基於霍爾效應的三維定位裝置製造方法
2023-04-28 19:55:31
基於霍爾效應的三維定位裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，包括三維位置感應電路板，三維位置感應電路板包括至少3隻霍爾元件，至少2隻霍爾元件位於X軸線上，至少1隻霍爾元件位於Y軸線上，還包括內置有電壓轉換模塊ADC的微型處理器，所有霍爾元件的輸出端OUT均電連接到電壓轉換模塊ADC上，所有霍爾元件處於同一平面，霍爾元件為霍爾線性器件。本發明的優點在於：結構簡單，測定精度高，填補了空間三維定位的空白，可以應用在3D繪圖,3D遊戲的輸入,增強用戶體驗，完成一個能夠在小範圍內精確感應目標(帶有磁性)三維位置的一個裝置。
【專利說明】基於霍爾效應的三維定位裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及3D成像技術，是基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著3D技術的飛越發展，越來越成熟的3D成像技術和3D顯示技術帶來了前所未有的用戶體驗，與此同時，3D軟體(尤其是3D遊戲)猶如雨後春筍地出現，傳統的輸入方式例如滑鼠，鍵盤已經難以滿足人們的輸入要求，人們急需要一種能夠進行三維的輸入的裝置，本發明就是應這種需求而產生的。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置。
[0004]本發明的目的主要通過以下技術方案實現:基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，包括三維位置感應電路板，三維位置感應電路板包括至少3隻霍爾元件，至少2隻霍爾元件位於X軸線上，至少I只霍爾元件位於Y軸線上，還包括內置有電壓轉換模塊ADC的微型處理器，所有霍爾元件的輸出端OUT均電連接到電壓轉換模塊ADC上，所有霍爾元件處於同一平面，霍爾元件為霍爾線性器件。
[0005]本發明的設計原理為:利用霍爾線性器件作為探測器件，將至少2隻霍爾元件位於X軸線上，至少I只霍爾元件位於Y軸線上，構成一個平面的探測板體，在該探測板體上方懸置磁性物體，霍爾元件感應到磁性物體後輸出電壓，該電壓上傳到電壓轉換模塊ADC上，由電壓轉換模塊ADC轉換為數位訊號，該數位訊號在微型處理器內進行邏輯運行，最後計算出磁性物體的X坐標和Y坐標，最後根據三個霍爾元件感應到的坐標計算出Z坐標，根據得出的X坐標、Y坐標、Z坐標最終得到磁性物體的三維坐標。一般只需要三個霍爾元件即可感應測算出磁性物體的三維坐標，但為了擴大識別範圍，可以採用多個霍爾元件進行陣列排布處理。
[0006]優選的，當霍爾元件的數目為3時,其中I只霍爾元件為霍爾元件P3,另外2隻霍爾元件分別為霍爾元件Pl和霍爾元件P2,此時,霍爾元件Pl的坐標是:X=-Nmm,Y=0 mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+Nmm, Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+Pmm, N和P均為大於或小於零的數。
[0007]當霍爾元件的數目為3時，本發明的霍爾元件排布方式有以下三種:
第一種:霍爾元件Pl的坐標是:x=-2mm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+2mm,Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+4mm。
[0008]第二種:霍爾元件Pl的坐標是:X=-4mm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+4mm,Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+8mm。
[0009]第三種:霍爾元件Pl的坐標是:X=-lmm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+lmm,Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+2mm。
[0010]微型處理器的數據輸出端連接到PC機。微型處理器計算出的磁性物體三維坐標數據輸出到PC機，可以由PC機應用到三維成像或3D遊戲等應用中。
[0011]微型處理器的數據輸出端通過藍牙模塊連接到PC機。可以使得本裝置與應用機PC機分離。
[0012]為了保證霍爾元件正常工作，霍爾元件的電源端VCC連接到+5V的電源，+5V的電源與霍爾元件的電源端VCC之間串聯有顯示燈。
[0013]優選的，霍爾兀件的型號為SS495,微型處理器的型號為stm32f407。
[0014]本發明的優點在於:結構簡單，測定精度高，填補了空間三維定位的空白，可以應用在3D繪圖，3D遊戲的輸入，增強用戶體驗，完成一個能夠在小範圍內精確感應目標(帶有磁性)三維位置的一個裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的電路圖。
[0016]圖2為三個霍爾元件的排布示意圖。
[0017]圖3為磁性物體三維坐標數據輸出示意圖。
[0018]圖4為三個霍爾元件的電壓數據輸出示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0020]實施例1:
如圖1-圖4所不。
[0021]基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，包括三維位置感應電路板，三維位置感應電路板包括至少3隻霍爾元件，至少2隻霍爾元件位於X軸線上，至少I只霍爾元件位於Y軸線上，還包括內置有電壓轉換模塊ADC的微型處理器，所有霍爾元件的輸出端OUT均電連接到電壓轉換模塊ADC上，所有霍爾元件處於同一平面，霍爾元件為霍爾線性器件。
[0022]本發明的設計原理為:利用霍爾線性器件作為探測器件，將至少2隻霍爾元件位於X軸線上，至少I只霍爾元件位於Y軸線上，構成一個平面的探測板體，在該探測板體上方懸置磁性物體，霍爾元件感應到磁性物體後輸出電壓，該電壓上傳到電壓轉換模塊ADC上，由電壓轉換模塊ADC轉換為數位訊號，該數位訊號在微型處理器內進行邏輯運行，最後計算出磁性物體的X坐標和Y坐標，最後根據三個霍爾元件感應到的坐標計算出Z坐標，根據得出的X坐標、Y坐標、Z坐標最終得到磁性物體的三維坐標。一般只需要三個霍爾元件即可感應測算出磁性物體的三維坐標，但為了擴大識別範圍，可以採用多個霍爾元件進行陣列排布處理。
