СПОСОБ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ МАШИНУ (ЭВМ) Российский патент 2001 года по МПК G06K11/16 G06F3/33 

Изобретение относится к электронике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода координатной, графической информации и команд в ЭВМ.

Известен способ ввода трехмерной информации в ЭВМ, основанный на индукционном измерении координат, включающий формирование в рабочем пространстве переменного магнитного поля, вектор индукции которого вращают поочередно в горизонтальной и вертикальной плоскостях рабочего пространства, фиксацию максимальной амплитуды обобщенных информационных сигналов с трех пар катушек индуктивности, входящих в состав магнитометрического датчика съемника координат, определение соответствующих максимумам обобщенных информационных сигналов углов поворота вектора магнитной индукции для каждой из плоскостей, возбуждение по значениям вышеуказанных углов относительно начала координат итогового магнитного поля с соответствующими составляющими вектора магнитной индукции по координатным осям, измерение амплитуд наведенных в катушках магнитометрического датчика съемника координат сигналов, по которым с поправкой на углы поворота оси съемника координат вычисляют трехмерные координаты считываемой точки (Патент РФ N 2074419, кл. G 06 К 11/16).

Недостатками известного способа являются необходимость обеспечения сложных зависимостей управляющих формированием магнитного поля сигналов от времени, невысокое быстродействие, определяемое необходимостью организации последовательного сканирования направлением вектора индукции магнитного поля в двух плоскостях, по результатам которого определяется направление итогового вектора индукции магнитного поля, высокая чувствительность к магнитным помехам (например, от импульсного блока питания используемой ЭВМ), требование высокой однородности рабочего пространства, несоблюдение которого приводит к необходимости калибровки устройства в каждом конкретном объеме рабочего пространства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения трехмерных координат, включающий в себя возбуждение переменного электромагнитного поля в системе координат рабочего пространства, формирование обобщенного информационного сигнала с помощью расположенных соосно в съемнике координат двух магнитометрических датчиков, определение считываемых координат X, Y, Z острия съемника координат (Патент РФ N 2015564).

Данный способ позволяет определить три пространственных координаты X, Y, Z, но не позволяет определить угловые координаты.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является ввод в ЭВМ пространственных и угловых координат.

Поставленная задача решается тем, что в способе ввода информации в электронно-вычислительную машину, осуществляемом с помощью устройства ввода информации, содержащего датчик, заключающемся в том, что создают постоянное магнитное поле, регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при перемещении устройства ввода информации вдоль любой из взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, на основе упомянутых зарегистрированных изменений переменных составляющих напряжений определяют координаты положения устройства ввода информации, которые передают в электронно-вычислительную машину, согласно изобретению датчик выполнен в виде датчика ускорения, содержащего симметричное инерционное тело из немагнитного материала, помещенное в симметричный замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью, упомянутое магнитное поле создают в магнитной жидкости, при этом магнитное поле имеет такую величину, при которой положение равновесия инерционного тела смещено по вертикальной оси Z от геометрического центра замкнутого объема датчика ускорения, совпадающего с точкой пересечения трех взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, упомянутую регистрацию переменных составляющих напряжений осуществляют с помощью размещенных на замкнутом объеме по каждой упомянутой оси соответствующих пар катушек индуктивности, при этом дополнительно регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при повороте датчика ускорения вокруг осей X или Y с помощью пар катушек, расположенных соответственно по оси Y или X, упомянутые определяемые координаты представляют собой компоненты линейного ускорения и угловые координаты датчика ускорения.

Поставленная задача решается также тем, что для определения трех компонентов линейного ускорения и угловых координат датчика ускорения регистрируют изменения добротностей катушек индуктивности, входящих в состав соответствующих пар катушек.

Поставленная задача решается также тем, что для определения угловых координат датчика ускорения регистрируют изменения величин индуктивностей катушек индуктивности, входящих в состав соответствующих пар катушек.

