Маніпулятор із датчиком прискорення. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Маніпулятор із датчиком прискорення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери

Коментарі до статті

Для роботи на ПК сьогодні використовують різні маніпулятори - "миші", джойстики, трекболи. У статті описується ще один тип маніпулятора, що замінює комп'ютерну "мишу", але не потрібна рівна горизонтальна поверхня для переміщення. Його можна просто тримати в руці, а покажчик "миші" переміщатиметься при нахилі маніпулятора у відповідному напрямку. Такий спосіб керування може виявитися дуже ефективним у деяких комп'ютерних іграх, наприклад, в авіасимуляторах або як альтернативний маніпулятор для ноутбуків.

Пропонований маніпулятор (його принципова схема зображена на рис. 1) виконаний на мікроконтролері (МК) PIC16F84A та інтегральному вимірнику прискорення (акселерометрі) ADXL202E фірми Analog Devices. Ці прилади є датчиками лінійного прискорення і широко використовуються для вимірювання кутів нахилу тіл, сил інерції, ударних навантажень і вібрації. Акселерометр ADXL202E є двовісним на максимальне прискорення по обох осях ±2g [1]. Для зручності сполучення з МК вихідні сигнали цієї мікросхеми є прямокутними імпульсами з постійною частотою повторення. Інформація про прискорення передається їхньою відносною тривалістю (відношенням тривалості імпульсу до періоду коливань) [2]. Тривалість, що дорівнює 0,5, відповідає нульовому прискоренню.

Маніпулятор із датчиком прискорення

В даний час для пристроїв типу "миша" існують три типи інтерфейсу: послідовний, PS/2 та USB. Найбільш простий у реалізації як з апаратної, і з програмної точок зору послідовний інтерфейс. Для послідовного інтерфейсу найбільш поширений протокол "microsoft mouse", що є послідовною передачею трьох байтів у форматі 7N1 (сім інформаційних біт, біта парності немає, один стоп-біт) на швидкості 1200 біт/с. Опис інформаційних байтів наведено в табл. 1.

Слід зазначити, що балка. 1 в інтерфейсі RS-232 відповідає рівню -12, а балка. 0 - +12 В. Діаграма передачі першого байта, що відповідає нульовому переміщенню по осях і правій натиснутій кнопці (SB2), показана на рис. 2. Абсолютна більшість сучасних системних плат мають інтегрований адаптер послідовного інтерфейсу, що стійко працює при подачі на вхід рівнів TTL.

Маніпулятор із датчиком прискорення

Драйвер операційної системи може розпізнати мишу, встановивши сигнал RTS, при цьому миша має повернути значення 0x4D (символ "М"). Відносне рух миші посилається як dx (позитивне значення означає рух праворуч) і dy (позитивне значення - рух вниз).

Напруга живлення маніпулятора формується із сигналу RTS за допомогою стабілітрона VD1. У процесі роботи драйвер миші підтримує цьому виході постійний рівень+12 У.

Вихідні імпульси мікросхеми DD1 обробляються МК DD2 і перетворюються на сигнали послідовного інтерфейсу, які через роз'єм ХР1 подаються СОМ порт комп'ютера. Кнопки SB1, SB2 маніпулятора відповідають лівій та правій кнопкам стандартної миші. Вимикачем SA1 можна вибирати характеристику маніпулятора – лінійну або квадратичну залежність переміщення покажчика від кута нахилу маніпулятора.

Коротко розглянемо основні моменти роботи програми МК, що управляє. Після включення живлення він налаштовує порти вводу/виводу, джерела переривань і видає в СОМ порт послідовність байт для ідентифікації себе пристрої типу "миша". Далі МК очікує переривання від мікросхеми DD1 і замірює тривалості імпульсів, використовуючи вбудований таймер. Водночас він циклічно опитує кнопки SB1 та SB2. При зміні стану будь-якої з них або наявності ненульового прискорення відбувається передача послідовності трьох байт згідно табл. 1. Стан перемикача SA1 перевіряється перед кожним надсиланням послідовності байт, що дозволяє змінювати режим роботи маніпулятора безпосередньо в процесі його використання.

Резистор R1 задає частоту проходження імпульсів на виході DD1, R3 захищає порт МК від перевантаження при випадковому замиканні проводів у кабелі та роз'єм.

