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专利名称：手持式星空显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及天文探测技术领域中一种显示天体分布图形的电子设备，具体涉及一
种手持式星空显示装置。
背景技术：
普通人一般很难识别夜晚的天空，例如，不能在天空中找到指定名称的星星，尤其 是深空天体。为此，人们发展出多种方式以协助普通人可较容易的识别特定天体。如专利号 us5311203的美国专利提出了一种手持式的电子装置，该装置可以通过一个固定的视筒，观 察实际的天空，同时，该装置包含内置的电子指南针和姿态传感器，可以实时感知视筒轴向 对应的水平方位角和垂直俯仰角，并可结合装置中内置的微处理器和数据库以及用户输入 的时间、经纬度等信息，帮助用户在实际天空中寻找指定的天体，或者识别视筒的中轴所指 向的裸眼可视的天体。当指定的天体进入视筒的视野后，还可将与该天体相关的信息，显示 在一个显示装置上。但该电子装置在实际使用上会有一定的困难其一，指南针的精度会受 制于很多因素，可能会有较大的误差，若视筒的视野中出现多个相似的天体时，用户将无法 准确判断正确的目标，或在用其识别天体时，设备也会出现错误的判断，给出错误的识别结 果；其二，该装置是为定位单个天体而设计的，而且视筒的视野固定且有限，用户无法看到 较大片空域中天体的分布，不利于用户直观的了解天体的相对位置。而专利号us6844822 的美国专利中亦提出了与上述电子装置相似的手持式电子装置，其亦具有同样的缺点。又 如，目前可在个人计算机上运行的多种星空显示软件亦具有类似功能，当用户输入正确的 观测点所在地的经度、纬度、时区、时间等信息后，这些软件都可以在计算机的屏幕上显示 局部天空中的天体分布图形和所显示的天体的名称，而且这些软件一般都可以很方便地改 变视野(屏幕显示所覆盖的实际天空)的大小，通过对比屏幕上显示的天体分布图形和肉 眼看到的实际天空中的天体分布图形，用户就可以很方便地辨识出实际天空中的单个天 体，也可以通过屏幕上显示的多个天体的相对位置，大致确定一些较暗天体在实际天空中 的位置，以便使用望远镜等设备搜寻和观察这些较暗的天体。这样的软件虽然极大的方便 了业余天文爱好者探索夜空，但其仍具有如下的局限性其一，该软件都是在个人计算机上 运行，其体积和重量都会对使用造成不便，其二，这些软件一般是以天空中的一个点为中心 绘制局部空域中的天体分布图形，该中心点的坐标可以用水平方位角和垂直俯仰角表示， 用户需通过键盘或鼠标改变该中心点对应的方位角和俯仰角，来改变显示在屏幕上的局部 天空，这种使用方式，导致用户在无法了解他感兴趣的目标的方位角的情况下，例如在一个 陌生的地方，较难利用该等软件选择显示在图形屏幕上的局部空域。

发明内容
本发明的目的在于提供一种精度较好，能准确判断正确天体目标，可实时显示较 大空域中天体分布，且操作方便的手持式星空显示设备，以克服现有技术中的不足。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案
—种手持式星空显示装置，可以用于显示天空中天体的分布图形，其包括
—点阵式图形显示屏幕，用于显示天体图形分布；
—保存了天体资料的数据库的非挥发性的存储器；
与图形显示屏幕及存储器连接的一微型计算机系统； 其特征在于，所述图形显示装置在绘制的天体分布图形中，采用分时和分类的方法，于各天体图标的旁边显示该天体名称。 该星空显示装置中，将天体分布图形中的各天体按照天体亮度等级分类，分时显示各天体的名称。 该星空显示装置中，首先将天体分布图形中的各天体按单一星体和深空天体分为
两大类，其后再将每一大类中的各天体按照天体亮度等级分类，分时显示各天体的名称。 该手持式星空显示设备可以随时感知设备所指向的方向的水平方位角和垂直俯
仰角，并在一个图形显示屏上，同步地以该方位角和俯仰角所对应的点为中心，描绘该中心
附近区域内的天体分布图形，同时，还可对动态绘制出的天体分布图形进行锁定，在锁定的
