本發明涉及虛擬現實技術領域，具體涉及一種姿態傳感裝置及一種虛擬現實系統。
背景技術：
隨著虛擬現實技術的快速發展，出現了各種虛擬現實產品。在使用虛擬現實頭盔等設備的過程中，通常需要獲知其方位狀態，以滿足頭部運動跟蹤等應用需求。
為了實現上述功能，現有的解決方案是：將各種傳感器(Sensor)集成在虛擬現實頭盔的主板上，并將所有的傳感器分別連接到虛擬現實頭盔的微控制器(MCU)。利用各種傳感器采集原始數據，再通過微控制器查詢各個傳感器并進行算法處理。
現有的解決方案將所有的傳感器和相關的微控制器均集成在虛擬現實頭盔的主板上，傳感器的種類較多，每一種傳感器都需要微控制器有針對性地進行編程處理，控制復雜；微處理器需要處理來自各種傳感器的大量數據，占用了微處理器較多的處理資源，使原本資源緊張的微處理器進一步降低了處理效率；同時受限于控制器的性能，傳感器本身的特性也不能得到充分的發揮。若是采用更高性能的微控制器則會大大增加產品的成本，并且發熱量也和功耗會相應增加，不利于用戶體驗。
另一方面，傳感器和相關的微控制器均集成在虛擬現實頭盔的主板上，當傳感器采集數據的準確度或者采用的姿態算法不能滿足用戶的需求時，難以進行調整或更換；對于原本沒有內置傳感器的一些頭戴顯示設備，也不便于進行功能拓展，限制了傳感器的使用。
技術實現要素：
本發明提供了一種姿態傳感裝置及一種虛擬現實系統，以解決目前將所有的傳感器和相關的微控制器集成在虛擬現實頭盔的主板上，會增加虛擬現實頭盔主板上的處理器的負擔，并且不利于根據用戶需求調整虛擬現實頭盔中的傳感器及相關算法，限制了傳感器使用的問題。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種姿態傳感裝置，包括集成在一塊電路板上、依次連接的傳感器模組、傳感器中樞、微控制器以及連接器；所述姿態傳感裝置通過所述連接器連接到待測設備的主板；
所述傳感器模組，用于實時采集所述待測設備的原始姿態數據，并將原始姿態數據發送給所述傳感器中樞；
所述傳感器中樞，用于將接收到的原始姿態數據變換為三維姿態數據，并將所述三維姿態數據和所述原始姿態數據一起發送給所述微控制器；
所述微控制器，用于通過所述連接器將所述原始姿態數據以及所述三維姿態數據發送給所述待測設備。
根據本發明的另一個方面，本發明提供了一種虛擬現實系統，包括主機、虛擬現實頭盔、以及上述的姿態傳感裝置；
所述姿態傳感裝置安裝固定在所述虛擬現實頭盔上，隨所述虛擬現實頭盔運動，并通過其上的連接器連接到所述主機；所述主機連接所述虛擬現實頭盔；
所述姿態傳感裝置利用其上的傳感器模組測量所述虛擬現實頭盔的原始姿態數據，利用其上的傳感器中樞將所述原始姿態數據變換為三維姿態數據，并利用其上的微控制器通過所述連接器將所述三維姿態數據和所述原始姿態數據一起發送給所述主機；
所述主機根據接收的所述三維姿態數據和所述原始姿態數據對相關圖像做變形處理，并將變形處理后的圖像發送給所述虛擬現實頭盔，由所述虛擬現實頭盔的顯示設備進行顯示。
本發明的有益效果是：本發明實施例提供的姿態傳感裝置將傳感器模組、傳感器中樞、微控制器以及連接器依次連接并集成到一塊電路板上，通過連接器與待測設備的主板相連，傳感器模組實時采集原始姿態數據，傳感器中樞將原始姿態數據變換為三維姿態數據，微控制器通過連接器將原始姿態數據以及三維姿態數據發送給待測設備，減輕了待測設備的主板的處理器的負擔，節省了處理資源，模塊化的姿態傳感裝置也便于根據需要隨時進行調整和更換。
