基于STM32F103的空中鼠標(biāo)設(shè)計(jì)與論述

滕飛　胡湘娟　陽(yáng)泳

摘 要：隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類電子芯片在性能不斷提高的同時(shí)價(jià)格卻在不斷降低，文章將采用STM32F103來(lái)制作一款空中鼠標(biāo)，在方便實(shí)用的同時(shí)整體成本又比較低廉。目前市面廣泛應(yīng)用的光電鼠標(biāo)是通過(guò)一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出光線經(jīng)過(guò)桌面、鼠標(biāo)墊等平面反射后傳到光感應(yīng)器件來(lái)分析運(yùn)動(dòng)軌跡并傳輸給電腦。它的原理決定它必須要一塊相對(duì)平整的反射面才能正常工作，在一些特殊場(chǎng)合使用時(shí)將會(huì)受到限制。文章介紹的空中鼠標(biāo)在空中即可實(shí)現(xiàn)普通光電鼠標(biāo)的功能，使用十分方便。

關(guān)鍵詞：STM32；MPU6050；姿態(tài)解算；空中鼠標(biāo)

1 方案設(shè)計(jì)

普通的光電鼠標(biāo)通過(guò)底部的LED燈以一定角度照射在桌面上，在鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)反射光線通過(guò)一塊透鏡傳入傳感器來(lái)得到連續(xù)的圖案，然后通過(guò)對(duì)比前后的圖案變化來(lái)分析鼠標(biāo)的位移來(lái)得到鼠標(biāo)在二維坐標(biāo)的具體移動(dòng)數(shù)值，最終將數(shù)據(jù)傳送給電腦。正是由于工作原理的限制，所以在實(shí)際使用中光電鼠標(biāo)在一些特殊的場(chǎng)合使用將受到限制。不同于光電鼠標(biāo)的位移檢測(cè)原理，本設(shè)計(jì)的位移檢測(cè)是通過(guò)MPU6050芯片來(lái)檢測(cè)空間的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)方向的角速度，由于MPU6050是六軸運(yùn)動(dòng)處理器件，而電腦鼠標(biāo)指針的移動(dòng)是二維平面，所以只用讀取X軸和Z軸的角速度即可。STM32F103芯片讀取對(duì)應(yīng)值后通過(guò)NRF24l01無(wú)線傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端，接收端通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦從而實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

據(jù)本系統(tǒng)的工作原理，硬件部分主要有MPU6050模塊，NRF24l01無(wú)線傳輸模塊，STM32F103芯片，鋰電池一塊，按鍵電路，USB串口電路等。

2.1 MPU6050模塊

MPU6050是InvenSense公司的整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，內(nèi)部自帶3軸陀螺儀和3軸加速度傳感器，自帶有數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器硬件加速引擎，大大減少了MCU由于對(duì)運(yùn)動(dòng)處理計(jì)算而帶來(lái)的復(fù)雜計(jì)算，同時(shí)開(kāi)發(fā)難度也大大降低了，利用InvenSense公司提供的運(yùn)動(dòng)處理資料庫(kù)，可以十分方便的實(shí)現(xiàn)姿態(tài)解算。MPU6050的時(shí)鐘設(shè)置、采樣率設(shè)置、傳感器使能都是通過(guò)配置相關(guān)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用方便。時(shí)鐘源一般選擇X軸陀螺PLL作為時(shí)鐘源，可以得到高精度的時(shí)鐘。MPU6050的量程范圍也是可以選擇的，共有四個(gè)可選檔位，分別為±250°/S；±500°/S；±1000°/S；±2000°/S；陀螺儀的ADC為16位分辨率，鼠標(biāo)使用起來(lái)較為流暢。MPU6050的超低功耗和4*440.9mm的超小封裝也使發(fā)射端的制作和使用簡(jiǎn)便了很多。發(fā)射部分可使用一塊小鋰電池供電，因此可反復(fù)充電使用，同時(shí)鋰電池的充電器生活中非常常用，減少了用戶的后續(xù)開(kāi)支，由于本設(shè)計(jì)只用到了X軸和Z軸的角速度值，MPU6050芯片的性能對(duì)本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余。

2.2 NRF24l01無(wú)線傳輸模塊

NRF24L01是一款低功耗無(wú)線收發(fā)專用芯片，工作頻率高，傳輸速度快，功耗很低，等待模式電流僅為22uA，通過(guò)PCB天線即可以實(shí)現(xiàn)10m的有效傳輸距離，可以方便的實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收。外部電路也較為簡(jiǎn)單，而模塊的價(jià)格也只有幾塊錢，所以本設(shè)計(jì)直接采用了現(xiàn)成的NRF24l01無(wú)線傳輸模塊。兩個(gè)芯片工作在相同的模式下即可實(shí)現(xiàn)相互通信。

3 程序設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)分為發(fā)射端和接收端兩個(gè)部分，所以編程也要分開(kāi)進(jìn)行。發(fā)射部分主要包括MPU6050數(shù)據(jù)讀取，按鍵數(shù)據(jù)讀取，數(shù)據(jù)發(fā)送。接收端編程主要為數(shù)據(jù)接收，與PC的USB通訊。因?yàn)镾TM32F103系列芯片都自帶了USB，符合USB2.0規(guī)范，所以通訊十分方便。在調(diào)試時(shí)可以使用四軸飛行器的上位機(jī)軟件調(diào)試發(fā)射部分的程序，分模塊進(jìn)行調(diào)試。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次基于STM32F103的空中鼠標(biāo)設(shè)計(jì)硬件部分較為簡(jiǎn)單，體積較小，節(jié)能穩(wěn)定，發(fā)射部分采用鋰電池供電，可以反復(fù)充電，減少了不必要的開(kāi)支，接收部分直接通過(guò)電腦的USB端口供電，數(shù)據(jù)傳輸和供電共用的是一個(gè)USB接口，減少了電腦端口的占用。整體來(lái)說(shuō)，本空中鼠標(biāo)設(shè)計(jì)可以方便的在空中實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)指針的位移控制和左右鍵功能，實(shí)現(xiàn)了基本的鼠標(biāo)功能，可以滿足普通的使用，在一些特殊場(chǎng)合比如戶外，工業(yè)前線等等，具有光電鼠標(biāo)不具備的優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有一定的意義。同時(shí)對(duì)于MPU6050和來(lái)STM32來(lái)說(shuō)，本實(shí)驗(yàn)僅僅用到了部分功能，仍有很大的改進(jìn)空間來(lái)升級(jí)功能和使用體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]正點(diǎn)原子.MPU6050六軸傳感器實(shí)驗(yàn)[EB/OL].開(kāi)源電子網(wǎng)，2014（12）.

作者簡(jiǎn)介：滕飛（1994-），男，湖南常德人，漢族，學(xué)生，在讀本科，所學(xué)專業(yè)為電子信息工程。