一種基于微加速度計的無(wú)線(xiàn)教鞭系統設計

　　3 系統軟件設計

　　3.1 遠端子系統軟件設計

　　3.1.1 發(fā)送和接收模塊

　　無(wú)線(xiàn)RF射頻收發(fā)模塊nRF24L01通過(guò)SPI總線(xiàn)連接用戶(hù)端和主機端，在使用時(shí)要分別對其配置，用戶(hù)端配置為發(fā)射模式，主機端配置為接收模式，并且要嚴格按照其數據格式及流程發(fā)送和接收數據。

　　3.1.2 微加速度計模塊

　　1)寄存器中數據的重建

　　微加速度計ADXL345與微處理器之間通過(guò)I2C總線(xiàn)連接，它們之間的數據傳輸需要遵循I2C總線(xiàn)協(xié)議，寄存器0x32至寄存器0x37分別保存x、y、z軸輸出數據，輸出數據為二進(jìn)制補碼，DATAx0為最低有效字節，DATAx1為最高有效字節，其中x代表X、Y或Z。因為ADXL345為16位數據格式，從數據寄存器中獲取加速度數據后，用戶(hù)必須對數據進(jìn)行重建。我們利用接口函數Multiple_read_ADXL345()多字節連續讀取寄存器的數據，然后將高字節左移8位和低字節8位相或的方法對數據重建，且對我們來(lái)說(shuō)，只需X和Z方向的加速度數據即可，程序如下：

　　ADXL345_DataReconstrution()

　　{ unsigned int Acceleration[2];

　　Multiple_Read_ADXL345();

　　Acceleration[0]=BUF[1];

　　ACCeleration[0]=(ACceleration[0]<<8)|BUF[0];

　　Acceleration[1]=BUF[5];

　　Acceleration[1]=(Acceleration[1]<<8)|BUF[4];

　　}

　　2)微加速度計ADXL345與普通鼠標精度的比較

　　現在市面上普通光學(xué)鼠標主流分辨率為400DPI，即每移動(dòng)1英寸可反饋400個(gè)不同點(diǎn)的坐標，也即該鼠標的分辨率為25.4 mm/400=0.06 35mm。而ADXL345采用13位或10位的分辨率模式，此模式可以通過(guò)DATA_FORMAT寄存器(地址0x31)進(jìn)行設置，除此之外，該寄存器還可以沒(méi)置g的范圍，有±2 g，±4 g，±8 g，±16 g，該教鞭選擇10位模式，±2 g已經(jīng)能滿(mǎn)足對分辨率的要求，此時(shí)分辨率為4g/1024LSB=3.9mg/ LSB，我們是將采集到的加速度數據采用16進(jìn)制數字方式存儲在寄存器中，然后取出數據重建劃分步長(cháng)后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳送至接收端控制鼠標的移動(dòng)，而USB鼠標報告描述中規定，若接收到的數據為1則移動(dòng)一個(gè)像素，假設尺寸為300mm*190 mm的14寸顯示器，分辨率設置為1 024*768，那么橫向最小點(diǎn)間距為300 mm/1 024=0.293 0 mm，雖然這個(gè)數據沒(méi)有普通光學(xué)鼠標高，但是對于一般教鞭已經(jīng)足夠，最重要的是我們可以通過(guò)軟件設置步長(cháng)，可以在教鞭微動(dòng)的時(shí)候做出準確移動(dòng)，在需要情況下大幅晃動(dòng)教鞭能夠快速將光標移動(dòng)到屏幕邊緣，符合人體工程學(xué)的要求，并且我們可以改變g值，分辨率模式及步長(cháng)來(lái)自由調整教鞭的移動(dòng)。設置的步長(cháng)程序如下：

　　3.2 主機端子系統軟件設計

　　圖3為接收端主程序流程圖，該接收端軟件部分主要包括：PDIUSBD12固件驅動(dòng)，USB設備的枚舉過(guò)程。為了使軟件可移植性強、易維護，采用分層的方法編寫(xiě)PDIUSBD12的驅動(dòng)程序。USB驅動(dòng)程序分成接口和設備控制驅動(dòng)層、協(xié)議層和應用層。應用分層的方法編寫(xiě)的程序條理清晰，可移植性好。而USB HID類(lèi)是比較大的一個(gè)類(lèi)，HID類(lèi)設備屬于人機交互操作的設備。使用HID設備的一個(gè)好處就是，操作系統自帶了HID類(lèi)的驅動(dòng)程序，而用戶(hù)無(wú)需去開(kāi)發(fā)很麻煩的驅動(dòng)程序，只要直接使用API調用即可完成通信。所以我們將USB設備枚舉成HID設備，這樣就可以不用安裝驅動(dòng)而直接使用。USB設備的枚舉過(guò)程實(shí)際上就是告知PC設備描述類(lèi)型。當插入USB設備后，主機會(huì )向設備請求各種描述符來(lái)識別設備，包括5個(gè)標準描述符：設備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符、字符串描述符和3個(gè)HID設備類(lèi)特定描述符：HID描述符、報告描述符、實(shí)體描述符。當主機從它的描述符中知道了能夠知道的所有信息后，便開(kāi)始為這個(gè)設備安裝驅動(dòng)程序。此時(shí)USB枚舉過(guò)程結束，設備可以正常使用了。

　　4 結束語(yǔ)

　　本文應用微加速度計和無(wú)線(xiàn)RF模塊，實(shí)現無(wú)線(xiàn)遙控的鼠標操作。遙控有效距離可達30～60 m，功耗小，成本低，而且遙控無(wú)指向性，能大大增強多媒體的人機交互性能。而且該成品外觀(guān)設計合理，手感舒適，符合人體工程學(xué)設計，能防止鼠標手的出現。