件”用于裝置200來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)然它也可以用于裝置100，上已述。
如上所述，微控制器106-1根據(jù)RDAT在RCLK從低到高或從高到低變化時(shí)的狀態(tài)來(lái)決定ROLCTR的增、減，例如圖29中的情形A、C、D和F。同樣，微控制器106-1根據(jù)PDAT在PCLK從低到高或從高到低變化時(shí)的狀態(tài)來(lái)決定PITCTP的增、減，例如圖31中的情形A、C、D和F。下面以旋角的探測(cè)為例進(jìn)行說(shuō)明，顯然，擺角的情況是類(lèi)似的。
當(dāng)齒118R和透明間隙120R開(kāi)始從探測(cè)器122R-1和光發(fā)射器124R之間經(jīng)過(guò)時(shí)，信號(hào)RCLK發(fā)生變化。如果一個(gè)編碼輪110R有5°的分辨率，那么僅在光探測(cè)裝置122R、光發(fā)射器124R相對(duì)于編碼輪110R轉(zhuǎn)動(dòng)了5°的角度時(shí)，信號(hào)RCLK才會(huì)發(fā)生改變。相反，“分辨率倍增軟件”使微控制器106-1能同時(shí)考慮齒118R和透明間隙120R經(jīng)過(guò)探測(cè)器122R-2和光發(fā)射器124R(例如圖29中B、E情形)時(shí)的情況。換句話說(shuō)，“分辨率倍增軟件”使微控制器106-1還能在RDAT變化時(shí)檢查RCLK的狀態(tài)。
結(jié)合圖29和上述描述，微控制器106-1對(duì)旋角的監(jiān)測(cè)是通過(guò)既監(jiān)測(cè)RCLK變化時(shí)RDAT的狀態(tài)，又監(jiān)測(cè)RDAT變化時(shí)RCLK的狀態(tài)進(jìn)行的，這樣，當(dāng)光發(fā)射器124R和相應(yīng)光探測(cè)裝置122R相對(duì)于編碼輪110R轉(zhuǎn)動(dòng)齒118R或透明間隙120R的一半時(shí)，微控制器106-1就可有效探測(cè)到該轉(zhuǎn)動(dòng)。微控制器106-1從而可根據(jù)RDAT變化時(shí)RCLK的狀態(tài)對(duì)旋角計(jì)數(shù)ROLCTR進(jìn)行增加或減小。因此，裝置200的旋角分辨率就加倍了。而且，根據(jù)以上所述，很顯然，微控制器106-1可以根據(jù)RDAT在升沿或降沿時(shí)RCLK的狀態(tài)來(lái)判斷旋角的方向。
“分辨率倍增軟件”同樣可以使微控制器106-1監(jiān)測(cè)在PDAT變化時(shí)PCLK的狀態(tài)，以倍增裝置200中擺角的分辨率，與上述旋角的情況類(lèi)似?？梢?jiàn)，“分辨率倍增軟件”可以在不增加擺角和旋角編碼輪110P、110R的實(shí)際分辨率的情況下，增加了擺角和旋角的分辨率。
我們還注意到，在微控制器106-1向視頻游戲控制器或顯示裝置108中輸出信號(hào)之前，其程序中還可以對(duì)PITCTR和ROLCTR的值執(zhí)行一個(gè)平滑或平均算法。例如，在裝置200發(fā)生快速運(yùn)動(dòng)或震動(dòng)時(shí)，編碼輪110P和／或110R會(huì)快速運(yùn)動(dòng)，從而使ROLCTR和PITCTR急速增、減。平滑算法可用來(lái)對(duì)ROLCTR、PITCTR進(jìn)行按時(shí)間平均，使ROLCTR和PITCTR值的變化不致于太劇烈。下述平滑算法可以用于微控制器106-1中使所得數(shù)據(jù)關(guān)于時(shí)間的曲線平滑化局部平均(local averaging)、中值平滑(median smoothing)、核心平滑(kernel smoothing)、Loess平滑(Loesssmoothing)或指數(shù)平滑(exponential smoothing)等。微控制器106-1采用什么類(lèi)型的平滑，主要取決于微處理器的型號(hào)和運(yùn)行的軟件。經(jīng)過(guò)處理后顯示的數(shù)值的變化將變得不太劇烈，而如果信號(hào)是用于視頻控制器，則顯示屏上顯示的運(yùn)動(dòng)將會(huì)比較平穩(wěn)一些。
上述裝置100和200只是本發(fā)明中使用軟件計(jì)數(shù)器(ROLCTR、PITCTR)對(duì)編碼輪進(jìn)行監(jiān)測(cè)的實(shí)施例，但裝置中也可以使用硬件計(jì)數(shù)器，以監(jiān)測(cè)固定件1112相對(duì)于110P或／和110R的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖33是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中帶有硬件計(jì)數(shù)器的方位角探測(cè)裝置方框示意圖。與圖3中所示裝置100相似，本裝置300也包括編碼輪裝置102、發(fā)射-接收裝置104。