RF通信技術(shù)的無(wú)線體感控制器研究

時(shí)間：2022-11-17 19:06:31 通信工程畢業(yè)論文我要投稿

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　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展,人們的生活方式與工作習(xí)慣在漸漸發(fā)生了改變.面對(duì)多種智能化設(shè)備,如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一化控制成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題.下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。

RF通信技術(shù)的無(wú)線體感控制器研究

　　摘要:隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，人們的生活方式與工作習(xí)慣在漸漸發(fā)生了改變。面對(duì)多種智能化設(shè)備，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一化控制成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種新型體感控制器，其使用基于射頻技術(shù)的nRF905作為通訊模塊，以STM32為主控芯片，配合使用MPU6050等多種傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)手腕動(dòng)作信息的采集。該控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體特征動(dòng)作的識(shí)別以及對(duì)各種智能化設(shè)備進(jìn)行控制，使用戶與智能設(shè)備的溝通更加方便，具有一定的使用價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞:RFID;nRF905;無(wú)線體感控制器;stm32

　　引言

　　近年來(lái)，隨著智能電視、平板電腦等高科技數(shù)碼產(chǎn)品的普及與風(fēng)靡，通過(guò)各種人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)在用戶體驗(yàn)上做到了直觀與新鮮。比如來(lái)自微軟的通過(guò)3D體感攝影實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)的Kinect;通過(guò)紅外攝像頭實(shí)現(xiàn)追蹤全部10只手指、識(shí)別精度高達(dá)1/100毫米的LeapMotion;以及加拿大創(chuàng)業(yè)公司ThalmicLabs推出的，通過(guò)探測(cè)用戶的肌肉產(chǎn)生的生物電活動(dòng)來(lái)達(dá)到識(shí)別用戶手勢(shì)的MYO腕帶[1]�？梢钥闯鰺o(wú)線體感控制設(shè)備正在發(fā)揮著推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要實(shí)體角色作用，因而已然成為當(dāng)下具有高度需求價(jià)值的熱點(diǎn)研究方向。本文即圍繞這一內(nèi)容給出系統(tǒng)論述和應(yīng)用設(shè)計(jì)。

　　一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　無(wú)線體感控制器能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)操作者手勢(shì)控制任何具有與該設(shè)備匹配的通信設(shè)備。比如機(jī)器小車、電腦光標(biāo)、無(wú)人機(jī)等等[2]。本系統(tǒng)用智能小車來(lái)模擬被控設(shè)備，通過(guò)智能小車的行進(jìn)軌跡來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)備的實(shí)用性�？刂圃O(shè)備的主要工作原理是通過(guò)六軸傳感器MPU6050來(lái)進(jìn)行手勢(shì)動(dòng)作的采集，由STM32單片機(jī)處理又經(jīng)nRF905發(fā)送到被控制的設(shè)備上，受控設(shè)備配有相同的通信芯片，接收到數(shù)據(jù)之后則送入51芯片進(jìn)行處理并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作[3]。

　　二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的無(wú)線體感控制器可以分為兩個(gè)工作部分。發(fā)射端由主控芯片、nRF905無(wú)線發(fā)射模塊、MPU6050六軸運(yùn)動(dòng)處理模塊等組成，無(wú)線體感控制終端框圖如圖1所示。接收端用智能小車進(jìn)行模擬，小車由51主控芯片、直流電機(jī)、nRF905無(wú)線發(fā)射模塊等組成。

　　2.1無(wú)線體感控制終端微控制器電路

　　對(duì)于無(wú)線體感控制終端，為了收獲良好的操作效果、呈現(xiàn)最佳用戶交互體驗(yàn)，選用了六軸運(yùn)動(dòng)處理組件來(lái)識(shí)別用戶手勢(shì)[4]。而且，基于需要不斷采集角度等數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì)目標(biāo)指向，因此上對(duì)于微控制器的工作頻率以及程序存儲(chǔ)器容量均將提出一定的要求。

　　2.2電源模塊電路

　　控制器采用5V聚合物鋰電池供電，由于STM32F103C8T6單片機(jī)與nRF905的工作電壓都是3.3V，研究選用了ASM1117-3.3穩(wěn)壓芯片來(lái)為系統(tǒng)提供3.3V電壓。需要一提的是，STM32F103C8T6分為模擬地和數(shù)字地，為了保證其正常工作可將兩路電源進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，即在模擬地和數(shù)字地之間通過(guò)0Ω電阻實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)共地。系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機(jī)為控制核心，STM32F103C8T6單片機(jī)是3.3V供電的低功耗微處理器，工作頻率最高可達(dá)到72MHz，64K程序存儲(chǔ)器，性能比普通8051更強(qiáng)大，且成本較低，能夠滿足更為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微處理器的實(shí)際具體連接布局如圖2所示。

　　2.3nRF905無(wú)線發(fā)射模塊電路

　　無(wú)線發(fā)射模塊是終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)模唧w實(shí)施可執(zhí)行流程。nRF905芯片是基于RF通信技術(shù)的一款無(wú)線收發(fā)芯片，其工作電源電壓為3.3V，輸出功率可調(diào)-10～10dBm，通過(guò)SPI的接口方式能夠直接對(duì)其進(jìn)行編程配置。nRF905應(yīng)用電路如圖3所示。

