基于體感算法的多功能藍(lán)牙遙控器的設(shè)計(jì)

2.1 HL1010接口及外圍電路

HL1010為藍(lán)牙控制芯片，其特點(diǎn)是：除了具有獨(dú)立的藍(lán)牙控制核心外，還集成了一顆8051微控制器核心；具有28個(gè)獨(dú)立的GPIO，兩路語(yǔ)音輸入輸出通道；集成了I2C和SPI控制器，便于外圍設(shè)備的擴(kuò)展；內(nèi)部固化了鍵盤(pán)掃描固件，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的寄存器讀寫(xiě)完成鍵盤(pán)掃描。

利用HL1010的外圍電路，其中，GPIO10～GPIO17作為鍵盤(pán)行掃描，GPIO30～GPI-O37作為鍵盤(pán)列掃描；GPIO20～GPIO27為電源管理GPIO，分別通過(guò)軟件來(lái)控制加速度傳感器、數(shù)字陀螺儀、地磁計(jì)、E2PROM、揚(yáng)聲器、振動(dòng)電機(jī)等模塊的開(kāi)關(guān)，以達(dá)到節(jié)能的作用；Pin44、45、48、49、50為語(yǔ)音模塊接口，pin23、24為I2C接口。其余引腳為芯片的供電和射頻匹配電路。HL1010的外圍電路可參考文獻(xiàn)[2]。

2.2 傳感器模塊

表1為本設(shè)計(jì)中傳感器的部分參數(shù)，三個(gè)傳感器都通過(guò)I2C總線與主控芯片進(jìn)行交互，電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。


3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 體感算法

體感功能中最常用的是空中鼠標(biāo)，即通過(guò)遙控器在空中的揮舞來(lái)控制屏幕中鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)遙控器按鍵實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵的操作，從而使用戶(hù)能在遠(yuǎn)距離的三維空間中獲得鼠標(biāo)的操作功能。為了實(shí)現(xiàn)空中鼠標(biāo)的功能，本文采用陀螺儀和加速度傳感器。通過(guò)對(duì)陀螺儀得到的角速度數(shù)據(jù)分析得出遙控器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，作為空中鼠標(biāo)的主要數(shù)據(jù)；通過(guò)對(duì)加速度傳感器提供的加速度（主要是判斷重力加速度的方向）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到遙控器所處的姿態(tài)，從而對(duì)陀螺儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。陀螺儀所得數(shù)據(jù)中與重力加速度平行的方向?yàn)閅軸，與重力加速度垂直的為X軸，使最終空中鼠標(biāo)的Y軸與重力加速度的平行方向始終一致、X軸與重力加速度的垂直方向始終一致。其數(shù)學(xué)方法如下[3-4]：

遙控器的加速度為as，大地系加速度為ai，兩者的轉(zhuǎn)化關(guān)系為：

ai=asRis (1)
其中，Ris為遙控器相對(duì)于大地系的余弦陣，其表達(dá)式為：


經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，無(wú)論使用者如何將遙控器握在手中(正握，反握，豎立，倒立等)，空中鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)僅與使用者手臂的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，而與遙控器的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。