裝置300中還包括有沿判別及計(jì)數(shù)電路302，它從發(fā)射-接收裝置104中接收信號(hào)，并產(chǎn)生計(jì)數(shù)信號(hào)送往微控制器304，微控制器304對(duì)這些計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行處理，并產(chǎn)生代表固定件112(圖4-6)相對(duì)于編碼輪110轉(zhuǎn)動(dòng)的輸出信號(hào)。這些信號(hào)可以送往比如顯示裝置108。微控制器304最好能執(zhí)行雙重功能，這樣就不需要單獨(dú)設(shè)置另外一個(gè)控制器控制視頻游戲。圖33中所示的裝置300與圖3中所示的裝置100一樣，可以監(jiān)測(cè)擺角或旋角中任何一個(gè)。但為了同時(shí)監(jiān)測(cè)擺角和旋角，就象圖17所示的裝置那樣，則需要另加一個(gè)配重編碼輪裝置102和相應(yīng)的發(fā)射-接收裝置104。
如圖34，裝置400包括兩個(gè)配重編碼輪裝置102P、102R，兩個(gè)相應(yīng)的發(fā)射-接收裝置104P、104R，兩個(gè)相應(yīng)的硬件計(jì)數(shù)器302P、302R。其中兩個(gè)配重編碼輪裝置102P、102R以及兩個(gè)相應(yīng)的發(fā)射-接收裝置104P、104R與前述裝置200中的是相同的或大致相同的。
圖35是裝置400中的發(fā)射-接收裝置104P、104R以及微控制器304-1部分電路原理示意圖。從圖中可見(jiàn)，裝置400的電路部分與圖22所示的裝置200的電路部分是相同或基本相同的。裝置400包括光發(fā)射器124P、光探測(cè)器裝置122P(其中包括光探測(cè)裝置122P-1、122P-2)，與編碼輪100P相配。裝置400還包括光發(fā)射器124R、光探測(cè)器裝置122R(其中包括光探測(cè)裝置122R-1、122R-2)，與編碼輪100R相配。裝置還包括范圍控制選擇裝置132，運(yùn)行方式同上；晶振130，作為微控制器304-1的時(shí)鐘，顯示裝置108。
但是，與裝置200中旋、擺角的計(jì)數(shù)ROLCTR、PITCTR是通過(guò)微控制器106-1中的軟件完成不同，裝置400包括一個(gè)專(zhuān)用集成電路(application-specific integrated circuit，簡(jiǎn)稱(chēng)ASIC)310，作為旋角計(jì)數(shù)器ROLCTR和擺角計(jì)數(shù)器PITCTR的“硬件版”。具體地說(shuō)，ASIC310包括擺角沿判別器312P、擺角增減計(jì)數(shù)器314P、擺角并-串轉(zhuǎn)換器316P，它們與光探測(cè)裝置122P相連，以及旋角沿判別器312R、旋角增減計(jì)數(shù)器314R、旋角并-串轉(zhuǎn)換器316R，它們與光探測(cè)裝置122R相連。
雖然如圖33所示的只包括單個(gè)編碼輪的裝置300的電路圖未單獨(dú)畫(huà)出，但顯然其電路與圖35是相似的，不過(guò)它只包括旋角編碼輪110R相配或與擺角編碼輪110P相配的一路電路。這樣，在裝置300中，微控制器304從與旋角編碼輪110R相配或與擺角編碼輪110P相配(取決于裝置是用于擺角探測(cè)還是用于旋角探測(cè))的硬件沿判別及計(jì)數(shù)電路中接收信號(hào)并進(jìn)行處理。
ASIC 310在判斷擺、旋角的相對(duì)角度和方向方面是與圖29和圖31中所示的過(guò)程相同的。微控制器304-1的運(yùn)行程序則示于圖36中。例如，當(dāng)裝置400在第1300步中啟動(dòng)(PWRUP子程序)后，在1310步，微控制器304-1初始化所有寄存器和標(biāo)志位，并設(shè)定此時(shí)從ASIC 310中輸出的計(jì)數(shù)信值代表旋角計(jì)數(shù)值ROLCTR和擺角計(jì)數(shù)值PITCTR的參考方位的值。然后在1320步，微控制器304-1讀取ASIC中擺角和旋角的值，并存儲(chǔ)為代表參考方位的值。然后微控制器進(jìn)行到從1330步開(kāi)始的“RAPRC”子程序，讀旋、擺角計(jì)數(shù)器。然后在1340步，從ASIC中讀取旋、擺角的計(jì)數(shù)器讀數(shù)值，以判斷裝置400擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的角度。
具體而言，例如在圖29中A、C、D和F情形，當(dāng)RCLK信號(hào)升或降時(shí)，旋角沿判別器312R就會(huì)進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)旋角沿判別器312R探測(cè)到RCLK的這么一個(gè)變化狀態(tài)時(shí)，它就會(huì)向旋角增減計(jì)數(shù)器314R發(fā)出一個(gè)信號(hào)。旋角增減計(jì)數(shù)器314R同時(shí)也從光探測(cè)裝置122R-2接收信號(hào)RDAT。根據(jù)312R所發(fā)出的表示RCLK信號(hào)變化的信號(hào)和RDAT的狀態(tài)信號(hào)(“0”或“1”)，旋角增減計(jì)數(shù)器314R將其計(jì)數(shù)增加或減小1，就表明固定件1112(圖18-20)已相對(duì)于編碼輪110R向RRIGHT或RLEFT方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。
