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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива По пятницам выходить из больницы опасно 04.09.2002 Пациент, выписанный из больницы в пятницу, имеет много шансов в течение месяца опять вернуться в палату или даже умереть. К такому выводу пришли канадские медики, изучив статистику выписки из местных больниц. Сотрудники Торонтского университета собрали данные за последние 10 лет на 2,4 миллиона канадцев, попавших в больницу по срочным показаниям. Оказалось, что в течение месяца после выхода из больницы 5,4 процента пациентов были вынуждены вернуться в палату после нового приступа болезни, а 1,7 процента скончались. Причем главным образом это те, кто выписался в пятницу. Частично, говорят исследователи, дело в том, что в пятницу из больниц отпускают больше людей, чем в любой другой день недели. Видимо, пациенты не хотят проводить лишние выходные в больнице. Но не исключено, что и врачи торопятся к новой рабочей неделе освободить побольше "койко-мест" и выписывают тех, кому не помешало бы провести под надзором медиков еще несколько дней. Кроме того, по выходным поликлиники работают по облегченному варианту. И даже родственники, которые могли бы присматривать за только что выписанным человеком, в выходные нередко куда-либо уезжают или уходят.

Другие интересные новости:

▪ Умное кресло Sharp

▪ Электрический самокат Xiaomi

▪ Захватывающие фильмы отключают мозг

▪ Самый легкий планшет в мире

▪ 3D-печать материалами разных цветов и свойств

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Личный транспорт: наземный, водный, воздушный. Подборка статей

▪ статья Театр одного актера. Крылатое выражение

▪ статья Почему лук заставляет нас плакать? Подробный ответ

▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ). Справочник

▪ статья Обезжиривание овчин и шкурок. Простые рецепты и советы

▪ статья Втирание монеты в глаз. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025