【正文】 基于 微 加速度計(jì)的無線鼠標(biāo) 設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械與電氣工程 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 隊(duì) 長： 隊(duì) 員： 指導(dǎo)教師： 摘 要 本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)鼠標(biāo)只能 在桌面上使用 的不足，設(shè)計(jì)出一種基于微加速度計(jì)的無線鼠標(biāo)，它不僅具有教學(xué)激光筆上下翻頁的功能，而且能在空中依靠 鼠標(biāo)的偏轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn) 電腦 桌面光標(biāo)的移動(dòng)、 鼠標(biāo)點(diǎn)擊的功能，本設(shè)計(jì) 以 微加速度計(jì) ADXL345 作為信號(hào)檢測元件，并采用低功耗低成本微控制器 STC15L2K60S2和RF 芯片 nRF24L01進(jìn)行信息處理與無線傳輸， 通過 HT82M98A處理后將信息傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成相應(yīng)動(dòng)作。 關(guān)鍵詞：微加速度計(jì)；無線鼠標(biāo)；低功耗 目錄 總體結(jié)構(gòu)框圖 ........................................................ 1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................ 1 方案比較 ............................................................ 3 控制器的選擇 .................................................. 3 微加速度計(jì)選擇 ................................................ 3 無線模塊的選擇 ................................................ 3 二、單元模塊設(shè)計(jì) ............................................................ 4 電路的設(shè)計(jì) .......................................................... 4 遠(yuǎn)端控制子系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .................................... 4 主機(jī)端信號(hào)接收系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .................................... 6 軟件的設(shè)計(jì) .......................................................... 6 ADXL345 微加速度計(jì)模塊程序設(shè)計(jì) ................................ 6 HT82M98A 鼠標(biāo)控制器程序設(shè)計(jì) ................................... 7 nRF24L01 無線模塊程序設(shè)計(jì) ..................................... 7 三、 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................ 7 四、設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................................ 8 參考文獻(xiàn) .................................................................... 8 附錄 ........................................................................ 8 ................................................ 8 主機(jī)端接收電路原理圖 ................................................. 9 1 一、總體方案設(shè)計(jì) 總體 結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)主要由 無線鼠標(biāo)發(fā)射器、單片機(jī)控制系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)接收器和接收系統(tǒng)識(shí)別 組成 。 (a)遠(yuǎn)端控制 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 框圖 (b)主機(jī)端信號(hào) 接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 框圖 圖 11 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) （ a） 遠(yuǎn)端控制 子 系統(tǒng) 程序流程 遠(yuǎn)端控制用微加速度計(jì)獲取鼠標(biāo)的移動(dòng)信息，每隔 5ｍｓ掃描一次。 