另一方面，又如在圖31中A、C、D和F情形，當(dāng)PCLK信號(hào)升或降時(shí)，擺角沿判別器312P就會(huì)進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)擺角沿判別器312P探測(cè)到PCLK的這么一個(gè)變化狀態(tài)時(shí)，它就會(huì)向擺角增減計(jì)數(shù)器314P發(fā)出一個(gè)信號(hào)。擺角增減計(jì)數(shù)器314P同時(shí)也從光探測(cè)裝置122P-2接收信號(hào)PDAT。根據(jù)312P所發(fā)出的表示PCLK信號(hào)變化的信號(hào)和PDAT的狀態(tài)信號(hào)(“0”或“1”)，擺角增減計(jì)數(shù)器314P將其計(jì)數(shù)增加或減小1，就表明固定件1112(圖18-20)已相對(duì)于編碼輪110P向PUP或PDOWN方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)分辨率的角度。
微控制器304-1通過(guò)并-串轉(zhuǎn)換器316R和316P從其端口6-9(僅僅是舉例，不限于這些端口)接收增減計(jì)數(shù)器314R和314P的輸出信號(hào)，然后進(jìn)入1350步，進(jìn)一步執(zhí)行從1210開(kāi)始的RELATT子程序(設(shè)定參照方位角)。微控制器304-1以圖32所示的方式處理這些計(jì)數(shù)信號(hào)，并產(chǎn)生出所探測(cè)到的、代表固定件1112相對(duì)于配重編碼輪裝置102P、102R旋轉(zhuǎn)的角度的信號(hào)，并輸送到例如顯示裝置108中，以顯示所探測(cè)到的固定件特別是裝置400的擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的圖象。同樣，這些處理過(guò)的擺角和旋角計(jì)數(shù)值可用于游戲函數(shù)的內(nèi)部參數(shù)，就象上面所述的ROLCTR和PITCTR一樣。圖32中虛線部分代表可選步驟1260A(適于本例，即用硬件計(jì)數(shù)器)，在此步中，程序返回到1330步，重復(fù)上述步驟。
如果需要，ASIC 310也可以做一修改，使其執(zhí)行一個(gè)“分辨率倍增”功能，就象上述軟件中所用的“分辨率倍增軟件”一樣。
雖然上面僅描述了本發(fā)明的有限幾個(gè)實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很快看出，只需依靠本發(fā)明所提供的指引，可以做出許多類(lèi)似的修改方案，這些不偏離本發(fā)明權(quán)利要求范圍的修改仍是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，可探測(cè)物體相對(duì)于至少一個(gè)參考平面的方位角運(yùn)動(dòng)，其特征是，它包括一個(gè)參照器件，它包括至少一個(gè)第一部位，置于所述參照器件上，它大致是不透光的；至少一個(gè)第二部位，置于所述參照器件上，它大致是透光的；一個(gè)推動(dòng)器件，它將所述參照器件推向一個(gè)靜止位；一個(gè)探測(cè)裝置，可相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)，它包括第一探測(cè)器，它位于探測(cè)裝置的第一位置；當(dāng)探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它探測(cè)上述第一或第二部位的存在，并輸出第一信號(hào)，所述第一信號(hào)在第一探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第一狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第二狀態(tài)；第二探測(cè)器，它位于探測(cè)裝置的第二位置，所述第二位置在探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上距第一位置有一定距離；當(dāng)探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它探測(cè)上述第一或第二部位的存在，并輸出第二信號(hào)，所述第二信號(hào)在第二探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第三狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第四狀態(tài)；一個(gè)位置、方向判定裝置，它可通過(guò)考察第一信號(hào)在其第一和第二狀態(tài)之間的變化方向及與第二信號(hào)的狀態(tài)之間的關(guān)系，判斷出探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)于某參考位置的轉(zhuǎn)動(dòng)距離。