同时，该手持式星空显示设备能够记忆该设备所指向的水平方位角和垂直俯仰角，并依据
该水平方位角和垂直俯仰角所对应的天空对应点为中心，在图形屏幕上绘制局部天体分布
图形，而且，屏幕上显示的图形，不再随设备所指向的水平方位角和垂直俯仰角变化，直到
用户取消这种指向锁定状态，在上述指向锁定操作后，用户可以在图形显示屏所显示的天
体分布图形上，选择他所感兴趣的天体的图标，获取该天体的详细信息或执行其他相关的
操作。除了描绘天体分布图形外，本发明的装置还采用分时、分类的方法，在天体分布图形
上显示每个天体的名称。这样的方法有效地实现了在手持该手持式星空显示设备上，在有
限的屏幕分辨率下，既显示天体的名称，又不破坏天体分布图形的可视性。 该手持式星空显示设备具有两种使用模式立式模式和卧式模式，在立式模式下，
图形显示屏的背面指向天空，而较为优化的是，在仰卧式模式下，图形显示屏的背面指向地
面，用户可以用舒适的方式握持本设备，使得参考轴向与用户视线的方向平行，并可抬头观
察天空中天体的分布且视线不受任何遮挡。在上述两种使用模式下，图形显示屏上显示的
天体分布图形，均为用户所面向的实际天空中天体分布的投影。该手持式星空显示设备可
以根据设备的垂直俯仰角的状态，自动在上述两种使用模式间切换。 此外，该手持式星空显示设备还可通过其红外模组单元感应用户，用户先激活"红外触发"模式，然后开始检测传感器输出的开关信号状态，如果红外线传感器没有被触发，则继续查询传感器的状态；如果检测到传感器被触发，则即开始预先选定的播放音频或视频文件。当音频或视频文件播放完成后，则停止播放，再次查询传感器的状态。如果传感器的信号依然有效，则再次启动播放，这样的循环，会持续到传感器的的触发信号消失，即外部红外信号消失，即使用者离开。这样可使该星空显示设备在使用时更为便捷。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于该手持式星空显示设备精度较好，能准确判断正确天体目标，可实时显示较大空域中天体分布，且操作方便。本发明可被广泛应用于天文观察及研究技术领域。


以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。
图1是本发明具体实施方式
中一种手持式星空显示设备具体实施例的外形示意 图； 图2是图1中手持式星空显示设备自身方向轴的示意图； 图3是图1中手持式星空显示设备在地平坐标系统中的坐标示意图； 图4是图1中手持式星空显示设备的立式工作模式示意图； 图5是图1中手持式星空显示设备的仰卧式工作模式示意图； 图6是图1中手持式星空显示设备的电路结构示意图； 图7是图1中手持式星空显示设备的初始化流程示意图； 图8是图1中手持式星空显示设备循环绘制天体分布图形的流程示意图； 图9是图1中手持式星空显示设备筛选待显示天体的流程示意图； 图10是图1中手持式星空显示设备切换工作模式流程示意图； 图11是图1中手持式星空显示设备中红外线传感模组工作流程示意图。
具体实施例方式
如图1所示，该手持式星空显示设备为一长方体形的手持式装置，其包含一个手 持式壳体1、壳体外表面的一侧设置一用于显示天体分布图形的长方形彩色液晶显示屏2、 一滚轮组合开关3和一操作键盘5，壳体内腔设置一微处理器，一随机存储器、一可擦除只 读存储器、一三维姿态传感器部件、一三维磁场传感器部件、一实时时钟电路、一动作提取 电路(Motion Dector)、一红外模组单元、一串行通讯接口和一USB接口，微处理器负责完 成相关的计算和程序处理，它与上述存储器等组件及液晶显示屏相连，并控制它们的运行， 随机存储器用于在微处理器运行时存放机器代码和数据，可擦除只读存储器用于存储待执 行的机器代码、天体资料数据库、该手持式星空显示设备运行所需其他数据，例如，观测点 的经纬度、时区等，以及用户使用该星空显示设备时生成的数据，上述串行通讯接口可以将 该手持式星空显示设备和电动天文望远镜、GPS接收机等设备连接和通讯，USB接口可用于 与计算机通讯。 