Поясним сущность предлагаемого способа ввода информации в ЭВМ. Для реализации предлагаемого способа использовано свойство магнитной жидкости, заполняющей замкнутый объем датчика ускорения, заключающееся в возникновении выталкивающей силы, действующей на тело из немагнитного материала, помещенное в магнитную жидкость, в которой создано магнитное поле. Величина и направление этой силы определяются величиной напряженности и распределением силовых линий магнитного поля в магнитной жидкости (С.В.Рулев, В.Н.Самсонов, А.М. Савостьянов, Г.К.Шмырин, "Управляемые магнитожидкостные виброизоляторы", МО СССР, М., 1988 г., с. 17 - 21).

Внутри датчика ускорения, представляющего собой замкнутый объем (например, сферический), заполненный магнитной жидкостью, в котором находится инерционное тело из немагнитного материала, создано магнитное поле с нарастающей от центра объема напряженностью. Инерционное тело находится в положении равновесия тогда, когда сумма действующих на него сил равна нулю (сила тяжести, архимедова сила и выталкивающая сила со стороны магнитной жидкости, величина которой определяется магнитным полем). Таким образом положение равновесия инерционного тела определяется величиной напряженности и пространственным распределением силовых линий магнитного поля. Поскольку величина силы, действующей на инерционное тело (имеющее отличную от магнитной жидкости плотность) со стороны магнитного поля, сосредоточенного в магнитной жидкости, растет как по мере удаления инерционного тела от геометрического центра замкнутого объема, так и с увеличением напряженности магнитного поля, то необходимая величина смещения инерционного тела по вертикальной оси Z от геометрического центра замкнутого объема, совпадающего с точкой пересечения пространственных осей датчика ускорения, устанавливается путем задания соответствующей напряженности постоянного магнитного поля. Кроме того в магнитной жидкости создают переменное магнитное поле, напряженность которого много меньше напряженности постоянного магнитного поля. Для создания переменного магнитного поля используют катушки индуктивности, размещенные попарно по трем взаимно перпендикулярным осям вокруг замкнутого объема с магнитной жидкостью. Переменное магнитное поле каждой катушки взаимодействует с объемом магнитной жидкости, расположенным под катушкой, имеющим форму, определяемую распределением силовых линий магнитного поля в магнитной жидкости, и "глубину", отграниченную положением инерционного тела. Величина энергозатрат переменного магнитного поля на перемагничивание магнитной жидкости определяется свойствами магнитной жидкости и ее количеством, находящимся в вышеуказанном объеме взаимодействия. Таким образом величина энергозатрат переменного магнитного поля, являющаяся мерой добротности катушки индуктивности, определяется количеством магнитной жидкости в объеме взаимодействия катушки, которое, в свою очередь, зависит от положения инерционного тела внутри замкнутого объема датчика ускорения. При перемещении датчика ускорения в пространстве инерционное тело смещается от положения равновесия из-за возникающих при перемещении ускорений. Смещение инерционного тела приводит к изменению добротностей катушек индуктивности, а следовательно, и переменных составляющих напряжений на каждой из катушек.

Пусть действие ускорения, направленного вдоль оси X, привело к смещению инерционного тела влево от положения равновесия. При этом толщина слоя магнитной жидкости под левой катушкой, расположенной по оси X, уменьшится, а под правой - возрастет, что приведет к уменьшению количества магнитной жидкости в объеме взаимодействия левой и увеличению количества магнитной жидкости в объеме взаимодействия правой катушки индуктивности. Следовательно, добротность и переменное напряжение на левой катушке возрастут, а добротность и переменное напряжение на правой катушке - уменьшатся. По зарегистрированным изменениям переменных составляющих напряжений на катушках, расположенных по оси X, определяют величину ускорения, действующего вдоль оси X, в соответствии с формулой:
a_x=p•[(U_x1-U_x1 ⁰)- (U_x2-U_x2 ⁰], (1)
где p - коэффициент, определяемый геометрическими размерами элементов датчика ускорения и свойствами магнитной жидкости при заданной величине постоянной составляющей магнитного поля в магнитной жидкости,
U_xi - текущее значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси X,
U_xi ⁰ - значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси X в состоянии покоя.

Компоненты ускорения a_y, a_z, направленные вдоль осей Y и Z, определяются по формулам, аналогичным (1).