2.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述參照器件中的所述第一部位和第二部位有多個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述推動(dòng)器件是一個(gè)安裝于所述參考器件上的重物。
4.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述第一和第二部分在所述參照元件上距中心大致等半徑處交替排列。
5.如權(quán)利要求4所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述第一和第二部分在所述參照元件的一個(gè)圓周上交替排列。
6.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述參照器件是圓盤(pán)形物或扇形物。
7.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述第一和第二探測(cè)元件大致分布于距探測(cè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)中心相同半徑處。
8.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述位置、方向判定裝置包括一個(gè)計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器根據(jù)從探測(cè)裝置接收的第一和第二信號(hào)數(shù)出被第一或第二探測(cè)器所探測(cè)到的第一或第二部位的數(shù)量，根據(jù)其計(jì)數(shù)值，所述位置、方向判定裝置確定出所述探測(cè)裝置相對(duì)于所述參考位置轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
9.如權(quán)利要求8所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述計(jì)數(shù)器為升／降計(jì)數(shù)器，當(dāng)探測(cè)裝置向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，其計(jì)數(shù)增加，當(dāng)探測(cè)裝置向與該方向相反的另一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，其計(jì)數(shù)減少。
10.如權(quán)利要求8所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)于多個(gè)時(shí)間間隔分別產(chǎn)生多個(gè)計(jì)數(shù)值，指示出第一、第二探測(cè)器在相應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)所探測(cè)到的第一、第二部位的數(shù)量，而位置、方向判定裝置對(duì)這多個(gè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，以在判定角度之前指示出錯(cuò)誤狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述探測(cè)裝置還包括至少一個(gè)發(fā)光裝置；當(dāng)所述探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，所述任何一個(gè)第一部位剛好處于發(fā)光裝置到第一探測(cè)器之間的光路上時(shí)，所述第一部位擋住光線，使第一探測(cè)器基本上探測(cè)不到發(fā)光裝置所光出的光；相反，所述任何一個(gè)第二部位剛好處于發(fā)光裝置到第一探測(cè)器之間的光路上時(shí)，所述第二部位能使光線透過(guò)，從而第一探測(cè)器能夠探測(cè)到發(fā)光裝置所光出的光；當(dāng)所述探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，所述任何一個(gè)第一部位剛好處于發(fā)光裝置到第二探測(cè)器之間的光路上時(shí)，所述第一部位擋住光線，使第二探測(cè)器基本上探測(cè)不到發(fā)光裝置所光出的光；相反，所述任何一個(gè)第二部位剛好處于發(fā)光裝置到第二探測(cè)器之間的光路上時(shí)，所述第二部位能使光線透過(guò)，從而第二探測(cè)器能夠探測(cè)到發(fā)光裝置所光出的光。
