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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Окаменевший хлеб 02.07.2007 При раскопках в центре города Реймс (Франция) найдены остатки сгоревшей более 2000 лет назад римской виллы. Огонь пощадил деревянный поднос, на котором лежали булочки и стояли три амфоры, в одной из них - зерна пшеницы. Хлеб, подгоревший при пожаре, за прошедшие века совершенно окаменел.

Другие интересные новости:

▪ Магнит превращает материал из мягкого в твердый

▪ Изоляционный эксперимент по имитации жизни на Марсе

▪ Алмазные детекторы для поиска темной материи

▪ Твердотельные накопители Plextor M8V Plus

▪ 3D-карты AMD Radeon R9 285 (Tonga PRO)

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья Запретный плод сладок. Крылатое выражение

▪ статья Что такое аффирмация? Подробный ответ

▪ статья Первая доврачебная помощь при ожогах, обморожениях. Медицинская помощь

▪ статья Мультивибратор на полевых транзисторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания для автомобильного усилителя, 12/±20 вольт 70 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025