Усі деталі маніпулятора, крім вилки ХР1, змонтовані на платі. Мікросхема DD1 розташована на нижній стороні плати (висновками вгору) і орієнтована так, щоб її вісь X давала переміщення курсору горизонтальній площині, а вісь Y - у вертикальній. Нумерація висновків DD1 на рис. 1 відповідає мікросхемі в корпусі LCC-8 (у дужках вказані номери висновків під час використання мікросхеми в корпусі QC-14). Конденсатори С1, С2 та резистор R1 повинні розташовуватися у безпосередній близькості від мікросхеми DD1. У пристрої допустиме застосування МК PIC16F84A у будь-якому виконанні. Виделка ХР1 – комп'ютерна DB-9F. Довжина сполучного кабелю – не більше 2 м.

Коди керуючої програми МК наведено у табл. 2. При його програмуванні необхідно встановити такі значення біт у конфігураційному слові: тип генератора (OSC) - HS, сторожовий таймер (WDT) вимкнено, затримку після включення живлення (PWRTE) вимкнено.

(Натисніть для збільшення)

Зібраний із справних деталей і без помилок у монтажі (і, звичайно, у програмі МК) пристрій налагодження не вимагає. Єдине, що можливо доведеться зробити (при використанні деяких екземплярів кварцових резонаторів), це підібрати константу pause в програмі МК, що відповідає за формування швидкості обміну. Невідповідність значення цієї константи проявляється в хаотичному переміщенні покажчика по екрану при незмінному положенні маніпулятора. Чутливість у невеликих межах можна змінювати підбором резистора R1.

Більшістю існуючих операційних систем описаний маніпулятор визначається як стандартна миша для послідовного порту та спеціального драйвера не вимагає. Слід врахувати, що через перехідник COM->PS/2 пристрій не працює, оскільки підтримує лише послідовний інтерфейс.

Початковий текст програми для МК

література

ADXL202E, Low-Cost ±2 g Dual-Axis Accelerometer with Duty Cycle Output. - .
Воловій А., Врлович Г. Інтегральні акселерометри. - Компоненти та технології, 2002, № 1, с. 66.

Автор: С.Кулешов, м. Курган

Дивіться інші статті розділу Мікроконтролери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Управління об'єктами за допомогою повітряних потоків 04.05.2024

Розвиток робототехніки продовжує відкривати перед нами нові перспективи у сфері автоматизації та управління різними об'єктами. Нещодавно фінські вчені представили інноваційний підхід до управління роботами-гуманоїдами із використанням повітряних потоків. Цей метод обіцяє революціонізувати способи маніпулювання предметами та відкрити нові горизонти у сфері робототехніки. Ідея управління об'єктами за допомогою повітряних потоків не є новою, проте донедавна реалізація подібних концепцій залишалася складним завданням. Фінські дослідники розробили інноваційний метод, який дозволяє роботам маніпулювати предметами, використовуючи спеціальні повітряні струмені як "повітряні пальці". Алгоритм управління повітряними потоками, розроблений командою фахівців, ґрунтується на ретельному вивченні руху об'єктів у потоці повітря. Система керування струменем повітря, що здійснюється за допомогою спеціальних моторів, дозволяє спрямовувати об'єкти, не вдаючись до фізичного. ...>>

Породисті собаки хворіють не частіше, ніж безпородні 03.05.2024

Турбота про здоров'я наших вихованців – це важливий аспект життя кожного власника собаки. Однак існує поширене припущення про те, що породисті собаки більш схильні до захворювань у порівнянні зі змішаними. Нові дослідження, проведені вченими з Техаської школи ветеринарної медицини та біомедичних наук, дають новий погляд на це питання. Дослідження, проведене в рамках Dog Aging Project (DAP), що охопило понад 27 000 собак-компаньйонів, виявило, що чистокровні та змішані собаки в цілому однаково часто стикаються з різними захворюваннями. Незважаючи на те, що деякі породи можуть бути більш схильні до певних захворювань, загальна частота діагнозів у обох груп практично не відрізняється. Головний ветеринарний лікар Dog Aging Project, доктор Кейт Криві, зазначає, що існує кілька добре відомих захворювань, що частіше зустрічаються у певних порід собак, що підтримує думку про те, що чистокровні собаки більш схильні до хвороб. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Електрика з морського салату 02.01.2022

Дослідники Техніону – ізраїльського технологічного інституту – розробили новий метод отримання електричного струму безпосередньо з морських водоростей екологічно безпечним та ефективним способом.

Ідея, яка вперше спала на думку докторанту Техніону Яніву Шлосбергу під час купання на пляжі, була реалізована групою дослідників з трьох факультетів Техніону, які є учасниками Великої енергетичної програми Техніону (GTEP), разом із дослідником з Ізраїльського інституту океанографії та лімнології в Хайфі (IOLR ).