12.如權(quán)利要求11所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述第一探測(cè)器輸出第一信號(hào)，該信號(hào)表示第一探測(cè)器是否探測(cè)到從發(fā)光裝置所發(fā)出的光線，在探測(cè)器探測(cè)到光線時(shí)第一信號(hào)具有第一狀態(tài)，在探測(cè)器探測(cè)不到光線時(shí)第一信號(hào)具有與第一狀態(tài)不同的第二狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求12所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述位置、方向判定裝置包括一個(gè)判別器，它判別出第一信號(hào)在其第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間變化的時(shí)間；一個(gè)比較器，它根據(jù)第一信號(hào)變化時(shí)該信號(hào)所處的狀態(tài)與第二信號(hào)在當(dāng)時(shí)的狀態(tài)的相互關(guān)系，判別出探測(cè)裝置相對(duì)于參照器件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
14.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是還包括有第二參照器件，它包括至少一個(gè)第三部位，置于所述第二參照器件上，它大致是不透光的；至少一個(gè)第四部位，置于所述第二參照器件上，它大致是透光的；第二推動(dòng)器件，它將所述第二參照器件推向一個(gè)靜止位；第二探測(cè)裝置，可相對(duì)于第二參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)，它包括第三探測(cè)器，它位于第二探測(cè)裝置的第三位置；當(dāng)?shù)诙綔y(cè)裝置相對(duì)于第二參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它探測(cè)上述第三或第四部位的存在，并輸出第三信號(hào)，所述第三信號(hào)在第三探測(cè)器探測(cè)到第三部位時(shí)具有第五狀態(tài)，探測(cè)到第四部位時(shí)具有第六狀態(tài)；第四探測(cè)器，它位于第二探測(cè)裝置的第四位置，所述第四位置在探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上距第三位置有一定距離；當(dāng)?shù)诙綔y(cè)裝置相對(duì)于第二參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它探測(cè)上述第三或第四部位的存在，并輸出第四信號(hào)，所述第四信號(hào)在第二探測(cè)器探測(cè)到第三部位時(shí)具有第七狀態(tài)，探測(cè)到第四部位時(shí)具有第八狀態(tài)；一個(gè)位置、方向判定裝置，它可通過(guò)考察第三信號(hào)在其第五和第六狀態(tài)之間的變化方向及與第四信號(hào)的狀態(tài)之間的關(guān)系，判斷出第二探測(cè)裝置相對(duì)于第二參照器件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)于某參考位置的轉(zhuǎn)動(dòng)距離。
15.如權(quán)利要求14所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是所述第一和第二探裝置可分別繞兩個(gè)相交的第一軸和第二軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征是一個(gè)支架，所述參照器件安裝于其上；所述支架的設(shè)置使所述參照器件能保持在一個(gè)參考方位上，基本不受整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)的影響。
17.一種探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，用于探測(cè)物體相對(duì)于至少一個(gè)參考平面的方位角運(yùn)動(dòng)，其特征是，它包括以下步驟“回位”給一個(gè)參照器件以向一個(gè)參考位置回位的推動(dòng)力；“旋轉(zhuǎn)”使第一、第二探測(cè)器相對(duì)于參照器件旋轉(zhuǎn)，所述第一、第二探測(cè)器在轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上相距一定距離，參照器件包括至少一個(gè)基本不透光的第一部位，至少一個(gè)基本透光的第二部位；“監(jiān)測(cè)”當(dāng)?shù)谝弧⒌诙綔y(cè)器相對(duì)于參照元件旋轉(zhuǎn)并探測(cè)所述參照元件上的第一或第二部位時(shí)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