基于角速率陀螺仪的无线鼠标的设计与实现

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1、基于角速率陀螺仪的无线鼠标的设计与实现曹青，欧阳红林，胡彪，胡如龙(湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082)摘要：提出了一种基于角速率陀螺仪的无线鼠标的设计方案。该方案以MEMS角速率陀螺ADIS16100作为信号检测元件，并采用处理器PIC24FJ32GA00X和超低功耗RF芯片nRF24APl进行信号处理与无线传输。按该方案设计的鼠标灵敏度高、功耗低、使用灵活，具有较大的应用前景和推广价值。关键词：无线鼠标；角速率陀螺；射频；低功耗中图分类号：TN98文献标识码：BDesignandimplementationofwirele

2、ssmousebasedonangularrategyroscopeCAOQing,OUYANGHong-lin,HUBiao,HURu-long(Collegeofelectricalandinformationengineering,HunanUniversity,Changsha,Hunan410082,China)Abstract:Designofthewirelessmousebasedonangularrategyroscopeisproposed.AangularrategyroscopeADIS16100isutilized

3、forsignaldetection.TheMCUPIC24FJ32GA00Xandultra-lowpowerRFchipnRF24APlareusedforsignalprocessingandtransmission.Thistypeofmouse,characterizedbyhighsensitivity,lowpowerandoperationalflexibility,willhaveaquitepositiveapplicableforegroundandpopularizingvalue.Keywords:wireless

4、mouse;angularrategyroscope;RF;lowpower1引言鼠标作为计算机的重要外围设备，其性能的好坏直接影响到用户的使用效率。传统有线鼠标限制了用户必须坐在电脑前近距离的操作，而无线鼠标则可以实现远距离灵活操作。冃前市场上的无线鼠标采用的技术有好几种，如红外线技术、光电传感技术、微加速度计等技术。红外线技术无线鼠标的使用有效距离只有1.5m，且需要点对点通信，方向性很强；采用光电传感技术的无线鼠标虽然克服了使用距离短的缺点，且无方向限制，但它像有线鼠标一样只能在桌面操作［1］;基于微加速度计的无线鼠标在技术上进行了很

5、大的改进，可以悬空使用，且功耗低，但由于采用的加速度计决定了其在低速和匀速操作中灵敏度不高［2］。而本文提出的基于角速率陀螺ADIS16100的无线鼠标以肘关节为轴轻易摆动就可以在水平和垂直面感应到角速率，ADIS16100内部自动转换为移动的角度，再通过平面映射到屏幕，从而可以确定鼠标移动的位置。本设计灵敏度高，功耗低，操作距离远，特别适用于大型会议或多媒体等场所。2系统原理和硬件设计分别在水平和垂直面各安装一个角速率陀螺来采集两个平面的角速率信息，并把角速率转换成角度。当鼠标以肘关节为支点上下摆动时，垂直陀螺可感应到上下摆动的角度；同理

6、，当左右摆动时，水平陀螺可感应到左右摆动的角度；当以任何倾斜方向摆动时，水平和垂直陀螺均可感应到相应的摆动角度。单片机PIC24FJ32GA004把接收到的角度信息和按键信息通过RF射频收发模块nRF24APl发送出去。在另一单片机PIC24FJ32GA002的控制下的RF射频收发模块nRF24APl把接收到的信息经由USB接口传送到上位机PC上，PC机将角度信息按照相应的映射关系转换成位移量，从而实现对鼠标的移动和按键的控制，原理框图如图1所示。图1硬件设计原理图2.1信号采集电路的设计角速率信号采集芯片采用AD公司的ADIS16100,

7、ADIS16100是一款MEMS角速率陀螺，它利用模拟设备表面微机械处理技术，使该低价格角速率传感器带有集成串行接口。SPI接口的数据与当陀螺正诎放置时的角速率成比例。同时，通过在RATE和FILT两端外接电阻能增加其测量范围，也可在RATE和1FILT两端外接一个滤波电容来改变带宽。可通过SPI接口为温度补偿技术提供温度传感检测，两个外部的引脚用来输入模拟信号，一个附加引脚提供精确电压参考输出［3］。该设计中满刻度检测，即±300/sec就可以满足要求，故不需要外接电阻。ADIS16100的-3dB带宽公式为:fOUT=1(1)2n?18

8、0k??(COUT+0.022(iF)可见带宽主要由COUT确定。COUT越小，信号带宽越宽，分辨率越高,响应速度越快。设计时，首先要确定被测角速率的频率范围，然后再设计滤波器的