Рассмотрим вращение датчика ускорения вокруг оси X. Пусть плотность инерционного тела выше плотности магнитной жидкости. При этом инерционное тело оказывается смещенным вниз по оси Z от геометрического центра замкнутого объема. Пусть датчик ускорения повернут вокруг оси X по часовой стрелке на некоторый угол (не превышающий 90^o). При этом расположенная по оси Y катушка индуктивности окажется "дальше", а расположенная справа - "ближе" от инерционного тела, следовательно количество магнитной жидкости в объеме взаимодействия левой катушки возрастет, а правой - уменьшится. Следовательно, добротность и переменное напряжение на правой катушке возрастут, а добротность и переменное напряжение на левой катушке - уменьшатся. По зарегистрированным изменениям переменных составляющих напряжений на катушках, расположенных по оси Y, определяют направление вращения (по знаку результата) и величину угла поворота датчика ускорения вокруг оси Y, которые в совокупности являются угловой координатой датчика ускорения, в соответствии с формулой:
ψ_x = P•[(U_y1-U_y1 ⁰)- (U_y2-U_y2 ⁰)], (2)
где P - заранее определенный в зависимости от угла поворота переменный параметр, зависящий от геометрических размеров элементов датчика ускорения и свойств магнитной жидкости при заданной величине постоянной составляющей магнитного поля в магнитной жидкости,
U_yi - текущее значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси Y,
U_yi ⁰ - значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси Y при нулевом значении угла поворота датчика ускорения вокруг оси X.

Угловую координату ψ_y, описывающую поворот датчика ускорения вокруг оси Y, определяют по формуле, аналогичной (2). Поскольку зависимость ψ (U_y1, U_y1 ⁰, U_y2, U_y2 ⁰) носит периодический характер с периодом 180^o, то однозначное определение углов поворота датчика ускорения вокруг осей X и Y возможно при выполнении условия - 90^o < ψ_i < 90^o. При повороте датчика ускорения на угол, превышающий 180^o, для обеспечения однозначного определения величины угла поворота необходимо подсчитывать число пройденных экстремумов зависимости ψ (U_y1, U_y1 ⁰, U_y2, U_y2 ⁰). Подсчет пройденных экстремумов может выполняться как программным обеспечением реализующего предлагаемый способ устройства, так и программным обеспечением ЭВМ, на которую поступает координатная информация.

Рассчитанные по формулам (1) и (2) значения трех компонентов линейного ускорения и угловых координат датчика ускорения объединяют в "пакет", который передают на ЭВМ. Полученная информация интерпретируется программным обеспечением ЭВМ в соответствии с решаемой данным пакетом программного обеспечения задачей.

Рассмотрим упрощенную модель процесса определения угловых координат датчика ускорения на примере поворота на 90^o вокруг оси Y. Пусть замкнутый объем датчика ускорения имеет форму сферы радиусом 2r, а инерционное тело - форму шара радиуса r. Пусть в положении равновесия центр инерционного тела смещен от центра замкнутого объема по вертикальной оси Z на r/2. Кроме того предположим, что рассеиваемая в магнитной жидкости мощность P переменного магнитного поля каждой катушки индуктивности пропорциональна расстоянию от внутренней поверхности замкнутого объема до инерционного тела 1, измеренному по оси каждой катушки индуктивности, то есть P_i = K•l_i. В случае, когда величина добротности катушки определяется в основном количеством и свойствами магнитной жидкости, можно сказать, что P_i = k•i_i ²•Ri, где i_i - амплитуда переменной составляющей тока катушки, R_i - эквивалентное сопротивление шунтирования катушки, определяемое магнитной жидкостью. При равенстве амплитуд переменных составляющих токов через каждую катушку индуктивности получаем, что l₁/l₂=R₁/R₂, или в соответствии с законом Ома, l₁/l₂=U₁/U₂, где U_i - амплитуды переменных составляющих напряжений на катушках. Рассмотрим два положения датчика ускорения:
1) Ось X расположена горизонтально, ось Z - вертикально.

2) В результате поворота вокруг оси Y ось X расположена вертикально (поворот на 90^o по отношению к положению 1).

Для катушек, расположенных по оси X, легко показать, что в случае (1) расстояния до инерционного тела от каждой катушки индуктивности равны: l₁ = l₂ = 2r-√3r/2 = r×(4-√3)/2 .
В случае (2) по принятым условиям модели l₁ = r/2, l₂ = 3r/2.