)；“輸出第一信號(hào)”使其在第一探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第一狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第二狀態(tài)；“輸出第二信號(hào)”使其在第二探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第三狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第四狀態(tài)；“比較和判定”當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)在其第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間變化時(shí)，比較其在兩種狀態(tài)之間的變化方向，并結(jié)合變化時(shí)第二信號(hào)的狀態(tài)，判定出第一、第二探測(cè)器相對(duì)于參照元件轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和距離。
18.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是所述第一參照器件包括多個(gè)所述第一部位和多個(gè)所述第二部位。
19.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是在“監(jiān)測(cè)”一步所提及的第一、第二探測(cè)器所探測(cè)的第一或第二部位在所述參照器件上距中心等半徑處交替排列。
20.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是在“旋轉(zhuǎn)”一步所提及的第一、第二探測(cè)器位于距其旋轉(zhuǎn)中心距離大致相同處。
21.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是在“判定”一步中包括“計(jì)數(shù)”根據(jù)從第一、第二探測(cè)器中所接收到的信號(hào)數(shù)出被第一、第二探測(cè)器所探測(cè)到的第一、第二部位的計(jì)數(shù)；“判定角度”根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果，判定第一、第二探測(cè)器相對(duì)于參照器件所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
22.如權(quán)利要求21所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是在“計(jì)數(shù)”一步中，當(dāng)?shù)谝?、第二探測(cè)器向某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)計(jì)數(shù)增加，當(dāng)向另一相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)減少。
23.如權(quán)利要求21所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是所述“計(jì)數(shù)”一步包括在多個(gè)相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)分別產(chǎn)生多個(gè)計(jì)數(shù)值，分別代表在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)第一、第二探測(cè)器所探測(cè)到的第一、第二部位的數(shù)量；“判定角度”一步還包括對(duì)多個(gè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，以便在進(jìn)行角度判定之前判斷出是否有錯(cuò)誤狀態(tài)存在。
24.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是所述“監(jiān)測(cè)”一步包括“發(fā)射光線”向所述第一和第二探測(cè)器處發(fā)出光線；“探測(cè)第一部位”當(dāng)?shù)谝?、第二探測(cè)器相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)到第一部位正好基本擋住射向第一或第二探測(cè)器上的光時(shí)，進(jìn)行探測(cè)；“探測(cè)第二部位”當(dāng)?shù)谝弧⒌诙綔y(cè)器相對(duì)于參照器件轉(zhuǎn)動(dòng)到第二部位正好讓射向第一或第二探測(cè)器上的光能透過(guò)時(shí)，進(jìn)行探測(cè)。
