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基于MEMS技术的无线空中鼠标的研究

发布时间:2018-05-28 23:18

  本文选题:无线空中鼠标 + MEMS ; 参考:《华侨大学》2013年硕士论文


【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。
[Abstract]:As one of the most important human-computer interactive devices, the mouse has the ability of quick, accurate and intuitive screen positioning and control, which facilitates the interaction between users and computers and enhances the functions of the system. Among them, the positioning mode and precision of mouse are important parameters of input equipment. Its positioning method and accuracy are closely related to the performance and combination of the measurement system used, and also directly affect the user's control experience. With the rapid development of microprocessor and MEMS (micro electromechanical system) technology, the wireless aerial mouse system is composed of acceleration sensor, gyroscope, magnetoresistive sensor, RF RF module and microprocessor. It has become the development trend of the new generation mouse after the photoelectric mouse. As a new input device, wireless aerial mouse can realize the function of mouse directly in space without any plane. The main task of this paper is to study and design a wireless aerial mouse based on MEMS technology, which can realize the small intelligence, low cost, high positioning accuracy and smoothness of wireless aerial mouse. In this paper, the circuit design and algorithm of uniaxial combination and biaxial wireless aerial mouse are improved greatly, and a novel three-axis gyroscope is proposed. Design and implementation of wireless aerial mouse for information fusion of three axis acceleration sensor and three axis magnetoresistive sensor. The whole wireless aerial mouse system is constructed by using acceleration sensor, gyroscope, magnetoresistive sensor STM32 microprocessor, wireless transceiver module, single chip microcomputer and USB interface. In the system algorithm, the static characteristics of acceleration sensor and magnetoresistive sensor and the long-time stability compensation gyroscope error are used to make the system error converge rapidly and realize the stable operation of the system. The acceleration sensor mainly compensates the error of pitch angle and roll angle, and the magnetoresistive sensor mainly compensates the error of heading angle. In this system, the problems of easy mouse operation, high precision and high smoothness are fully taken into account in the selection of each device and the software design. On the premise of ensuring the small volume, low cost and real time of mouse, the system realizes the collection of moving data from the mouse system. Processing, solving, mapping, coding, wireless transceiver and control of the computer's entire mouse working process. Simulation data and comparative test results show that the proposed multi-sensor information fusion algorithm, cursor mapping coding and other methods are effective. Moreover, the three-axis wireless air mouse designed based on these algorithms has high positioning accuracy and smoothness.
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP334.2

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本文编号:1948577

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