При этом в случае (1) амплитуды переменных составляющих напряжений на катушках равны U₁=U₂=k•i•l₁ = k•i•r•(4 - √3 )/2 = U₀; соответственно в случае (2) U₁ = k•i•r/2, U₂ = 3•k•i•r/2.

Для численной оценки значения угла поворота датчика ускорения используем величину Δ U = U₁-U₂, при этом в случае (1) Δ U = 0, а в случае (2) Δ U = k•i•r.

Таким образом при повороте датчика ускорения вокруг оси Y на 90^o происходит изменение Δ U с 0 до ± k•i•r (знак результата определяет направление вращения), причем по сравнению с амплитудой сигнала на каждой из катушек, соответствующей нулевому углу поворота датчика ускорения, величина изменения составляет Δ U/U₀ = 2•(k•i•r)/(k•i•r)/(4 - √3 ) = 0,882, или 88% от исходного уровня сигнала. Таким образом проведенная оценка доказывает высокую чувствительность предлагаемого способа определения углов поворота датчика ускорения вокруг осей X и Y. Кроме того при повороте датчика ускорения разность переменных составляющих напряжений на соответствующих катушках пропорциональна величине угла поворота, а при перемещении датчика ускорения в пространстве разность переменных составляющих напряжений на катушках, расположенных по оси, вдоль которой действует вызванное перемещением ускорение, пропорциональна величине ускорения. Следовательно, сигналы, содержащие информацию о перемещении и вращении датчика ускорения, легко разделить по спектру, что упрощает их регистрацию и расчет по полученным данным угловых координат, предназначенных для передачи на ЭВМ.

Из вышесказанного следует, что предлагаемый способ ввода информации в ЭВМ обеспечивают независимое восприятие перемещения по трем пространственным координатам и поворотов вокруг двух пространственных осей, таким образом выходной сигнал устройства содержит информацию о пяти независимых координатах.

Использование оценки перемещений инерционного тела по изменению добротностей соответствующих катушек индуктивности обеспечивает высокую чувствительность устройства.

Предлагаемый способ может быть использован для ввода координат, графической и управляющей информации, следовательно реализующее предлагаемый способ устройство является удобным инструментом для работы с интерактивными пакетами, требующими управления объектами в пространстве (компьютерные игры, объемное конструирование и т. д.).

Предлагаемый способ ввода информации в ЭВМ реализуется с помощью устройства, функциональная схема которого представлена на чертеже. Приняты следующие обозначения: U_x1, U_x2 - напряжения на выходах датчика ускорения, соответствующих оси X; U_y1, U_y2 - напряжения на выходах датчика ускорения, соответствующих оси Y; U_z1, U_z2 - напряжения на выходах датчика ускорения, соответствующих оси Z.

Устройство для ввода информации в ЭВМ содержит датчик ускорения 1, включающий симметричное инерционное тело - шар 2, выполненное из немагнитного материала (например, из пластмассы), которое помещено в замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью 3, и три пары источников магнитного поля 4, расположенных попарно вокруг замкнутого объема с магнитной жидкостью 3 по трем взаимно перпендикулярным осям, блок преобразования сигнала 5 и переключатели 6, причем источник магнитного поля 4 содержит последовательно соединенные генератор тока 7 и катушку индуктивности 8, вход которой является выходом источника магнитного поля 4, кроме того блок преобразования сигнала 5 включает 6-канальный АЦП 9, вычислитель 10, последовательный интерфейс 11, преобразователь уровней 12 и входной регистр 13, входы которого являются цифровыми входами блока преобразования сигнала 5, аналоговые входы блока преобразования сигнала 5 являются входами АЦП 9, выход которого соединен двунаправленной шиной с вычислителем 10, входным регистром 13 и последовательным интерфейсом 11, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом преобразователя уровней 12, вход и выход которого являются входом и выходом устройства, причем выходы датчика ускорения 1 соединены с аналоговыми входами блока преобразования сигнала 5, цифровые входы которого подключены к выходам переключателей 6, один из которых выполняет функцию индикатора использования устройства оператором, а остальные формируют сигналы управления программным обеспечением ЭВМ.

Для регистрации изменений добротности катушка индуктивности 8 может быть включена в параллельный резонансный контур.