本發明實施例提供的虛擬現實系統中，將本發明實施例提供的姿態傳感裝置安裝固定在虛擬現實頭盔中，利用該姿態傳感裝置獲取姿態數據并發送給主機，由主機根據接收的姿態數據對相關圖像做變形處理，并將變形處理后的圖像發送給所述虛擬現實頭盔的顯示設備進行顯示，減輕了虛擬現實頭盔的處理器的負擔，節省了處理資源，并且也降低了功耗；同時，免除了在虛擬現實頭盔的處理器上做姿態算法的過程，使獲取姿態數據的過程不必依賴虛擬現實頭盔，降低了虛擬現實產品開發的難度，加快了產品上市的步伐。
附圖說明
圖1是本發明一個實施例提供的一種姿態傳感裝置的功能框圖；
圖2是本發明一個實施例提供的一種姿態傳感裝置的主要電路原理圖；
圖3是本發明一個實施例提供的一種虛擬現實系統的結構框圖。
具體實施方式
本發明的設計構思是：目前的虛擬現實頭盔都是將各種傳感器集成在主板上，利用主板上的處理器控制各個傳感器，從傳感器中獲取數據并變換為三維姿態數據，主板上的處理器需要處理大量的數據，占用了大量的處理資源，也不便于對傳感器種類和數量的調整。針對這種情況，本發明將各種傳感器集成到一塊獨立的電路板上，可通過連接器與虛擬現實頭盔的主板相連，并且在該電路板上集成傳感器中樞，負責傳感器的控制和姿態數據的變換，減輕了虛擬現實頭盔主板上的處理器的負擔，節省了處理資源，模塊化的姿態傳感裝置也便于根據需要隨時進行調整和更換。
實施例一
圖1是本發明一個實施例提供的一種姿態傳感裝置的功能框圖，參見圖1，本實施例提供的姿態傳感裝置包括依次連接的傳感器模組110、傳感器中樞(Sensor Hub)120、微控制器130以及連接器140。
傳感器模組110、傳感器中樞120、微控制器130以及連接器140集成在一塊電路板上，通過連接器140可以連接到待測設備的主板，擴展待測設備的功能。
傳感器模組110實時采集待測設備的原始姿態數據后，傳感器中樞120利用內置的快速九軸姿態算法將原始的姿態數據變換為三維姿態數據，微控制器130通過連接器140將原始姿態數據以及三維姿態數據發送給待測設備。對于待測設備，當本實施例的姿態傳感裝置連接到其主板上之后，在功能上等同于直接集成在主板上，因此姿態傳感裝置不需要額外與待測設備或其上位機建立連接，也不需要復雜的控制程序；姿態傳感裝置中集成有傳感器中樞120，可完成對原始姿態數據的處理，直接生成三維姿態數據，節省了待測設備主板上的處理器的處理資源，并且傳感器中樞的功耗較低、發熱量也小，可以提供更好的用戶體驗。
優選地，本實施例中的傳感器模組110包括三軸陀螺儀111、三軸加速度計112、三軸磁力儀113。三軸陀螺儀111用于測量轉動角速度，三軸加速度計112用于測量加速度，三軸磁力儀113用于測量當前空間磁場方向的3個正交方向的分量，測得的數據作為原始姿態數據。
進一步優選地，本實施例中的傳感器模組110還包括用于采集環境溫度的溫度儀114，傳感器中樞120根據溫度儀114采集的溫度值校正傳感器模組110采集的原始傳感數據，例如對其中的三軸陀螺儀113采集的角速度進行校正，從而實現對三維姿態數據的溫度補償，避免環境溫度對姿態數據產生干擾。
圖2是本發明一個實施例提供的一種姿態傳感裝置的主要電路原理圖，參見圖2，三軸磁力儀U3、三軸陀螺儀U4和三軸加速度計U5分別通過IIC總線的方式連接到傳感器中樞U2的輸入端口，傳感器中樞U2通過IIC總線從三軸磁力儀U3、三軸陀螺儀U4和三軸加速度計U5獲取磁場方向、角速度、加速度的原始姿態數據后，利用內置的快速九軸姿態算法將原始姿態數據變換為以四元數、歐拉角表示三維姿態數據。
