MPU6050和STM32L152的微功耗三維無線鼠標(biāo)設(shè)計(jì)

鼠標(biāo)睡眠狀態(tài)：STM32L152工作在睡眠模式(定時(shí)器中斷喚醒)，MPU6050只有加速度計(jì)Z軸工作，電流消耗在200μA左右。

3.5 三維鼠標(biāo)算法實(shí)現(xiàn)

三軸加速度計(jì)精度在出廠時(shí)便存在工藝誤差，制成MPU6050模塊后還存在安裝誤差等，所以大多數(shù)情況下加速度計(jì)所測得的值與真實(shí)值有所差別，需要進(jìn)行加速度計(jì)標(biāo)定過程。

(1)加速度計(jì)標(biāo)定方法

標(biāo)定模型：ai=Kiui+Bi，i=x、y、z，其中ai為加速度計(jì)真值，ki為測量斜率，ui為測量值，Bi為零偏。

取多個(gè)靜態(tài)位置的加速度計(jì)測量值，當(dāng)三軸加速度計(jì)靜止時(shí)，有如下狀態(tài)關(guān)系式：

g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎?。將?biāo)定模型代入狀態(tài)關(guān)系式，并作相關(guān)變量代換，可得表達(dá)式：

其中，pi是與測量斜率ki和零偏bi有關(guān)的替換變量。

本文測量20組不同位置的加速度計(jì)測量值，并除以對應(yīng)的系數(shù)轉(zhuǎn)換成以g為單位，分別求取每組中各軸的均值和平方值，代入上式中求出最小二乘解，接著求出標(biāo)定參數(shù)中的斜率和零偏。

(2)MPU6050加速度計(jì)不同量程標(biāo)定及結(jié)果

MPU6050加速度計(jì)有4種量程，分別是±2g、±4g、±8g、±16g，并且傳感器輸出單位分別是1 6 384 LSB/g、8 192 LSB/g、4 096 LSB/g、2 048 LSB/g，表1給出了±2g、±4g量程標(biāo)定結(jié)果，當(dāng)?shù)刂亓铀俣热≈禐?.8。

當(dāng)量程選取±2g時(shí)，通過下式計(jì)算加速度值：

ai=9.8 Kiui/16 384+Bi

當(dāng)量程選取±4g時(shí)，通過下式計(jì)算加速度值：

ai=9.8 Kiui/8 192+Bi

(3)姿態(tài)角計(jì)算

俯仰角pitch和橫滾角roll的計(jì)算公式：

pitch=arcsin(-ay)，roll=arctan(-ax/az)

三軸加速度計(jì)只有在靜止或勻速運(yùn)動(dòng)下，加速度測量合成矢量與重力矢量重合時(shí)，才能準(zhǔn)確測量姿態(tài)角。在測量精度要求不高的情況下，可以通過放寬對合成矢量的要

求，獲得姿態(tài)角連續(xù)測量。圖5(a)、圖5(b)以橫滾角為例，給出了不同閾值情況下的計(jì)算結(jié)果，其中黑點(diǎn)和細(xì)線分別為滿足于測量閾值條件時(shí)的橫滾角度計(jì)算值，可見對于三維鼠標(biāo)，使用0.15g的閾值，能夠滿足連續(xù)測量的要求?？煽啃耘卸l件如下：

(4)三維鼠標(biāo)在屏幕上坐標(biāo)映射計(jì)算

三維鼠標(biāo)在屏幕上坐標(biāo)映射的兩種計(jì)算方式為：

①旋轉(zhuǎn)角度判定方向、角度變化映射成坐標(biāo)位置：加速度傳感器計(jì)算橫滾、俯仰兩個(gè)傾角θ、ψ，θ角變化表示鼠標(biāo)在屏幕水平方向移動(dòng);ψ角變化表示在屏幕垂直方向移動(dòng)。角度變化按一個(gè)比例系數(shù)轉(zhuǎn)換為鼠標(biāo)的位移。

②旋轉(zhuǎn)角度判定方向、加速度積分映射光標(biāo)位移：鼠標(biāo)光標(biāo)在屏幕移動(dòng)方向的判斷同上。對加速度計(jì)動(dòng)作軸的輸出值在時(shí)間軸上積分得到位移，從而得到屏幕映射坐標(biāo)位置。

結(jié)語

從硬件選型到軟件設(shè)計(jì)都充分考慮了功耗問題，兼顧了三維鼠標(biāo)操作時(shí)的精度、穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)鼠標(biāo)在某些環(huán)境不能懸空操作及靈敏度不高的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一款低成本、低功耗、操作簡單、穩(wěn)定性高的三維鼠標(biāo)。

• STM32單片機(jī)中文官網(wǎng)
• STM32單片機(jī)官方開發(fā)工具
• STM32單片機(jī)參考設(shè)計(jì)

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