　　2.4體感檢測(cè)電路

　　體感檢測(cè)部分選用六軸運(yùn)動(dòng)處理組件MPU-6050來(lái)進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別，其中的三軸MEMS陀螺儀，分別檢測(cè)X軸、Y軸和Z軸的角速度[5]。

　　2.5接收設(shè)備

　　接收設(shè)備為一智能小車，實(shí)現(xiàn)的主要功能是作為被控設(shè)備，將無(wú)線體感控制終端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并作出前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等響應(yīng)。該設(shè)備硬件主要由51單片機(jī)、接收模塊以及四路直流電機(jī)組成。接收模塊的電路和控制終端的電路幾乎相同，直流電機(jī)需要7.2V供電，并且是以L293D為其核心的驅(qū)動(dòng)電路。

　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件部分包括有發(fā)送端程序和接收端程序。其中，發(fā)送端程序主要功能是完成對(duì)手勢(shì)信息的識(shí)別并控制nRF905無(wú)線模塊將手勢(shì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)送。接收端則主要完成數(shù)據(jù)的接收和判斷以及對(duì)不同手勢(shì)的響應(yīng)。本系統(tǒng)所有程序均采用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)調(diào)制。

　　3.1終端程序設(shè)計(jì)

　　3.1.1MPU6050相關(guān)配置

　　首先進(jìn)行手勢(shì)信息的采集，并對(duì)MPU6050提供初始化配置，具體內(nèi)容包括:配置REG_PWR_MGMT_1寄存器，實(shí)現(xiàn)軟復(fù)位MPU6050;配置REG_CONFIG寄存器分別為加速度計(jì)和為陀螺儀設(shè)置采樣率為8kHz;配置REG_GYRO_CONFIG寄存器使陀螺儀的量程為±2000(°)/s;配置加速度計(jì)的最大量程為±8g;配置REG_INT_ENABLE使其終端產(chǎn)生方式定制為Motiodetection，就是若有動(dòng)作即產(chǎn)生中斷。至此，MPU6050初始化配置結(jié)束。完成MPU6050初始化后，主控芯片將通過(guò)I2C總線讀取MPU6050的數(shù)據(jù)寄存器并融合相應(yīng)算法得到相應(yīng)歐拉角。通過(guò)對(duì)歐拉角的判別則可達(dá)成手勢(shì)識(shí)別的目的。

　　3.1.2nRF905相關(guān)配置

　　nRF905寄存器的配置內(nèi)容可描述為:將nRF905初始化后的對(duì)應(yīng)結(jié)果是，輸出功率為+10dB，外接16MHz晶振，發(fā)送地址寬度為4字節(jié)，數(shù)據(jù)寬度為4字節(jié)。將nRF905寄存器配置在433MHz工作頻段，并將HFREQ_PLL位置“0”，使通道間的頻差為100kHz。將nRF905的TRX_CE管腳置“1”，TX_EN置“0”使nRF905進(jìn)入發(fā)送模式，在一個(gè)動(dòng)作數(shù)據(jù)包發(fā)送完成后DR引腳將會(huì)置高，由此告知單片機(jī)已經(jīng)發(fā)送了數(shù)據(jù)。單片機(jī)判斷發(fā)送完成后，即會(huì)將nRF905配置為正常模式，并轉(zhuǎn)入檢測(cè)動(dòng)作輸入狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行下一次動(dòng)作采集，如此循環(huán)往復(fù)[6]

　　3.2接收處理中心程序

　　接收處理中心是將nRF905配置成接收模式，接收到手勢(shì)信息并將其實(shí)現(xiàn)。在初始化時(shí)，將nRF905配置寄存器的CH_NO位設(shè)定為0X4C，使其工作在430MHz的頻點(diǎn)上，將HFREQ_PLL位則置于“0”，通道間的頻差為100kHZ。設(shè)置nRF905的TRX_CE=“1”、TX_EN=“0”使之處于接收狀態(tài)，nRF905會(huì)自動(dòng)檢測(cè)載波，接收到相同頻率載波后載波檢測(cè)引腳AM將會(huì)置為高，收到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)后DR引腳相應(yīng)也會(huì)置高。完成如上設(shè)置后，單片機(jī)將讀取接收到的手勢(shì)信息數(shù)據(jù)并根據(jù)信息執(zhí)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的動(dòng)作。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　本文將STM32F103C8T6單片機(jī)、nRF905無(wú)線發(fā)射模塊、MPU6050相結(jié)合，具體設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型的無(wú)線體感控制器，通過(guò)操作者手勢(shì)能夠控制可與其相匹配的通信設(shè)備。比如機(jī)器小車、電腦光標(biāo)、無(wú)人機(jī)等等。為智能家居的理想規(guī)劃實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)，具有一定的現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]王娟.基于RFID的新型交互式生命搜救儀器[J].電子技術(shù)，2010，37(12):47-49.

　　[2]潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京:高等教育出版社，2002:232-243.

　　[3]孫利民，李建中.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

　　[4]蔣海濤，郭戰(zhàn)營(yíng).基于MEMS加速度傳感器的飛行器傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18(1):107-109.

　　[5]邰莉.三維磁阻式電子羅盤(pán)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2009:1-4.

　　[6]彭軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

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