王克權(quán) 楊宏光 苗永康 沈 杰 張 騰

（徐州工程學院，江蘇 徐州 221111）

0 引言

隨著科技的進步，人們的生活慢慢進入科技娛樂化，一些科技含量高的穿戴式設備相繼出現(xiàn)?，F(xiàn)代控制輸入設備都是由多種傳感器將信號攝入到設備中，傳感器傳遞的信號使用最多的是光電信號或者傳感器信號。在體感輸入設備中，大多數(shù)的都劃分為基于攝像頭圖像的或者是基于傳感器技術(shù)的。無線傳感技術(shù)在網(wǎng)絡中的作用，一般是進行二維空間定位，而在三維空間方面技術(shù)也在逐漸成熟，相較于二維空間技術(shù)其數(shù)據(jù)量和復雜程度更高，同時信息量也比更大。所以當前技術(shù)難點是要制造出高性能、低成本、高強度、高穩(wěn)定性的三維立體控制器。

根據(jù)已有的運動識別算法加上微處理器，合理運用無線設備，設計了一種三維立體控制器。本三維立體控制器選用飛思卡爾的KL25Z芯片作為整機的控制單元，設計了底層硬件控制模塊，實現(xiàn)主控單元與MEMS 傳感器數(shù)據(jù)溝通傳輸。在PC 機上制定一套數(shù)據(jù)處理與上位機測試軟件，并且制定與下位機之間的通訊協(xié)議。使用C# 語言在上位機PC 軟件中可以實現(xiàn)3D 基本實物模擬，并且與實物進行互動模擬。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

下位機軟件設計：

下位機軟件完成下位機微處理器的編程。編譯器可以選擇KEIL4、IAR 或者CW MCU v10.5。其主要完成的功能有：液晶驅(qū)動界面或者顯示數(shù)據(jù)；實現(xiàn)LSM330DLC 的數(shù)據(jù)功能驅(qū)動；TSI（電容觸摸技術(shù)）的使用；使用QMX 操作系統(tǒng)等。

1 下位機初始化流程

圖2 初始化流程圖

圖3 任務一、二流程圖

開始上電后，下位機首先配置運行時鐘，時鐘運行為48M。然后初始化系統(tǒng)棧，數(shù)據(jù)等系統(tǒng)參數(shù)。新建三個系統(tǒng)任務。在任務中初始化TSI 模塊，液晶顯示模塊，傳感器LSM330DLC 模塊。初始化加速度和角速度初始值。初始化定時器模塊。進入任務處理循環(huán)中，監(jiān)聽所有消息信號，并處理。

2 下位機消息和數(shù)據(jù)處理流程

在任務循環(huán)中，系統(tǒng)需要處理，串口接收指令事件、發(fā)送事件，傳感器點擊事件，TSI 觸摸事件，IMU 姿態(tài)定時更新處理事件，和圖像顯示事件。

任務一：

讀取傳感器數(shù)值，在每4ms 執(zhí)行一次IMU 姿態(tài)解算，得到解算角度。將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機。

任務二：

實時監(jiān)測觸摸按鍵任務，對觸摸按鍵事件進行監(jiān)聽并處理。

上位機軟件設計

上位機軟件采用C# 編譯器。主要完成的任務有：串口消息的初始化，接收和處理。數(shù)據(jù)的圖標實時顯示和三維控件的顯示，攝像頭的采集數(shù)據(jù)處理。

軟件界面如下圖：

上位機軟件采用C#編譯器。主要完成的任務有：串口消息的初始化，接收和處理。數(shù)據(jù)的圖標實時顯示和三維控件的顯示，攝像頭的采集數(shù)據(jù)處理。

圖4 主控界面

此界面上空白部分是用來顯示數(shù)據(jù)實時圖表，可以用來觀察下位機的數(shù)據(jù)參數(shù)。按鍵“實時顯示”則是開啟顯示的開關(guān)。顯示速度可以通過“顯示速度-”和“顯示速度+”來調(diào)節(jié)刷新數(shù)據(jù)的快和慢。“記錄數(shù)據(jù)開”按鍵是是否將數(shù)據(jù)記錄到緩存中，用來區(qū)別刷新顯示和3D 控件演示使用。“清除數(shù)據(jù)”是清空數(shù)據(jù)緩存中的數(shù)據(jù)，重新開始記錄以后的數(shù)據(jù)。

圖5 3D 運行界面

3D 窗口左上方幾個標簽是數(shù)據(jù)實時顯示。空白部分是軟件執(zhí)行界面。執(zhí)行時，在屏幕中心空白處有一個模擬的3D空間顯示。運行圖如圖5。

3 結(jié)論

經(jīng)過軟硬件運用調(diào)試，本設計基本實現(xiàn)了3D 顯示和三維立體控制。實現(xiàn)了將無線傳感控制器的運動信號轉(zhuǎn)化為通用的幾或更多個控制命令，可以制成通用控制器，應用到三維鼠標等產(chǎn)品上。

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