一種面向三維感知的無(wú)線傳感控制器的軟件設(shè)計(jì)

王克權(quán) 楊宏光 苗永康 沈 杰 張 騰

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221111）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，人們的生活慢慢進(jìn)入科技娛樂(lè)化，一些科技含量高的穿戴式設(shè)備相繼出現(xiàn)。現(xiàn)代控制輸入設(shè)備都是由多種傳感器將信號(hào)攝入到設(shè)備中，傳感器傳遞的信號(hào)使用最多的是光電信號(hào)或者傳感器信號(hào)。在體感輸入設(shè)備中，大多數(shù)的都劃分為基于攝像頭圖像的或者是基于傳感器技術(shù)的。無(wú)線傳感技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的作用，一般是進(jìn)行二維空間定位，而在三維空間方面技術(shù)也在逐漸成熟，相較于二維空間技術(shù)其數(shù)據(jù)量和復(fù)雜程度更高，同時(shí)信息量也比更大。所以當(dāng)前技術(shù)難點(diǎn)是要制造出高性能、低成本、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性的三維立體控制器。

根據(jù)已有的運(yùn)動(dòng)識(shí)別算法加上微處理器，合理運(yùn)用無(wú)線設(shè)備，設(shè)計(jì)了一種三維立體控制器。本三維立體控制器選用飛思卡爾的KL25Z芯片作為整機(jī)的控制單元，設(shè)計(jì)了底層硬件控制模塊，實(shí)現(xiàn)主控單元與MEMS 傳感器數(shù)據(jù)溝通傳輸。在PC 機(jī)上制定一套數(shù)據(jù)處理與上位機(jī)測(cè)試軟件，并且制定與下位機(jī)之間的通訊協(xié)議。使用C# 語(yǔ)言在上位機(jī)PC 軟件中可以實(shí)現(xiàn)3D 基本實(shí)物模擬，并且與實(shí)物進(jìn)行互動(dòng)模擬。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)：

下位機(jī)軟件完成下位機(jī)微處理器的編程。編譯器可以選擇KEIL4、IAR 或者CW MCU v10.5。其主要完成的功能有：液晶驅(qū)動(dòng)界面或者顯示數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)LSM330DLC 的數(shù)據(jù)功能驅(qū)動(dòng)；TSI（電容觸摸技術(shù)）的使用；使用QMX 操作系統(tǒng)等。

1 下位機(jī)初始化流程

圖2 初始化流程圖

圖3 任務(wù)一、二流程圖

開(kāi)始上電后，下位機(jī)首先配置運(yùn)行時(shí)鐘，時(shí)鐘運(yùn)行為48M。然后初始化系統(tǒng)棧，數(shù)據(jù)等系統(tǒng)參數(shù)。新建三個(gè)系統(tǒng)任務(wù)。在任務(wù)中初始化TSI 模塊，液晶顯示模塊，傳感器LSM330DLC 模塊。初始化加速度和角速度初始值。初始化定時(shí)器模塊。進(jìn)入任務(wù)處理循環(huán)中，監(jiān)聽(tīng)所有消息信號(hào)，并處理。

2 下位機(jī)消息和數(shù)據(jù)處理流程

在任務(wù)循環(huán)中，系統(tǒng)需要處理，串口接收指令事件、發(fā)送事件，傳感器點(diǎn)擊事件，TSI 觸摸事件，IMU 姿態(tài)定時(shí)更新處理事件，和圖像顯示事件。

任務(wù)一：

讀取傳感器數(shù)值，在每4ms 執(zhí)行一次IMU 姿態(tài)解算，得到解算角度。將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)。

任務(wù)二：

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觸摸按鍵任務(wù)，對(duì)觸摸按鍵事件進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)并處理。

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件采用C# 編譯器。主要完成的任務(wù)有：串口消息的初始化，接收和處理。數(shù)據(jù)的圖標(biāo)實(shí)時(shí)顯示和三維控件的顯示，攝像頭的采集數(shù)據(jù)處理。

軟件界面如下圖：

上位機(jī)軟件采用C#編譯器。主要完成的任務(wù)有：串口消息的初始化，接收和處理。數(shù)據(jù)的圖標(biāo)實(shí)時(shí)顯示和三維控件的顯示，攝像頭的采集數(shù)據(jù)處理。

圖4 主控界面

此界面上空白部分是用來(lái)顯示數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)圖表，可以用來(lái)觀察下位機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)。按鍵“實(shí)時(shí)顯示”則是開(kāi)啟顯示的開(kāi)關(guān)。顯示速度可以通過(guò)“顯示速度-”和“顯示速度+”來(lái)調(diào)節(jié)刷新數(shù)據(jù)的快和慢?！坝涗洈?shù)據(jù)開(kāi)”按鍵是是否將數(shù)據(jù)記錄到緩存中，用來(lái)區(qū)別刷新顯示和3D 控件演示使用。“清除數(shù)據(jù)”是清空數(shù)據(jù)緩存中的數(shù)據(jù)，重新開(kāi)始記錄以后的數(shù)據(jù)。

圖5 3D 運(yùn)行界面

3D 窗口左上方幾個(gè)標(biāo)簽是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示?？瞻撞糠质擒浖?zhí)行界面。執(zhí)行時(shí)，在屏幕中心空白處有一個(gè)模擬的3D空間顯示。運(yùn)行圖如圖5。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)軟硬件運(yùn)用調(diào)試，本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了3D 顯示和三維立體控制。實(shí)現(xiàn)了將無(wú)線傳感控制器的運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為通用的幾或更多個(gè)控制命令，可以制成通用控制器，應(yīng)用到三維鼠標(biāo)等產(chǎn)品上。

［1］李全江.LabVIEW 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2010:100-134.

［2］吳帥.基于三維感知的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)機(jī)制研究[D].南京郵電大學(xué),2012:11-15.

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［4］袁剛.六維加速度傳感器的原理、系統(tǒng)及特性研究[D].重慶大學(xué):2010:11-28.