利用ROHM傳感器評估套件實現(xiàn)UCLA AirMouse–第2部分

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

在利用ROHM傳感器評估套件實現(xiàn)UCLA AirMouse – 第1部分中，我們完成了項目的硬件。對于發(fā)射器部分，我們將AirMouse按鈕以及Uno的GPIO引腳和RF模塊之間的接口組裝在一塊面包板上。由于ROHM傳感器開發(fā)板（SensorShield）在原型設(shè)計和DIY項目方面的應(yīng)用非常方便，因此我們選擇將其與加速度計模塊接合在一起使用。正如您將在本教程中看到的那樣，ROHM開發(fā)板內(nèi)置Arduino與其外設(shè)之間的I2C通信功能，因此，用戶通過一些簡單代碼就可以接收加速度計的數(shù)據(jù)，無需編寫任何底層I2C函數(shù)來發(fā)送和接收來自設(shè)備地址的數(shù)據(jù)。對于接收器部分，我們?yōu)?a href="http://ttokpm.com/tags/te/" target="_blank">Teensy微控制器組裝了類似的分線板，以便與RF模塊對接。

本教程介紹和描述的代碼將幫您將兩個模塊連接在一起，以完成該項目。我們將向您展示兩個模塊之間發(fā)送數(shù)據(jù)的基本代碼以及處理加速度計數(shù)據(jù)以在計算機顯示器上移動光標(biāo)的基本代碼。同時，我們希望您能創(chuàng)造一些更酷的補充和改進！

AirMouse快速概覽

我們都用過電腦鼠標(biāo)，但是它們只能在桌面之類的平面上工作。我們已經(jīng)制作了一個“AirMouse”——一款能夠在3D空間中運行的計算機鼠標(biāo)。用戶通過傾斜鼠標(biāo)就可以讓屏幕上的光標(biāo)移動，從而可以進行大范圍自定義動作。我們已經(jīng)在第1部分中介紹了構(gòu)建AirMouse的基礎(chǔ)知識。AirMouse主要由兩部分組成：戴在手上的鼠標(biāo)發(fā)射器和連接用戶計算機的接收器。發(fā)射器收集鼠標(biāo)的方向和按鈕狀態(tài)信息；而接收器則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換這些信息，從而在計算機屏幕上執(zhí)行相應(yīng)操作。AirMouse由Arduino Uno和nRF24L01射頻模塊結(jié)合ROHM傳感器開發(fā)板的加速度計構(gòu)建而成。

第1部分的硬件：

發(fā)射器：

● 1 x Arduino Uno微控制器

1 x ROHM傳感器評估套件

1 x ROHM加速度計 (KX022-1020)

1 x nRF24L01+ RF模塊

排母

滑動開關(guān)

1 x 可焊接試驗電路板，足夠大，能焊接微控制器和所有電子器件

2 x 按鍵

1 x 1s LiPo電池

1 x 1k?電阻r

1 x 3.3k?電阻

接收器：

1 x Teensy 3.2微控制器

1 x NRF24L01+ RF模塊

排母

1 x 可焊接試驗電路板，足夠大，能焊接微控制器和所有電子器件

1 x 紅、黃、綠LED燈

1 x 150?電阻

按照第1部分連接硬件之后，您就可以利用以下程序運行發(fā)送器和接收器。

發(fā)射器：

#include 
#include "RF24.h"
 
#define byte uint8_t
#include 
#include 
 
KX022 accelerometer(KX022_DEVICE_ADDRESS_1E);
 
RF24 radio(9,10);
 
uint64_t pipes[2] = {0xF0F0F0F0F0, 0xF0F1F1F1F1}; //reading, writing
 
void initRadio()
{
 radio.setPALevel(RF24_PA_HIGH);
 //payload size default 32...
 radio.setChannel(10); //you can change the channel setting
 radio.setCRCLength(RF24_CRC_16); //2-byte CRC
 radio.setDataRate(RF24_1MBPS); //1Mbps data rate
 
 radio.openReadingPipe(0, pipes[0]);
 radio.openWritingPipe(pipes[1]);
}
 
#define buttonPinR 2 //change these accordingly
#define buttonPinL 3
 
void setup() {
 // put your setup code here, to run once:
 Serial.begin(9600);
 while (!Serial);
 
 pinMode(buttonPinR, INPUT);
 pinMode(buttonPinL, INPUT);
 
 radio.begin();
 initRadio();
 radio.stopListening();
 
