基于體感算法的多功能藍牙遙控器的設計

2.1 HL1010接口及外圍電路

HL1010為藍牙控制芯片，其特點是：除了具有獨立的藍牙控制核心外，還集成了一顆8051微控制器核心；具有28個獨立的GPIO，兩路語音輸入輸出通道；集成了I2C和SPI控制器，便于外圍設備的擴展；內部固化了鍵盤掃描固件，可以通過簡單的寄存器讀寫完成鍵盤掃描。

利用HL1010的外圍電路，其中，GPIO10～GPIO17作為鍵盤行掃描，GPIO30～GPI-O37作為鍵盤列掃描；GPIO20～GPIO27為電源管理GPIO，分別通過軟件來控制加速度傳感器、數字陀螺儀、地磁計、E2PROM、揚聲器、振動電機等模塊的開關，以達到節能的作用；Pin44、45、48、49、50為語音模塊接口，pin23、24為I2C接口。其余引腳為芯片的供電和射頻匹配電路。HL1010的外圍電路可參考文獻[2]。

2.2 傳感器模塊

表1為本設計中傳感器的部分參數，三個傳感器都通過I2C總線與主控芯片進行交互，電路設計較為簡單。


3 軟件設計

3.1 體感算法

體感功能中最常用的是空中鼠標，即通過遙控器在空中的揮舞來控制屏幕中鼠標的運動，同時通過遙控器按鍵實現鼠標按鍵的操作，從而使用戶能在遠距離的三維空間中獲得鼠標的操作功能。為了實現空中鼠標的功能，本文采用陀螺儀和加速度傳感器。通過對陀螺儀得到的角速度數據分析得出遙控器的運動狀態，作為空中鼠標的主要數據；通過對加速度傳感器提供的加速度（主要是判斷重力加速度的方向）數據進行分析，得到遙控器所處的姿態，從而對陀螺儀的數據進行坐標轉換。陀螺儀所得數據中與重力加速度平行的方向為Y軸，與重力加速度垂直的為X軸，使最終空中鼠標的Y軸與重力加速度的平行方向始終一致、X軸與重力加速度的垂直方向始終一致。其數學方法如下[3-4]：

遙控器的加速度為as，大地系加速度為ai，兩者的轉化關系為：

ai=asRis (1)
其中，Ris為遙控器相對于大地系的余弦陣，其表達式為：


經過坐標轉換后，無論使用者如何將遙控器握在手中(正握，反握，豎立，倒立等)，空中鼠標的運動僅與使用者手臂的運動方向有關，而與遙控器的運動方向無關。