Манипулятор с датчиком ускорения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

Для работы на ПК сегодня используют самые разные манипуляторы - "мыши", джойстики, трекболы. В статье описывается еще один тип манипулятора, заменяющий компьютерную "мышь", но ему не требуется ровная горизонтальная поверхность для перемещения. Его можно просто держать в руке, а указатель "мыши" будет перемещаться при наклоне манипулятора в соответствующем направлении. Такой способ управления может оказаться очень эффективным в некоторых компьютерных играх, например, в авиасимуляторах, или как альтернативный манипулятор для ноутбуков.

Предлагаемый манипулятор (его принципиальная схема изображена на рис. 1) выполнен на микроконтроллере (МК) PIC16F84A и интегральном измерителе ускорения (акселерометре) ADXL202E фирмы Analog Devices. Эти приборы представляют собой датчики линейного ускорения и широко используются для измерения углов наклона тел, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. Акселерометр ADXL202E является двухосным на максимальное ускорение по обеим осям ±2g [1 ]. Для удобства сопряжения с МК выходные сигналы этой микросхемы представляют собой прямоугольные импульсы с постоянной частотой повторения. Информация об ускорении передается их относительной длительностью (отношением длительности импульса к периоду колебаний) [2]. Длительность, равная 0,5, соответствует нулевому ускорению.

В настоящее время для устройств типа "мышь" существуют три типа интерфейса: последовательный, PS/2 и USB. Наиболее прост в реализации как с аппаратной, так и с программной точек зрения последовательный интерфейс. Для последовательного интерфейса наиболее распространен протокол "microsoft mouse", представляющий собой последовательную передачу трех байтов в формате 7N1 (семь информационных бит, бита четности нет, один стоп-бит) на скорости 1200 бит/с. Описание информационных байтов дано в табл. 1.

Следует отметить, что лог. 1 в интерфейсе RS-232 соответствует уровню -12, а лог. 0 - +12 В. Диаграмма передачи первого байта, соответствующая нулевому перемещению по осям и нажатой правой кнопке (SB2), показана на рис. 2. Абсолютное большинство современных системных плат имеют интегрированный адаптер последовательного интерфейса, устойчиво работающий при подаче на вход уровней TTL.

Драйвер операционной системы может распознать мышь, установив сигнал RTS, при этом мышь должна вернуть значение 0x4D (символ "М"). Относительное движение мыши посылается как dx (положительное значение означает движение вправо) и dy (положительное значение - движение вниз).

Напряжение питания манипулятора формируется из сигнала RTS с помощью стабилитрона VD1. В процессе работы драйвер мыши поддерживает на этом выходе постоянный уровень+12 В.

Выходные импульсы микросхемы DD1 обрабатываются МК DD2 и преобразуются в сигналы последовательного интерфейса, которые через разъем ХР1 подаются в СОМ порт компьютера. Кнопки SB1, SB2 манипулятора соответствуют левой и правой кнопкам стандартном мыши. Выключателем SA1 можно выбирать характеристику манипулятора - линейную или квадратичную зависимость перемещения указателя от угла наклона манипулятора.

Кратко рассмотрим основные моменты работы управляющей программы МК. После включения питания он настраивает порты ввода/вывода, источники прерываний и выдает в СОМ порт последовательность байт для идентификации себя как устройства типа "мышь". Далее МК ожидает прерывания от микросхемы DD1 и производит замер длительности импульсов, используя встроенный таймер. Одновременно с этим он циклически опрашивает кнопки SB1 и SB2. При изменении состояния любой из них или наличии ненулевого ускорения происходит передача последовательности из трех байт согласно табл. 1. Состояние переключателя SA1 проверяется перед каждой отправкой последовательности байт, что позволяет изменять режим работы манипулятора непосредственно в процессе его использования.

Резистор R1 задает частоту следования импульсов на выходе DD1, R3 защищает порт МК от перегрузки при случайном замыкании проводов в кабеле и разъеме.