Аналоговые выходы блока преобразования сигнала 5, являющиеся выходами 6-канального ЦАП 14, подключены к управляющим входам источников магнитного поля 4, которые являются входами генераторов тока 7, а цифровые входы ЦАП 14 соединены двунаправленной линией связи с вычислителем 10.

Различные варианты реализации управляемого напряжением генератора тока 7 на транзисторах и/или на операционных усилителях приведены в И. Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники" в 3-х томах, М., "Мир", 1993 г.

В качестве основы блока преобразования сигнала 5 может быть использована микросхема МС68НС05В6, последовательные вход и выход которой подключены соответственно к выходу и входу преобразователя уровней, выполненного, например, на микросхеме ADM203. Микросхема МС68НС05В6 представляет собой 8-разрядный однокристалльный микроконтроллер, содержащий микропроцессорное ядро НС05,6 КБайт ПЗУ программ, 176 Байт ОЗУ, 8-канальный 8-разрядный АЦП с внутренним источником опорного напряжения, многофункциональный таймер, тактовый генератор, для работы которого достаточно подключить внешний кварцевый резонатор с пассивными фильтрующими цепями и последовательный интерфейс типа RS-232. Схема включения и подробное описание микроконтроллера приведены в "MC68HC05B6/D Technical Data" Rev. 3, 1995 г.

В качестве входящего в состав блока преобразования сигнала 5 6-канального ЦАП 14 может быть использована микросхема AD7228A, представляющая собой 8-канальный 8-разрядный ЦАП с внутренним источником опорного напряжения, работающий от единственного источника питания + 5В.

Для создания в блоке преобразования сигнала дополнительных аналоговых входов может быть использована одна или несколько микросхем AD7828, представляющих собой 8 -канальное 8-разрядное АЦП, работающее от единственного источника питания + 5В, причем в качестве необходимого для работы АЦП опорного напряжения можно использовать отфильтрованное напряжение питания + 5В.

Технические характеристики микросхем AD7228A и AD7828 приведены в "1996 short form designer's guide". Analog Devices 1996 г.

Микросхема ADM203, содержащая два канала преобразования логических сигналов с уровнями 0-+5В в сигналы стандарта RS-232 и два канала преобразования сигналов стандарта RS-232 в логические сигналы с уровнями 0 -+5 В работает от единственного источника питания + 5 В и не требует внешних пассивных элементов. Технические характеристики и схема включения ADM203 приведены в "ADM2XXL Family for RS - 232 Communications" Rev. 0, 1994 г.

Устройство для ввода информации в ЭВМ, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Когда корпус устройства неподвижен и ось Z датчика ускорения 1 направлена вертикально, немагнитное инерционное тело 2 смещено от геометрического центра заполненного магнитной жидкостью 3 объема датчика ускорения 1 по оси Z. Такое положение инерционного тела обеспечивается созданием в магнитной жидкости 3 магнитного поля, напряженность которого нарастает от геометрического центра датчика ускорения 1, что приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на инерционное тело 2 со стороны распределенного в магнитной жидкости 3 магнитного поля и направленной к центру датчика ускорения, причем величина этой силы растет по мере удаления от геометрического центра датчика ускорения 1. Симметричная (например, шарообразная) форма инерционного тела 2, находящегося в сферическом объеме магнитной жидкости 3, обеспечивает приблизительное равенство толщины слоя магнитной жидкости 3 под каждым источником магнитного поля 4, расположенным по осям X и Y, в качестве которого использован генератор тока 7, нагруженный катушкой индуктивности 8, которая закреплена на поверхности замкнутого объема. Для измерения добротности катушек выходной сигнал генератора тока 7 содержит переменную составляющую. Амплитуда переменной составляющей выходного сигнала каждого генератора много меньше амплитуды постоянной составляющей (в случае использования в источнике магнитного поля 4 постоянного магнита выходной сигнал генератора тока может содержать только переменную составляющую, что позволяет снизить энергопотребление устройства). Амплитуды переменных составляющих выходного сигнала каждого генератора тока 7 близки между собой. Толщина слоя магнитной жидкости 3 под каждым источником магнитного поля 4, расположенным по осям X и Y, практически одинакова, что обеспечивает незначительный разброс добротностей соответствующих катушек индуктивности 8, следовательно, в состоянии покоя амплитуды переменных напряжений на соответствующих осям X и Y выходах датчика ускорения 1 практически равны. Поскольку для расчетов по формулам (1) и (2) используют фактические значения напряжений "покоя" на соответствующих катушках, то возникающая из-за разностей геометрических размеров и неточности регулировок разность добротностей катушек практически не увеличивает погрешности расчета результатов, кроме того разность добротностей катушек, расположенных по оси Z, обусловленная смещением инерционного тела 2 по вышеуказанной оси, не приводит к ошибочным результатам определения действующего вдоль оси Z ускорения. Угловая балансировка датчика ускорения 1 и регулировка динамического диапазона его выходных сигналов, выполняемая путем регулировки переменных составляющих сигнала генераторов тока, может осуществляться:
- по командам ЭВМ, поступающим с последовательного входа устройства, или программным обеспечением блока преобразования сигнала 5 путем изменения напряжений на выходах ЦАП 14, управляющих генераторами тока 7,
- непосредственной "ручной" настройкой параметров генераторов тока 7.