上述滚轮组合开关3由一个旋转式增量编码器和一个按钮开关组成，旋转式增量 编码器包括两个开关以及一个转盘，转动组合开关上的转盘时，两个开关会给出两个相位 不同的连续变化的开关信号，其他设备可以根据这两个开关信号的相位，和开关状态变化 的次数，解析出转盘转动的方向和角度，转盘被垂直按下或释放时，可以接通或断开按钮开 关，即按钮开关等效于一个可自复位的按钮开关。上述操作键盘5由多个按键组成，如四个 方向按键、一菜单按键、一取消按键， 一确认按键、一设备按键等，这些按键均分别与一可自 复位的开关相连。 上述三维姿态传感器部件和由三维磁场传感器部件分别由三个传感轴向正交的 加速度传感器和三个传感轴向正交的磁场传感器组成，在本该手持式星空显示设备处于静 止或匀速运动状态下，该等加速度传感器可以检测三个正交的轴向上的地球重力加速度分 量，磁传感器可以检测三个正交的轴向上的磁场分量，上述三个加速度传感器及三个磁场 传感器的三个正交轴向与该手持式星空显示设备自身的三个参考轴向平行且正方向一致。
上述手持式星空显示设备自身的三个参考轴向的定义如图2所示，显示屏2安装 在外壳1内，参考轴向40垂直于显示屏的表面，其正方向与用户的视线一致，参考轴向41与显示屏2的竖边49和51平行，同时也垂直于参考轴向40，其正方向是从显示屏2的下横 边52指向上横边50，参考轴向42平行于显示屏2的横边50和52，同时也垂直于参考轴向 40和41，其正方向是从竖边49指向竖边51，而该手持式星空显示设备的参考原点53是显 示屏2表面的中点，也是参考轴向40， 41 ， 42的交点。 又，如图3所示，该手持式星空显示设备的参考原点53位于地平面43上，以参考 原点53为中心，地平面43上的参考方向线44指向正北方，它与地球自转轴地平面上的投 影重合，地平面43上的参考方向线55是设备所处地点处的地磁场的矢量在地平面43上的 投影，即磁北方向，假设本设备的参考轴向40指向天空中的一个点，那么参考轴在地平面 上有一个投影线46，投影线46与参考方向线44的夹角为方位角48，投影线46与参考方向 线55的夹角为磁方位角54，从北向东旋转为方位角48和磁方位角54增加的方向，投影线 46与参考轴向40的夹角为俯仰角47，从地平面向天顶旋转的方向为俯仰角47增加的方 向，横滚角45为参考轴向42从水平状态开始，以参考轴向40为转轴所转过的角度。
该手持式星空显示设备具有两种工作模式，即立式工作模式和仰卧式工作模式， 如图4和图5所示，在立式工作模式时，该手持式星空显示设备的参考轴向40指向天空，而 参考轴向42与水平面基本平行或只有较小角度的倾斜；当处于仰卧式工作模式时，该手持 式星空显示设备的参考轴向40指向地平面，参考轴向41指向天空，参考轴向42与水平面 基本平行或只有较小角度的倾斜。 该手持式星空显示设备中的电路结构如图6所示，上述三维姿态传感器部件和三 维磁场传感器部件通过接口电路与微处理器相连接，液晶显示屏、随机存储器、可擦除只读 存储器、串行通讯接口 、 USB接口 、实时时钟电路和滚轮组合开关均与微处理器连接。
该手持式星空显示设备进行星空显示的工作流程如下 a.初始化流程如图7所示，启动该手持式星空显示设备，确定该设备中实时时钟 显示的用户所在区域的时区、时钟与实际情况是否一致，若不一致，则通过操作键盘对实时 时钟进行调整，尔后读取或设定经、纬度、海拔高度数据等，该等数据可以是有用户输入，或 是从可擦除存储器中读出，微处理器依据观测点的经、纬度和海拔高度数据计算出观测点 处的地球磁场的磁偏角，以便后续的程序计算设备的方位角； b.天体分布图形绘制流程如图8所示，微处理器首先通过接口电路读取三维姿 态传感器的数据，依据这些数据，首先判断该手持式星空显示设备的当前工作模式，以立式 工作模式为例，微处理器利用三维姿态传感器传输的数据，计算出指向轴所在地平坐标系 中(即参考轴向)的俯仰角和横滚角，同时微处理器通过接口电路读取三维磁场传感器的 数据，并结合上述俯仰角和横滚角，计算出参考轴向相对于地球磁场的磁方位角，将上述磁 方位角加上步骤a中计算出的磁偏角后，即可得到参考轴向的方位角，将上述俯仰角和方