Все детали манипулятора, кроме вилки ХР1, смонтированы на печатной плате. Микросхема DD1 расположена на нижней стороне платы (выводами вверх) и ориентирована так, чтобы ее ось X давала перемещения курсора в горизонтальной плоскости, а ось Y - в вертикальной. Нумерация выводов DD1 на рис. 1 соответствует микросхеме в корпусе LCC-8 (в скобках указаны номера выводов при использовании микросхемы в корпусе QC-14). Конденсаторы С1, С2 и резистор R1 должны располагаться в непосредственной близости от микросхемы DD1. В устройстве допустимо применение МК PIC16F84A в любом исполнении. Вилка ХР1 - компьютерная DB-9F. Длина соединительного кабеля - не более 2 м.

Коды управляющей программы МК приведены в табл. 2. При его программировании нужно установить следующие значения бит в конфигурационном слове: тип генератора (OSC) - HS, сторожевой таймер (WDT) выключен, задержка после включения питания (PWRTE) выключена.

(нажмите для увеличения)

Собранное из исправных деталей и без ошибок в монтаже (и, естественно, в программе МК) устройство налаживания не требует. Единственное, что, возможно, придется сделать (при использовании некоторых экземпляров кварцевых резонаторов), это подобрать константу pause в программе МК, отвечающую за формирование скорости обмена. Несоответствие значения зтой константы проявляется в хаотическом перемещении указателя по экрану при неизменном положении манипулятора. Чувствительность в небольших пределах можно изменять подбором резистора R1.

Большинством существующих операционных систем описанный манипулятор определяется как стандартная мышь для последовательного порта и специального драйвера не требует. Следует учесть, что через переходник COM->PS/2 устройство не работает, так как поддерживает только последовательный интерфейс.

Исходный текст программы для МК

Литература

1. ADXL202E, Low-Cost ±2 g Dual-Axis Accelerometer with Duty Cycle Output. - <analog.com>.
2. Воловий А., Врлович Г. Интегральные акселерометры. - Компоненты и технологии, 2002, № 1, с. 66.

Автор: С.Кулешов, г. Курган

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Искусственный интеллект поможет выбрать рецепт 06.09.2017 Ученые Массачусетского технологического института разработали программу, которая может рассказать о рецепте приготовления и ингредиентах блюда по его фотографии. Одновременно с серьезным эффектом для обычных пользователей, решение может принести огромную пользу исследователям. Анализируя выкладываемые в социальные сети фото еды, система искусственного интеллекта, получившая название Pic2Recipe, даст срез о гастрономических особенностях жителей тех или иных стран, регионов и социальных групп. "Кажущиеся нам бесполезными, фотографии в социальных сетях могут дать ценное представление о привычках ухода за здоровьем и диетических предпочтениях, - сказал постдок МТИ Юсуф Айтар (Yusuf Aytar). - Пока же исследования в этой области с помощью современных технологий ведутся не очень успешно, так как отсутствуют сколько-нибудь значительные объемы данных для анализа". Проект ведут две лаборатории МТИ - компьютерных наук и искусственного интеллекта - в сотрудничестве с Катарским исследовательским институтом. Создатели решения отмечают, что на этом этапе оно отлично справляется с распознаванием десертов, в частности - различной выпечки, но пока испытывает трудности с менее распространенными продуктами, вроде суши или смузи. Цель на ближайшую перспективу - научить искусственный интеллект определять способ приготовления (тушили пищу или жарили), а также добавить вариативности в рецептах на тот случай, если у пользователя не будет под рукой необходимых ингредиентов.

Другие интересные новости:

▪ Улучшение теплоизоляции окон

▪ Сам себе батарейка

▪ Автомобиль с защитой от пьяного водителя

▪ Умное вольфрамовое покрытие заменит бумагу

▪ Съедобная посуда

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сварочное оборудование. Подборка статей

▪ статья Стивен Уильям Хокинг. Знаменитые афоризмы

▪ статья В какой стране запрещено сжигать любой флаг, кроме собственного? Подробный ответ

▪ статья Эль-Ниньо и течение Гумбольдта. Чудо природы

▪ статья Настройка антенн с помощью измерителя АЧХ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Необыкновенные золотые рыбки. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026