Для сопряжения динамического диапазона изменения выходных напряжений датчика ускорения 1 с фиксированной шкалой АЦП микроконтроллера, входящего в состав блока преобразования сигнала 5, в блок АЦП 9 может быть включен 6-канальный усилитель переменного напряжения, включенный последовательно с входами АЦП микроконтроллера. С целью повышения соотношений (сигнал/шум) и (сигнал/помеха) на входе АЦП усилитель может включать активный фильтр. Для снижения требований к точности изготовления деталей и узлов датчика ускорения 1 и регулировке каналов усилителя, входящего в состав АЦП 9, фактические амплитуды напряжений на выходах датчика ускорения 1 в состоянии покоя, преобразованные в цифровую форму АЦП 9, запоминаются и используются для расчетов по формулам (1) и (2), выполняемых вычислителем 10.

Пусть один из переключателей, выполняющий функцию индикатора использования устройства оператором, нажат. Напряжения с выходов датчика ускорения 1, преобразованные АЦП 9 в цифровую форму, поступают в вычислитель 10, где в соответствии с зарегистрированными изменениями амплитуд переменных составляющих напряжений периодически осуществляется процесс вычисления значений компонентов линейного ускорения а = {a_x, a_y, a_z} и угловых координат датчика ускорения ψ = {ψ_x,ψ_y} по формулам (1) и (2), включающий съем информации с каждого канала АЦП 9. Реализующая данный процесс программа хранится в ПЗУ микроконтроллера, входящего в блок преобразования сигнала 5, а необходимые для вычисления промежуточные величины вместе с результатами вычислений - в ОЗУ микроконтроллера. Примененный для реализации блока преобразования сигнала 5 микроконтроллер содержит микропроцессорное ядро НС05, позволяющее выполнять операции сложения, вычитания и умножения; ПЗУ и ОЗУ используемого микроконтроллера достаточно велики, таким образом написание программы вычисления по формулам (1) и (2) не представляет трудности. Программа расчета текущего значения ускорения выполняется вычислителем 10 через равные промежутки времени (величина промежутка формируется с помощью многофункционального таймера, который так же входит в состав микроконтроллера). Рассчитанные значения трех компонентов линейного ускорения, углов поворота вокруг осей X и Y и данные о состоянии переключателей 6 (например, нажатому оператором переключателю соответствует логический "0", а не нажатому - логическая "1"), объединяются программным обеспечением вычислителя 10 в пакет, который поступает на вход последовательного интерфейса 11 (реализованного в используемом микроконтроллере аппаратно), выполняющего преобразование параллельного двоичного кода в последовательный и добавление к пакету служебной информации (данные для синхронизации, обнаружения и исправления ошибок и т. д. ). С выхода последовательного интерфейса 11 пакет поступает на вход преобразователя уровней 12, преобразующего сигналы 5 В логики в соответствии с требованиями применяемого последовательного интерфейса. По линии связи пакет информации передается на ЭВМ, программное обеспечение которой интерпретирует полученные данные в соответствии с решаемой задачей. Например, программное обеспечение ЭВМ использует поступающую от предлагаемого устройства информацию для управления положением объекта в трехмерном пространстве, при этом перемещение управляемого объекта осуществляется только тогда, когда кнопка, управляющая одним из переключателей 6, нажата оператором (кнопка индикации использования устройства). Нажатие оператором других кнопок обеспечивает выделение объектов, работу с "всплывающими" меню и т. д. Общее количество переключателей 6 и соответствующих им кнопок может составлять до 5 (n ≅ 5).

