加速度センサー付きマニピュレーター。スキーム、説明

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加速度センサーを搭載したマニピュレーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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現在、PC で作業するには、マウス、ジョイスティック、トラックボールなど、さまざまなマニピュレータが使用されています。この記事では、コンピュータのマウスに代わる別のタイプのマニピュレータについて説明していますが、これは移動するのに平らな水平面を必要としません。手に持つだけで、マニピュレータを適切な方向に傾けるとマウスポインタが動きます。この制御方法は、フライトシミュレーターやラップトップの代替マニピュレーターなど、一部のコンピューターゲームで非常に効果的です。

提案されたマニピュレータ (回路図は図 1 に示されています) は、PIC16F84A マイクロコントローラ (MK) と、Analog Devices の ADXL202E 統合加速度計 (加速度計) で作成されています。これらのデバイスは線形加速度センサーであり、車体の傾斜角、慣性力、衝撃荷重、振動の測定に広く使用されています。 ADXL202E 加速度計は 2 軸であり、最大加速度は両軸とも ±1g です [2]。 MK とのインターフェースを容易にするために、このマイクロ回路の出力信号は一定の繰り返し周波数を持つ方形パルスです。加速度に関する情報は、相対的な持続時間 (パルス持続時間と振動周期の比) によって伝達されます [0,5]。持続時間 XNUMX は加速度ゼロに相当します。

加速度センサー付きマニピュレーター

現在、マウスデバイスのインターフェイスにはシリアル、PS/2、USB の 7 種類があります。ハードウェアとソフトウェアの両方の観点から実装する最も簡単なインターフェイスはシリアルインターフェイスです。シリアルインターフェイスの場合、最も一般的なプロトコルは「Microsoft マウス」です。これは、1N1200 形式の 1 バイト (XNUMX つの情報ビット、パリティなし、XNUMX つのストップビット) を XNUMX bps の速度でシリアル送信します。情報バイトの説明を表に示します。 XNUMX.

注目すべきはそのログです。 RS-1 インターフェイスの 232 は、レベル -12 およびログに対応します。 0 ～ +12 V。軸に沿ったゼロ移動と押された右ボタン (SB2) に対応する最初のバイトの伝送図を図に示します。 2. 最新のマザーボードの大部分には、TTL レベルが入力に供給されたときに安定して動作するシリアルインターフェイスアダプターが組み込まれています。

加速度センサー付きマニピュレーター

オペレーティングシステムドライバーは RTS 信号を設定することでマウスを認識でき、マウスは値 0x4D (「M」文字) を返す必要があります。相対的なマウスの動きは、dx (正の値は右への移動を意味します) および dy (正の値は下への移動を意味します) として送信されます。

マニピュレータの電源電圧は、ツェナーダイオード VD1 を使用して RTS 信号から生成されます。動作中、マウスドライバーはこの出力で +12 V の一定レベルを維持します。

DD1 マイクロ回路の出力パルスは DD2 マイクロ回路によって処理され、シリアルインターフェイス信号に変換され、XP1 コネクタを介してコンピュータの COM ポートに供給されます。マニピュレータのボタン SB1、SB2 は、標準的なマウスの左ボタンと右ボタンに対応します。スイッチ SA1 を使用すると、マニピュレータの特性 (マニピュレータの傾斜角に対するポインタの動きの一次または二次依存性) を選択できます。

MK 制御プログラムの動作の要点を簡単に考えてみましょう。電源を入れると、入出力ポート、割り込みソースを設定し、一連のバイトを COM ポートに出力して、自身をマウスデバイスとして識別します。次に、MK は DD1 チップからの割り込みを待ち、内蔵タイマーを使用してパルス幅を測定します。同時に、ボタン SB1 と SB2 を周期的にポーリングします。それらのいずれかの状態が変化するか、ゼロ以外の加速度がある場合、表に従って 1 バイトのシーケンスが送信されます。 1. 各バイトシーケンスが送信される前にスイッチ SAXNUMX の状態がチェックされるため、マニピュレータの使用中に直接マニピュレータの動作モードを変更できます。

抵抗 R1 は DD1 の出力でのパルス繰り返しレートを設定し、R3 はケーブルとコネクタ内のワイヤが誤って短絡した場合に MK ポートを過負荷から保護します。

XP1 プラグを除くマニピュレータのすべての部品はプリント基板に実装されています。 DD1 チップはボードの底面 (ピンが上) に配置されており、その X 軸が水平面内でカーソルを移動し、Y 軸が垂直面内でカーソルを移動するように方向付けられています。図の DD1 ピンの番号付け1 は、LCC-8 パッケージのマイクロ回路に対応します (QC-14 パッケージのマイクロ回路を使用する場合、ピン番号は括弧内に示されます)。コンデンサ C1、C2 および抵抗 R1 は、DD1 チップのすぐ近くに配置する必要があります。このデバイスは、任意の設計で PIC16F84A マイクロコントローラーを使用できます。 XP1 プラグ - コンピューター DB-9F。接続ケーブルの長さは2m以内です。

MK 制御プログラムコードを表に示します。 2. プログラミングするときは、コンフィギュレーションワードで次のビット値を設定する必要があります: ジェネレータータイプ (OSC) - HS、ウォッチドッグタイマー (WDT) 無効、パワーオン遅延 (PWRTE) 無効。

（クリックして拡大）

保守可能な部品から組み立てられており、設置時に (当然ながら MK プログラムにおいても) エラーがないため、この装置は調整の必要がありません。 (水晶振動子の一部のインスタンスを使用する場合) 行う必要がある唯一のことは、為替レートの生成を担当する MK プログラムでポーズ定数を選択することです。この定数の値の不一致は、マニピュレータの位置が変化しないまま、画面上でポインタが無秩序に動くという形で現れます。感度は、抵抗 R1 を選択することにより、小さな制限内で変更できます。

ほとんどの既存のオペレーティングシステムでは、説明されているマニピュレータがシリアルポートの標準マウスとして定義されており、特別なドライバは必要ありません。このデバイスはシリアルインターフェイスのみをサポートしているため、COM->PS/2 アダプタでは動作しないことに注意してください。

MK用プログラムのソースコード

文学

ADXL202E、デューティサイクル出力を備えた低コスト±2gのXNUMX軸加速度計。 - 。
Voloviy A.、Vrlovich G. 一体型加速度計。 - コンポーネントとテクノロジー、2002 年、No. 1、p. 66.

著者：S.Kuleshov、Kurgan

他の記事も見る セクションマイクロコントローラー.

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