[0023]優選的，當霍爾元件的數目為3時,其中I只霍爾元件為霍爾元件P3,另外2隻霍爾元件分別為霍爾元件Pl和霍爾元件P2,此時,霍爾元件Pl的坐標是:X=-Nmm,Y=0 mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+Nmm, Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+Pmm, N和P均為大於或小於零的數。
[0024]當霍爾元件的數目為3時，本發明的霍爾元件排布方式有以下三種:
第一種:霍爾元件Pl的坐標是:x=-2mm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+2mm,Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+4mm。
[0025]第二種:霍爾元件Pl的坐標是:X=-4mm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+4mm,Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+8mm。
[0026]第三種:霍爾元件Pl的坐標是:X=-lmm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+lmm,Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+2mm。
[0027]按照上述三種霍爾元件排布方式便於提高測定精度。
[0028]微型處理器的數據輸出端連接到PC機。微型處理器計算出的磁性物體三維坐標數據輸出到PC機，可以由PC機應用到三維成像或3D遊戲等應用中。
[0029]微型處理器的數據輸出端通過藍牙模塊連接到PC機。可以使得本裝置與應用機PC機分離。
[0030]為了保證霍爾元件正常工作，霍爾元件的電源端VCC連接到+5V的電源，+5V的電源與霍爾元件的電源端VCC之間串聯有顯示燈。
[0031]優選的，霍爾兀件的型號為SS495,微型處理器的型號為stm32f407。
[0032]本發明通過電壓轉換模塊ADC採集3個預先安裝的高靈敏度線性霍爾元件(SS495)的輸出電壓，計算出3個不同位置的磁場強度，計算得出此時目標離3個霍爾元件的距離，從而可以計算出目標的三維坐標，即得到目標的三維位置。然後通過藍牙傳輸到各種類型的終端，終端可以為三維顯示裝置或PC機或智慧型手機等。同一水平面安裝3個霍爾元件ss495，可以緊貼電路板安裝，空間結構儘量保持正交，方便後續數據處理與並保持較高的定位精度。在安裝後，保持三個元件位置固定，不可移動，若元件相對位置輕微改變，改變小於0.5mm,對定位結果影響不大。
[0033]如上所述，則能很好的實現本發明。
【權利要求】
1.基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:包括三維位置感應電路板，三維位置感應電路板包括至少3隻霍爾元件，至少2隻霍爾元件位於X軸線上，至少I只霍爾元件位於Y軸線上，還包括內置有電壓轉換模塊ADC的微型處理器，所有霍爾元件的輸出端OUT均電連接到電壓轉換模塊ADC上，所有霍爾元件處於同一平面，霍爾元件為霍爾線性器件。
2.根據權利要求1所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:當霍爾元件的數目為3時,其中I只霍爾元件為霍爾元件P3,另外2隻霍爾元件分別為霍爾元件Pl和霍爾元件P2,此時,霍爾元件Pl的坐標是:X=-Nmm,Y=0 mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+Nmm, Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+Pmm, N和P均為大於或小於零的數。
3.根據權利要求2所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:霍爾元件Pl的坐標是:X=-2mm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+2mm, Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm，Y=+4mm。
4.根據權利要求2所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:霍爾元件Pl的坐標是:X=-4mm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+4mm, Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm，Y=+8mm。
5.根據權利要求2所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:霍爾元件Pl的坐標是:X=-lmm, Y=O mm,霍爾元件P2的坐標是:X=+lmm, Y=Omm,霍爾元件P2的坐標是:X=0mm, Y=+2mm。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:微型處理器的數據輸出端連接到PC機。
7.根據權利要求1-5中任意一項所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:微型處理器的數據輸出端通過藍牙模塊連接到PC機。
8.根據權利要求1-5中任意一項所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:霍爾元件的電源端VCC連接到+5V的電源，+5V的電源與霍爾元件的電源端VCC之間串聯有顯示燈。
9.根據權利要求1-5中任意一項所述的基於霍爾效應用於感知三維位置的裝置，其特徵在於:霍爾元件的型號為SS495，微型處理器的型號為stm32f407。
【文檔編號】G01B7/004GK104165572SQ201410263154
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月14日 優先權日:2014年6月14日
【發明者】林家榮, 徐敬亞 申請人:林家榮, 徐敬亞