Использование нескольких датчиков ускорения в составе реализующего предлагаемый способ устройства для ввода информации в ЭВМ позволяет создать "виртуальный костюм" (датчики ускорения закреплены на теле и конечностях оператора), предназначенный для "обучения" роботов, создания тренажеров и компьютерных игр в виртуальной реальности. Необходимые для подключения дополнительных датчиков ускорения 1 каналы АЦП 9 могут быть организованы с помощью мультиплексирования имеющихся каналов АЦП, либо добавлением в состав блока преобразования сигнала 5 микросхем АЦП, цифровые выходы которых подключены к вычислителю 10 двунаправленной шиной.

Таким образом предлагаемый способ ввода информации ЭВМ позволяет осуществлять независимое манипулирование пятью координатами, представленными в виде двух угловых координат ψ = {ψ_x,ψ_y} и трех компонентов линейного ускорения а = {a_x, a_y, a_z}, по которым программным обеспечением ЭВМ могут быть вычислены скорость перемещения устройства в трехмерном пространстве и абсолютные значения трех мерных координат {x, у, z}. Начало отсчета для вычисления координат задается оператором (например, путем удержания оператором кнопки, управляющей одним из переключателей, в нажатом состоянии во время использования устройства).

Примененный механизм регистрации перемещений инерционного тела по изменению добротностей катушек индуктивности обеспечивает высокую чувствительность, а следовательно, позволяет повысить точность ввода в ЭВМ угловых координат.

Изобретение относится к электронике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода координатной, графической информации и команд в ЭВМ. Техническим результатом является обеспечение возможности ввода пространственных и угловых координат. Для этого способ включает в себя следующие операции: создают магнитное поле в магнитной жидкости, при этом магнитное поле имеет такую величину, при которой положение равновесия инерционного тела смещено по вертикальной оси Z от геометрического центра замкнутого объема датчика ускорения, совпадающего с точкой пересечения трех взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, регистрируют переменные составляющие напряжений с помощью размещенных на замкнутом объеме по каждой упомянутой оси соответствующих пар катушек индуктивности, при этом дополнительно регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при повороте датчика ускорения вокруг осей Х или Y с помощью пар катушек, расположенных соответственно по оси Y или X. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ ввода информации в электронно-вычислительную машину, осуществляемый с помощью устройства ввода информации, содержащего датчик, заключающийся в том, что создают постоянное магнитное поле, регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при перемещении устройства ввода информации вдоль любой из взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, на основе упомянутых зарегистрированных изменений переменных составляющих напряжений определяют координаты положения устройства ввода информации, которые передают в электронно-вычислительную машину, отличающийся тем, что датчик выполнен в виде датчика ускорения, содержащего симметричное инерционное тело из немагнитного материала, помещенное в симметричный замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью, упомянутое магнитное поле создают в магнитной жидкости, при этом магнитное поле имеет такую величину, при которой положение равновесия инерционного тела смещено по вертикальной оси Z от геометрического центра замкнутого объема датчика ускорения, совпадающего с точкой пересечения трех взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, упомянутую регистрацию переменных составляющих напряжений осуществляют с помощью размещенных на замкнутом объеме по каждой упомянутой оси соответствующих пар катушек индуктивности, при этом дополнительно регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при повороте датчика ускорения вокруг осей Х или Y, с помощью пары катушек, расположенных соответственно по оси Y или X, упомянутые определяемые координаты представляют собой компоненты линейного ускорения и угловые координаты датчика ускорения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения трех компонентов линейного ускорения и угловых координат датчика ускорения регистрируют изменения добротностей катушек индуктивности, входящих в состав соответствующих пар катушек. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения угловых координат датчика ускорения регистрируют изменения величин индуктивностей катушек индуктивности, входящих в состав соответствующих пар катушек.