傳感器中樞U2的輸出端口同樣通過IIC總線的方式連接到微控制器U1，微控制器U1通過IIC總線從傳感器中樞U2獲取原始姿態數據和三維姿態數據之后，通過連接器J2向待測設備主板上的處理器發送中斷請求，主板上的處理器接收到中斷請求之后暫停當前正在執行的程序，接收微控制器U1通過連接器J2發送的原始姿態數據和三維姿態數據，數據接收完成之后主板上的處理器繼續執行原來被暫停的程序。主板上的處理器并不需要查詢姿態傳感裝置的狀態，在姿態數據還未準備好時，主板上的處理器可以執行其他程序而不是循環等待，節省了處理器的時間和處理資源。
連接器J2可選用Micro USB連接器，Micro USB使用便利，尺寸小，便于姿態傳感裝置與待測設備相連接。
實施例二
圖3是本發明一個實施例提供的一種虛擬現實系統的結構框圖，參見圖3，本實施例提供的虛擬現實系統包括：包括主機310、虛擬現實頭盔320、以及實施例一中的姿態傳感裝置330。姿態傳感裝置330安裝固定在虛擬現實頭盔320上，隨虛擬現實頭盔320運動，并通過其上的連接器連接到虛擬現實頭盔320的主板。
姿態傳感裝置330利用其上的傳感器模組采集虛擬現實頭盔320的原始姿態數據，利用其上的傳感器中樞將原始姿態數據變換為三維姿態數據，并利用其上的微控制器通過連接器將三維姿態數據和原始姿態數據一起發送給主機310。主機310根據接收的三維姿態數據和原始姿態數據對相關圖像做變形處理，并將變形處理后的圖像發送給虛擬現實頭盔320，由虛擬現實頭盔320的屏幕進行顯示。
本實施例中的虛擬現實系統可以為一體式的虛擬現實系統，即將主機310集成在虛擬現實頭盔320中，例如現有的虛擬現實一體機或“手機+虛擬現實眼鏡盒”的設備。目前大部分智能手機都具備Micro USB接口，因此姿態傳感裝置330的連接器可選用Micro USB連接器，尺寸小，便于連接。
可以在虛擬現實頭盔320中預留安裝姿態傳感裝置330的空間，在需要獲取虛擬現實頭盔320的姿態信息時，將姿態傳感裝置330安裝到相應的位置，對于原本不具有監測姿態的功能的簡易頭戴顯示設備，也可以容易地進行功能擴展。
本實施例中的虛擬現實系統也可以為分體式的虛擬現實系統，主機310通過有線的方式或無線的方式連接虛擬現實頭盔320。
有線連接方式：虛擬現實頭盔320與主機310之間連接有一條視頻信號線和一條控制信號線，虛擬現實頭盔320通過控制信號線向主機310發送圖像變形處理指令，主機310通過視頻信號線將變形處理后的圖像發送給虛擬現實頭盔320。
無線連接方式：虛擬現實頭盔320通過無線方式向主機310發送圖像變形處理指令以及三維姿態數據，主機310通過無線方式接收處理指令以及三維姿態數據，將變形處理后的圖像發送給虛擬現實頭盔320。
姿態傳感裝置330中集成的傳感器中樞代替虛擬現實頭盔320中的處理器完成了對各種傳感器的控制和三維姿態數據變換的任務，減輕了虛擬現實頭盔320的處理器的負擔，節省了處理資源，并且也降低了功耗，同時也免除了在虛擬現實頭盔320的處理器上做姿態算法的過程，使獲取姿態數據的過程不必依賴虛擬現實頭盔320，降低了開發的難度，加快了產品上市的步伐。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，在本發明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行其他的改進或變形。本領域技術人員應該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發明的目的，本發明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。