PC機(jī) 無線接收 單片機(jī) 按鍵單元 無線發(fā)射 微加速度計(jì) 單片機(jī) 震動(dòng)開關(guān) 2 圖 12遠(yuǎn)端控制 子 系統(tǒng) 程序流程 圖 （ b） 主機(jī)端信號(hào) 接收系統(tǒng) 程序 流程 接收電路的主要任務(wù)是接收無線鼠標(biāo)傳送的各種數(shù)據(jù)。接收程序中一次循環(huán)所需的時(shí)間大約為 。 必須確保在下一個(gè)數(shù)據(jù)包傳來之前，完成全部算法及相應(yīng)處理工作。同時(shí)也避免新收到的數(shù)據(jù)包覆蓋前一個(gè)數(shù)據(jù)包。 圖 13主機(jī)端信號(hào) 接收系統(tǒng) 程序 流程 圖 3 方案比較 控制器的 選擇 方案一：采用 、自由度大，功耗低、體積小、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用 . 但是 51單片內(nèi)部資源有限，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程帶來不便。且影響系統(tǒng)控制等各個(gè)環(huán)節(jié)，不便于實(shí)時(shí)調(diào)控。 方案二：采用 89C52的優(yōu)點(diǎn) ,且具有 89C52所不具備的一些性能，可不接外部晶振和外部復(fù)位電路，使硬件設(shè)計(jì)更簡單；大容量 2K字節(jié) SRAM；有兩個(gè)獨(dú)立串口；內(nèi)部有 8通道高速 10位 A/D轉(zhuǎn)換器 ,還具有 PWM輸出；總的來說， STC15F2K60S2是一種高速，高可靠性，超低功耗的性能更好的單片機(jī)。 綜合以上二種方案，選擇方案二。 微加速度計(jì) 選擇 方案一：采用 Freescale公司生產(chǎn)的 MMA7455L數(shù)字輸出 ( IIC/SPI) 微電容調(diào)節(jié)式加速度感應(yīng)芯片 ［ 1］ 。MMA7455L具有 X、 Y、 Z 三個(gè)方向的感應(yīng)軸， X、 Y、 Z 三個(gè)方向上在工作時(shí)的參數(shù)是不斷變化的，代表這一瞬間該芯片在不同方向上移動(dòng)的趨勢，這三個(gè)參數(shù)通過簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算可以得到一個(gè)空間向量 A，向量 A 即模擬出了該瞬間芯片在三維真實(shí)空間的移動(dòng)方向，這樣，通過不斷地采集 X、 Y、 Z的數(shù)值，就可以得到鼠標(biāo)移動(dòng)的真實(shí)軌跡。 方案二：采用 ADXL345三軸數(shù)字加速度傳感器， ADXL345 是 ADI 公司的三軸數(shù)字加速度傳感器， 工作原理是首先由前端感應(yīng)器件感測加速度的大小，然后由感應(yīng)電信號(hào)器件轉(zhuǎn)為可識(shí)別的模擬電信號(hào)，ADXL345中集成了 AD 轉(zhuǎn)換器，可以將此模擬信號(hào)數(shù)字化，輸 出的是 16 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼。最值得一提的它集成了一個(gè) 32級(jí)先進(jìn)先出 (FIFO)存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)，可用于輸出數(shù)據(jù)的緩沖，降低主機(jī)處理器負(fù)荷，并降低整體系統(tǒng)功耗。該芯片主要應(yīng)用于消費(fèi)電子的微型慣性器件， 最大可感知177。 16 g 的加速度 ,感應(yīng)精度可達(dá) mg /LSB，傾角測量典型誤差小于 1176。 ,超低功耗。通過其內(nèi)置的 ADC 將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量存放在片內(nèi)緩沖區(qū)，在實(shí)際使用中，為提高輸出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性 ,設(shè)置感應(yīng)范圍為 177。 2 g，感應(yīng)精度為 mg，可以滿足人體動(dòng)作加速度范圍與精度要求。 ADXL345可以通過 SPI 總線或 I2C 總線與單片機(jī)連接，本產(chǎn)品選擇的單片機(jī) STC15F2K60S2 I2C 接口， 但是可以采用 I/O 口模擬 I2C總線或 SPI 總線接口的方法連接。 綜合以上二種方案， 方案二功耗更低，更容易 實(shí)現(xiàn) ，故選 之 。 無線 模塊的選擇 在幾種短距離無線通信的比較當(dāng)中 ,紅外方案有一定的方向性 ,而藍(lán)牙技術(shù)比較復(fù)雜 ,價(jià)格比較高 ,而無線射頻通信技術(shù)無論是從系統(tǒng)開銷，電池壽命還是成本方面都占有很大優(yōu)勢 ,同時(shí)它低傳輸速率的特點(diǎn) ,恰恰適合發(fā)送信息量非常小的無線鼠標(biāo)設(shè)計(jì)。 nRF24L01無線射頻模塊是一款新型單片射頻收發(fā)器件 , 工作于 GHzISM 頻段，最高工作速率達(dá) 2 Mbps,信號(hào)空中傳輸時(shí)間很短，極大降低了無線傳輸中的碰撞現(xiàn)象和電流消耗，該芯