25.如權(quán)利要求24所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是所述“監(jiān)測(cè)”一步還包括“從第一探測(cè)器輸出第一信號(hào)”該信號(hào)表示第一探測(cè)器是否探測(cè)到光線，當(dāng)?shù)谝惶綔y(cè)器探測(cè)到光線時(shí)，第一信號(hào)具有第一狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝惶綔y(cè)器探測(cè)不到光線時(shí)，第一信號(hào)具有不同于第一狀態(tài)的第二狀態(tài)；“從第二探測(cè)器輸出第二信號(hào)”該信號(hào)表示第二探測(cè)器是否探測(cè)到光線，當(dāng)?shù)诙綔y(cè)器探測(cè)到光線時(shí)，第二號(hào)具有第一狀態(tài)，當(dāng)?shù)诙綔y(cè)器探測(cè)不到光線時(shí)，第二信號(hào)具有不同于第一狀態(tài)的第二狀態(tài)。
26.如權(quán)利要求25所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是“判定角度”一步還包括判別第一信號(hào)在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間變化的時(shí)間點(diǎn)；根據(jù)在上述時(shí)間點(diǎn)時(shí)第一信號(hào)的狀態(tài)與第二信號(hào)的狀態(tài)的比較，判斷出旋轉(zhuǎn)的方向。
27.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是還包括如下步驟“第二參照器件回位”給第二參照器件以向第二參考位置回位的推動(dòng)力；“繞第二參照器件旋轉(zhuǎn)”使第三、第四探測(cè)器相對(duì)于第二參照器件旋轉(zhuǎn)，所述第三、第四探測(cè)器在轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上相距一定距離，第二參照器件包括至少一個(gè)基本不透光的第三部位，至少一個(gè)基本透光的第四部位；“第二監(jiān)測(cè)”當(dāng)?shù)谌?、第四探測(cè)器相對(duì)于第二參照元件旋轉(zhuǎn)并探測(cè)所述第二參照元件上的第三或第四部位時(shí)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)；“輸出第三信號(hào)”使其在第三探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第五狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第六狀態(tài)；“輸出第四信號(hào)”使其在第四探測(cè)器探測(cè)到第一部位時(shí)具有第七狀態(tài)，探測(cè)到第二部位時(shí)具有第八狀態(tài)；“第二比較和判定”當(dāng)?shù)谌盘?hào)在其第五狀態(tài)和第六狀態(tài)之間變化時(shí)，比較其在兩種狀態(tài)之間的變化方向，并結(jié)合變化時(shí)第四信號(hào)的狀態(tài)，判定出第三、第四探測(cè)器相對(duì)于第二參照元件轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和距離。
28.如權(quán)利要求17所述的探測(cè)物體方位角運(yùn)動(dòng)的方法，其特征是還包括如下步驟使所述參照器件保持在一個(gè)基本靜止的參照方位。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種探測(cè)物體相對(duì)于參考方位的經(jīng)、緯方位角運(yùn)動(dòng)的裝置和方法。所述裝置包括多個(gè)可繞相應(yīng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的編碼輪,所述編碼輪上有配重,使編碼輪能保持在整個(gè)裝置相對(duì)于參考方位不動(dòng)時(shí)的位置。相應(yīng)于每個(gè)編碼輪,有一個(gè)“正交”探測(cè)裝置和發(fā)光裝置,它們可以隨整個(gè)裝置轉(zhuǎn)相對(duì)于其編碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)。正交探測(cè)裝置將反映上述轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)送給微控制器。微控制器根據(jù)此信號(hào)確定裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和幅度。所述方法就是利用此裝置進(jìn)行方位角探測(cè)的。
文檔編號(hào)G01C9/00GK1292490SQ99121629
公開(kāi)日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月9日
發(fā)明者查爾斯T·施賴(lài)伯 申請(qǐng)人:均景中國(guó)有限公司