基于MEMS惯性传感器的空中输入笔研究

发布时间：2017-04-26 01:14

  本文关键词：基于MEMS惯性传感器的空中输入笔研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：笔式交互技术是人们追求更加自然的交互方式的产物。传统的笔式输入设备有手写板和激光笔。激光笔功能简单只能完成翻页功能，手写板价格昂贵而且携带不方便。本文研究并开发了一种基于MEMS惯性传感器的空中输入笔系统，该系统可以在三维空间中随意输入，能够实现虚拟键盘的字符输入和画线标记功能。 系统包括含惯性传感器的无线输入笔、无线接收器和PC界面显示程序。其中，无线输入笔用于采集和处理加速度传感器和陀螺仪数据，完成输入笔的运动信息估计后，将估计结果发送给PC接收，PC将运动信息在界面上进行显示。 基于惯性传感器的运动信息描述方法通常包括位移描述法和姿态描述法。考虑到输入笔有限的计算资源以及本应用中输入操作以手腕和肘部转动为主的特点，本文选择以姿态角来对输入笔的运动状态进行描述。根据输入笔姿态角的变化以及人机输入的距离估计出输入笔的运动弧线，进而获得屏幕上的光标相对初始位置的位移。 针对加速度传感器的检测姿态角时出现的抖动高频噪声和陀螺仪检测姿态角时出现的温度漂移现象，，本文在单片机上分别实现了两种基于传感器融合的姿态角检测算法：基于互补滤波的姿态角检测算法和基于卡尔曼滤波的姿态角检测算法，并分析了两种算法在本应用中的性能优劣。最后，本文通过控制输入笔进行画线画圈两种基本操作对两种算法进行测试。测试结果表明：两种算法的实时性都比较高，但是卡尔曼滤波算法的精确度要高于互补滤波算法的精确度。
【关键词】：微机电系统 互补滤波 卡尔曼滤波 姿态角 空中输入笔
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP334.21
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 人机输入背景介绍9-10
• 1.2 惯性传感器及其应用10-11
• 1.3 基于惯性传感器的人机输入现状11-13
• 1.4 课题需求13-15
• 2 基于惯性传感器的人机输入原理15-28
• 2.1 基于惯性传感器的位移检测15-22
• 2.2 基于惯性传感器的姿态角检测22-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 总体设计28-40
• 3.1 总体方案28-32
• 3.2 硬件方案32-36
• 3.3 软件方案36-40
• 4 输入检测算法的选择与实现40-47
• 4.1 基于互补滤波的姿态角检测算法实现40-43
• 4.2 基于卡尔曼滤波的姿态角检测算法实现43-45
• 4.3 本章小结45-47
• 5 实验结果与比较47-54
• 5.1 姿态角误差测试47-50
• 5.2 人机输入结果50-53
• 5.3 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61

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1 ;新型惯性传感器项目可行性报告[J];传感器世界;1995年S1期

2 张福学，任宏超;惯性传感器的发展趋势[J];电子科技导报;1996年10期

3 张浩,童调生,张帆,刘宏立;多微惯性传感器的一致性检测方法[J];传感器技术;2001年01期

4 徐景硕;惯性传感器技术及发展[J];传感器技术;2001年05期

5 俞瑛;;硅微机械惯性传感器技术及其应用[J];集成电路通讯;2005年01期

6 杨延春;吴书朝;;摆式惯性传感器机械零偏测量方法研究[J];传感技术学报;2006年06期

7 赵德申;胡雪梅;;电容惯性传感器的结构分析[J];武汉理工大学学报;2009年06期

8 张通;张骏;张怡;;机载惯性传感器信号降噪研究[J];控制工程;2010年05期

9 杜来林;杨超;;离心式惯性传感器的结构原理及性能测试[J];液压气动与密封;2011年06期

10 刘伟;;惯性传感器在油气资源勘探中的应用相关技术分析[J];电子世界;2013年08期

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1 高杨;;微惯性传感器的新进展[A];中国工程物理研究院科技年报（2010年版）[C];2011年

2 张巧云;林日乐;谢佳维;张挺;翁邦英;王瑞;赵建华;郑永祥;吕志清;;石英微机械惯性传感器的研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年

3 蒋庆华;苑伟政;常洪龙;王涛;;电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年

4 赵汝准;赵祚喜;张霖;俞龙;孙道宗;;集成惯性传感器ADIS16355的三轴转台实验与性能分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年

5 杨拥军;徐爱东;郑锋;徐永青;何洪涛;卞玉民;吝海锋;吕树海;罗蓉;邹学锋;;硅MEMS惯性传感器的研究和开发[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年

6 崔健;廖兴才;杨军;;MEMS惯性传感器在汽车ESP中的应用[A];惯性技术发展动态发展方向研讨会文集——新世纪惯性技术在国民经济中的应用[C];2012年

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1 齐乃波;走近金字塔的中国人[N];中国航空报;2005年

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2 郑旭东;基于新型梳状栅电容结构的微机械惯性传感器研究[D];浙江大学;2009年

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本文编号：327460