位角与在先记录的俯仰角和方位角比较，判断本设备的参考轴向是否转过较大的角度，如 果转过的角度不大，则重新开始一轮方位角和俯仰角的采样计算，如果转过较大的角度，则 计算参考轴向所对应方向的时角和赤纬，微处理器读取实时时钟的数据，并结合初始化程 序中的经、纬度、海拔高度数据等数据计算出本地恒星时，依据本地恒星时和参考轴向对应 的时角、赤纬，则可计算出参考轴向所指向的赤经、赤纬坐标，以这一赤经、赤纬坐标为中 心，微处理器可以检索可擦除存储器中存储的天体数据库，生成可以在屏幕上显示的天体 的清单，依据这一清单，微处理器将天体分布图形绘制在显示屏上，用户选择是否暂时冻结当前的天体分布图形显示，并通过滚轮组合开关上的按钮开关实现或解除该冻结操作，如果选择不冻结，则再次从读取三维姿态传感器数据重新执行上述流程，如果选择冻结，则微处理器暂时保留显示屏上的星空显示不再跟随传感器的数据变化，同时，也保存最近一次计算出的参考轴向的方位角和俯仰角，以及最近一次生成的可在显示屏上显示的天体的清单，再执行其他操作，比如，利用该手持式星空显示设备在显示屏上的天体分布图形上叠加显示一个光标，用户以设置在操作键盘上的方向键移动这个光标，使其定位在天体分布图形中的一个特定的天体上，然后微处理器可以从天体数据库中搜寻并向用户提供该天体的更多的信息，由于保存了参考轴向的方位角和俯仰角，微处理器就可以计算出任意一个屏幕坐标所对应的天空的方位角和俯仰角，所以，用户也可以使用滚轮键命令本该手持式星空显示设备放大或縮小以屏幕光标处为中心的局部天空的天体分布图形，其中的放大操作可以在屏幕上提供该局部天空的更祥细的天体分布图形，縮小操作将增加屏幕图形所覆盖的局部天空的范围，用户可以在执行完其他操作后，再次控制该手持式星空显示设备从读取三维姿态传感器数据开始循环执行上述流程。
如图9所示，利用该手持式星空显示设备筛选待显示天体的流程为 首先由微处理器读取天体数据库内一个天体赤经、赤纬坐标，并依次计算本地恒
星时、天体的时角； 依据该天体时角和天体赤纬坐标，微处理器计算该天体的方位角和俯仰角，而后计算出天体投影到显示屏上的坐标，根据这一屏幕坐标，微处理器判断该天体是否可出现屏幕范围内； 如果该天体投影在显示屏范围外，则微处理器将结束检索； 而如果该天体投影到显示屏范围内，则将该天体的有关信息存储到一个清单中，该等信息包括计算天体投影到显示屏上的坐标以及该天体的数据在天体数据库内的位置，随后，微处理器将判断是否已经检索到数据库末尾，如果未检索到数据库末尾，则准备读取数据库中下一个天体的数据，如果已检索到数据库末尾，则结束检索数据库，并以生成的待显示天体的清单绘制天体分布图形。 在该筛选待显示天体流程中，显示屏中心的坐标对应于计算参考轴向的俯仰角、横滚角和方位角的投影。 又，因该手持式星空显示设备是一个手持式设备，其配备的液晶显示屏的屏幕分辨率一般在320X24像素，当屏幕中显示的天体数目较多时，如果需要同时在屏幕上显示全部天体的名称，则会造成屏幕显示较为混乱，不易看清天体分布的情况。因此，本该手持式星空显示设备可采用分类、分亮度、分时的方法循环显示天体的名称，例如，按下列顺序循环显示天体的名称 显示亮度高于1. 0等的恒星和行星的名字，显示2秒后，让这些名字消失；
显示亮度介于1. 0和2. 0等的恒星的名称，显示2秒后，让这些名字消失；
显示亮度介于2. 0和3. 0等的恒星的名称，显示2秒后，让这些名字消失；
显示亮度高于6等的深空天体，如星系、星云星簇等的名称，显示2秒后，让这些名字消失； 显示亮度介于6等和8等的深空天体，如星系、星云星簇等的名称，显示2秒后，让这些名字消失；