Як відомо, спалювання копалин видів палива призводить до викиду парникових газів та інших забруднюючих речовин, що впливають на зміни клімату, причому різні форми забруднення середовища відбуваються на всіх етапах видобутку, транспортування, переробки та споживання цих видів палива. Кліматична криза та проблеми екології є рушійною силою досліджень та пошуків альтернативних, чистих та відновлюваних джерел енергії. Одним з них є використання живих організмів (наприклад, бактерій) як джерело струму в мікробних паливних елементах (MFC) та біофотоелектричні елементи BPEC. Деякі бактерії мають здатність передавати електрони, але їх потрібно постійно годувати, і деякі з них є патогенними.

Альтернативним джерелом електрики можуть бути фотосинтезуючі бактерії, особливо ціанобактерії (також відомі як синьо-зелені водорості). Ціанобактерії самі отримують їжу з вуглекислого газу, води та сонячного світла, і в більшості випадків вони нешкідливі - деякі з них, такі як "спіруліна", взагалі вважаються "суперпродуктами" і вирощуються у великих кількостях.

Дослідницькі групи професорів Ноама Адіра та Гаді Шустера вже розробили методи застосування ціанобактерій для отримання електричного струму та водневого палива. Однак у ціанобактерій є і недоліки - вони виробляють менше струму в темряві, коли немає фотосинтезу, і енергія, що отримується від них менше, ніж від звичайних сонячних елементів. Тому технологія BPEC хоча й екологічно чистіша, але комерційно менш приваблива.

У своїй новій роботі дослідники з Техніону та IOLR спробували вирішити цю проблему, використовуючи нове джерело фотосинтезу – морські водорості. Дослідженням керували професор Ноам Адір та докторант Янів Шлосберг з хімічного факультету Техніону та GTEP. Вони співпрацювали з іншими дослідниками Техніону: доктором Тунде Тот (хімічний факультет), професором Гаді Шустером, доктором Давидом Мерії, Німродом Крупником і Бенджаміном Ейхенбаумом (біологічний факультет), доктором Омером Єхезкелі та Матаном Мейровичем (факультет біотехнології) Альваро Ісраель з IOLR в Хайфі. Багато видів морських водоростей природно ростуть на середземноморському узбережжі Ізраїлю - особливо ульва (також відома як морський салат), яку у великих кількостях вирощують в IOLR для дослідних цілей.

Розробивши нові способи з'єднання водоростей і BPEC, дослідники отримали струм, сила якого в 1000 разів перевищила струм від ціанобактерій, і на рівні стандартних сонячних елементів. Професор Адір зазначає, що така сила струму пояснюється високою швидкістю фотосинтезу морських водоростей та можливістю використовувати водорості в їхній природній морській воді як електроліт у BPEC. Крім того, морські водорості створюють струм і в темряві, генеруючи приблизно 50% сили струму на світлі - у темряві джерелом енергії стає дихання водоростей, при якому цукру, отримані в процесі фотосинтезу, використовуються для живлення. Як і у випадку з ціанобактеріями, жодних додаткових хімікатів для отримання струму не потрібно. "Морський салат" виділяє молекули-посередники для перенесення електронів на електрод BPEC, створюючи таким чином електричний струм.

Технології виробництва енергії на основі викопного палива відомі як "вуглецево-позитивні". Це означає, що в процесі спалювання палива в атмосферу виділяється вуглець. Технології сонячних батарей відомі як "вуглецево-нейтральні", і коли вони отримують енергію Сонця, новий вуглець дійсно не надходить в атмосферу. Однак саме виробництво сонячних елементів та їх транспортування до місця використання у багато разів більш "вуглецеві-позитивні". Розроблена в Техніоні нова технологія біоелектрики є по-справжньому "вуглецево-негативною" - морські водорості ростуть, поглинаючи атмосферний вуглець протягом дня, і виділяючи кисень, і лише вночі виділяють вуглець під час дихання. При цьому морські водорості вже сьогодні культивуються у масовому масштабі для харчової, косметичної та фармацевтичної промисловості.

Інші цікаві новини:

▪ Бездротові навушники Bragi The Headphone

▪ Захищений смартфон Oukitel WP21

▪ Монітори iiyama ProLite XU2490HS-B1 та XU2590HS-B1

▪ Мобільний телефон, що працює без стільникових операторів

▪ Двигун Unreal Engine 5

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Заземлення та занулення. Добірка статей

▪ стаття Генрі Бокль. Знамениті афоризми

▪ стаття Наскільки престижно бути політиком у Німеччині? Детальна відповідь

▪ стаття Випробування ізоляції жив кабелів зв'язку. Типова інструкція з охорони праці