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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Новые Toshiba Regza - телевизоры с жестким диском 26.05.2006 Toshiba анонсировала три новых модельных ряда из линейки LCD-телевизоров REGZA. Серия С будет включать в себя устройства с диагоналями дисплея от 26 до 37 дюймов, серия Н - от 32 до 47 дюймов, серия Z - от 37 до 47 дюймов. Разрешение в моделях первых двух серий будет 1366х768, что классифицируется производителем как HD Ready, а модели топовой серии Z характеризуются уже как Full HD и будут иметь разрешение 1920х1080. Отличительной особенностью всех новых моделей станет применение фирменной системы TV Meta Brain, фактически означающей наличие в устройстве специализированного компьютера с интерфейсами HDMI и Ethernet, а также жестким диском емкостью 160 Гб. В результате возможна запись цифрового видео как на локальный носитель, так и на разделяемые сетевые ресурсы, и воспроизведение из тех же источников.

Другие интересные новости:

▪ Многократно наносимые и стираемые чернила

▪ Дроны против коронавируса

▪ Самый большой грузовик мира

▪ В Китае испытан аналог Hyperloop

▪ Ветровая энергетика взамен атомной

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Словарь видеоэффектов. Искусство видео

▪ статья Кто такая пчела-царица? Подробный ответ

▪ статья Аэросани. Личный транспорт

▪ статья Простой цифровой мегомметр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Подсветка для выключателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026