学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于MEMS技术的无线空中鼠标的研究

作　者: 周获
导　师: 莫冰
学　校: 华侨大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 无线空中鼠标 MEMS 加速度传感器 陀螺仪 磁阻传感器
分类号: TP334.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


作为最重要的人机交互设备之一，鼠标以其快捷、准确、直观的屏幕定位和控制能力，方便了用户与计算机之间的交互，增强了系统的功能。其中，鼠标的定位方式和精度是输入设备的重要参数，它的定位方法、精确度与所采用测量系统的性能和组合方式密切相关，也直接影响着用户的操控体验。随着微处理器和MEMS（微机电系统：Micro-Electro-Mechanical-System）技术的快速发展，采用加速度传感器、陀螺仪、磁阻传感器、RF射频模块和微处理器构成的无线空中鼠标系统，已经成为继光电鼠标之后的新一代鼠标发展的趋势。作为一种新的输入设备，无线空中鼠标不需要借助任何平面，就可以直接在空间中实现鼠标的功能。本文的主要任务是研究并设计一款基于MEMS技术的无线空中鼠标，实现无线空中鼠标的小型智能化、低成本，并具有高定位精度和平滑性。本文对单轴组合和双轴无线空中鼠标的结构和定位方式进行了电路设计和算法上的较大改进，提出了一种基于三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器信息融合的无线空中鼠标设计方案并实现。通过采用加速度传感器、陀螺仪、磁阻传感器、STM32微处理器、无线收发模块、单片机和USB接口来构建整个无线空中鼠标系统。在系统算法中，利用加速度传感器和磁阻传感器的静态特性和长时间稳定性补偿陀螺仪的误差，使系统误差迅速收敛，实现系统的稳定运行，其中加速度传感器主要补偿俯仰角和横滚角的误差，磁阻传感器主要补偿航向角的误差。该系统从各个器件的选型到软件设计均充分考虑到鼠标易操作、高精度和高平滑性的问题，在保证鼠标小体积、低成本和实时性的前提下，实现了鼠标系统从运动数据的采集、处理、解算、映射、编码、无线收发和控制电脑整个鼠标工作过程。仿真数据和对比测试结果都表明：本文中提出的多传感器信息融合算法、光标映射编码等方法是有效的，而且基于这些算法设计的三轴无线空中鼠标具有较高的定位精度和平滑性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 相关技术及国内外研究现状  10-12
  1.3 研究内容及主要工作  12-14
第2章 三维姿态测量系统的理论基础  14-27
  2.1 坐标系的定义  14-15
  2.2 鼠标空间姿态角的定义  15-16
  2.3 姿态矩阵数学模型的推导  16-18
  2.4 三维姿态更新解算算法  18-20
    2.4.1 几种姿态算法对比分析  18-19
    2.4.2 四元数与姿态矩阵关系  19-20
  2.5 MEMS 传感器介绍  20-22
    2.5.1 陀螺仪传感器  21-22
    2.5.2 加速度传感器  22
  2.6 磁阻传感器介绍  22-24
  2.7 多传感器信息融合算法  24-26
  2.8 小结  26-27
第3章 无线空中鼠标系统的硬件设计  27-42
  3.1 系统整体框图  27-29
  3.2 Cortex-M3 STM32 微处理器简介  29-30
  3.3 STM32 最小系统的设计  30-35
    3.3.1 CPU  30-32
    3.3.2 存储扩展  32-35
  3.4 数据采集模块的设计  35-38
    3.4.1 六轴传感器模块  35-37
    3.4.2 磁阻传感器模块  37-38
  3.5 无线通信模块的设计  38-41
    3.5.1 nRF24L01 芯片介绍  38-39
    3.5.2 nRF24L01 器件配置  39-40
    3.5.3 nRF24L01 电路设计  40-41
  3.6 USB 接收端模块的设计  41
  3.7 小结  41-42
第4章 印刷电路板 PCB 设计与调试  42-48
  4.1 无线空中鼠标发送端设计  42-43
  4.2 USB 无线接收端设计  43-44
  4.3 电路焊接及调试  44-46
  4.4 小结  46-48
第5章 无线空中鼠标系统的程序设计及测试分析  48-71
  5.1 STM32 集成开发环境  48
  5.2 μC/OS-II 操作系统  48-50
  5.3 系统程序结构框架  50-51
  5.4 空中鼠标系统任务及数据分析  51-65
    5.4.1 数据采集任务及数据分析  51-53
    5.4.2 姿态解算任务及数据分析  53-59
    5.4.3 光标映射编码任务及数据分析  59-61
    5.4.4 USB 接收端程序设计及分析  61-65
  5.5 性能对比测试  65-69
  5.6 小结  69-71
第6章 总结与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 工作展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
附录 A 预处理前后传感器输出数据  77-79
附录 B 各传感器修正前后姿态角  79-80
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  80

相似论文

  1. 惯导平台测试方法与参数辨识研究,V249.322
  2. 数字电视互动应用交互系统设计与实现,TP311.52
  3. 基于车载3D加速传感器的路况监测研究,TP274
  4. 基于MEMS陀螺的惯性测量单元的标定与应用,V241.5
  5. 多晶硅压力传感器模数转换电路设计,TP212.1
  6. 两轮电动车自平衡控制算法的研究,TP273
  7. 针对气体样品的微型质谱仪等离子体源的设计与制造,O539
  8. 基于惯性导航的井下电机车精确定位系统的研究,TN966
  9. 低驱动电压RF MEMS电容式开关设计及分析,TM564
  10. 激光冲击波致动微泵的设计建模与研制,TH38
  11. MEMS加速度计温度场及残余应力模型研究,TH824.4
  12. 惯性导航系统姿态信息校正设计,TN966
  13. 车载“动中通”卫星通信地球站伺服控制系统的研究与设计,TN927.21
  14. 基于碳纳米螺旋的微气泡发生器的制备及性能研究,TP211.4
  15. 多梁支撑圆盘电容式微加速度计测控系统的研究,TH824.4
  16. 悬空结构的微型柔性热剪切应力传感器阵列研究,TP212
  17. 基于三维加速度传感器的空间手写识别预处理技术研究,TP212
  18. 用于空中手写的加速度传感器积累误差消除技术研究,TP212
  19. 超磁致伸缩固体振子微陀螺的设计,V241.5
  20. 基于MEMS工艺的PCR微流控系统的研制,TN492
  21. 基于磁阻传感器的弹体姿态测量技术研究,TJ760

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 外部设备 > 输入设备
© 2012 www.xueweilunwen.com