回到第一步。 通过采用这种方法，可以使得显示屏上不会同时出现大量的天体的名字，天体分 布图形的显示效果不会被破坏。 上述说明中，均是以该手持式星空显示设备在立式工作模式下的工作方式为参照 说明该设备的工作原理，这种立式使用方式具有屏幕显示的天体分布图形与背景天空一致 的特点，在使用上的感觉非常直观。但较为优化的方式是该手持式星空显示设备的第二种 使用模式，即仰卧式使用模式，这种使用方式不必将该手持式星空显示设备举高使用，亦不 会导致设备本体也遮挡视线。在仰卧式使用模式下，该手持式星空显示设备的参考轴向40 指向地平面以下，并不再作为该设备的指向轴，而以参考轴向41作为指向轴，该设备所指 方向的俯仰角47为参考轴向41与地平面之间的夹角，其横滚角45为参考轴向42从水平 状态起，围绕参考轴向41旋转的角度，而该设备所指方向的方位角为参考轴向41在地平面 43上投影与正北参考方向线44之间的夹角。在仰卧式使用模式下，计算俯仰角47、横滚角 45以及方位角48的流程和方法，与立式使用模式下是相似的。在仰卧式工作模式下，用户 可以用舒适的方式握持本设备，使得参考轴向41与用户视线的方向平行，用户可以抬头观 察天空中天体的分布而不被本设备遮挡视线，然后低头观看本设备的屏幕2上显示的对应 空域的天体分布图形，查找天体名称等信息。 需要说明的是，该手持式星空显示设备除了具备上述两种工作模式外，还可以自
动在这两种模式之间切换。如图io所示，微处理器读取三维姿态传感器数据，并计算参
考轴向40与地平面43的夹角A，设该手持式星空显示设备初始为立式工作模，判断夹角A < -10度，则改为仰卧式工作模式，而若夹角A > +10度改为立式工作模式，待选定该手持 式星空显示设备的工作模式后，即进行后续流程，如计算参考轴向的俯仰角和横滚角等。
该手持式星空显示设备中红外模组单元包括一红外线传感器，该红外线传感器与 微处理器连接，红外传感器输出一随外部红外信号强度而变化的模拟信号，当该信号到达 一定幅度时，则触发一开关信号，并发送到数据处理单元，以驱动该星空显示设备工作。如 图11所示，该手持式星空显示设备在使用时，用户先激活"红外触发"模式，并开始检测传 感器输出的开关信号状态，如果红外线传感器没有被触发，则继续查询传感器的状态；如果 检测到传感器被触发，则立即开始预先选定的播放音频或视频文件。当音频或视频文件播 放完成后，则停止播放，重新查询传感器的状态。如果传感器的信号依然有效，则再次启动 播放，这样的循环，会持续到传感器的触发信号消失，即外部红外信号消失。
以上实施例仅仅是本发明技术方案中优选的一种，通过此例的启示，本领域技术 人员可以提出多种与本发明类同的各种方案，应当说明，凡是与本发明构思相同的技术方 案，都在本发明权利要求书保护范围之内。
权利要求
一种手持式星空显示装置，可以用于显示天空中天体的分布图形，其包括一点阵式图形显示屏幕，用于显示天体图形分布；一保存了天体资料的数据库的非挥发性的存储器；与图形显示屏幕及存储器连接的一微型计算机系统；其特征在于，所述星空显示装置在绘制的天体分布图形中，采用分时和分类的方法，于各天体图标的旁边显示该天体名称。
2. 根据权利要求1所述的手持式星空显示装置，其特征在于该星空显示装置中，将天 体分布图形中的各天体按照天体亮度等级分类，分时显示各天体的名称。
3. 根据权利要求1或2所述的手持式星空显示装置，其特征在于该星空显示装置中，首 先将天体分布图形中的各天体按单一星体和深空天体分为两大类，其后再将每一大类中的 各天体按照天体亮度等级分类，分时显示各天体的名称。
全文摘要
本发明涉及一种手持式星空显示装置，可以用于显示天空中天体的分布图形，其包括一点阵式图形显示屏幕，用于显示天体图形分布；一保存了天体资料的数据库的非挥发性的存储器；与图形显示屏幕及存储器连接的一微型计算机系统；该星空显示装置在绘制的天体分布图形中，采用分时和分类的方法，于各天体图标的旁边显示该天体名称。本发明精度较好，能准确判断正确天体目标，可实时显示较大空域中天体分布，且操作方便，可被广泛应用于天文观察及研究技术领域。
文档编号G01C21/02GK101770726SQ20101010564
公开日2010年7月7日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者沈达忠 申请人:苏州信达光电科技有限公司