 Wire.begin();
 accelerometer.init();
}
 
long lastDebounceTimeR = 0;  // the last time the output pin was toggled
long lastDebounceTimeL = 0;
long debounceDelay = 50;
int buttonStateR = LOW;             // the current reading from the input pin
int buttonStateL = LOW;
int lastReadingR = LOW;
int lastReadingL = LOW;
 
char readButtonR(){
 int reading = digitalRead(buttonPinR);//get what state the button is
 char out = 'a';//the value to return if nothing special happened
 
 if (reading != lastReadingR) {//We're reading a new state for button
   // reset the debouncing timer
   lastDebounceTimeR = millis();
 }
 
 if ((millis() - lastDebounceTimeR) > debounceDelay) {//We finally have a stable value
   if (reading != buttonStateR)//Compared to our previous state, we have a flip
   {
     out = 'r';//prepare to toggle the Mini
   }
   buttonStateR = reading;//Make the buttonState the same
 }
 
 lastReadingR = reading;//make the last state the "current" state
 return out;
}
 
char readButtonL(){
 int reading = digitalRead(buttonPinL);
 char out = 'a';
 
 if (reading != lastReadingL) {
   // reset the debouncing timer
   lastDebounceTimeL = millis();
 }
 
 if ((millis() - lastDebounceTimeL) > debounceDelay) {
   
   if (reading != buttonStateL)
   {
     out = 'l';
   }
   buttonStateL = reading;
 }
 
 lastReadingL = reading;
 return out;
}
 
struct data
{
 boolean isPushedR = false;
 boolean isPushedL = false;
 int8_t acceleration[3] = {0, 0, 0};
};
 
data packet;
boolean rState = false;//these states are used to represent the current state of the buttons
boolean lState = false;
 
void loop() {    
   
   if(readButtonR() == 'r'){ //toggle button state when button state change is detected
     rState = !rState;
   }
   
   if(readButtonL() == 'l'){ //toggle button state when button state change is detected
     lState=!lState;
   }
 
   packet.isPushedR = rState;
   packet.isPushedL = lState;
 
   uint8_t rc;
   float acc[3];
   rc = accelerometer.get_val(acc);
   
   if (rc == 0)
   {
     //we cast to drop the decimal, we don't need that high precision 
     packet.acceleration[0] = (int8_t)(acc[0]*100); //x
     //Serial.print(packet.acceleration[0]); Serial.print(" ");
     packet.acceleration[1] = (int8_t)(acc[1]*100); //y
     //Serial.print(packet.acceleration[1]); Serial.print(" ");
     packet.acceleration[2] = (int8_t)(acc[2]*100); //z
     //Serial.println(packet.acceleration[2]);
   }
 
   radio.write((char*) &packet, sizeof(packet));
}

接收器：

#include 
#include "RF24.h"
 
RF24 radio(9,10);
 
uint64_t pipes[2] = {0xF0F1F1F1F1, 0xF0F0F0F0F0}; //reading, writing
 
void initRadio()
{
 radio.setPALevel(RF24_PA_HIGH);
 //payload size default 32...
 radio.setChannel(10);
 radio.setCRCLength(RF24_CRC_16); //2-byte CRC
 radio.setDataRate(RF24_1MBPS); //1Mbps data rate
 
 radio.openReadingPipe(0, pipes[0]); //reading pipe
 radio.openWritingPipe(pipes[1]);
 
 radio.startListening();
 
}
#define R_PIN 6 //Red LED
#define G_PIN 7 //Green LED
#define Y_PIN 8 //Yellow LED
 
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 while(!Serial); //wait until Serial is initialized...(we found that not including this line of code caused errors on the 
                 //Teensy because it started executing code without ensuring that Serial communication with the laptop was
                 //properly initialized...
 radio.begin();
 initRadio();
 
 Mouse.screenSize(1920, 1080);  // configure screen size
 
 randomSeed(analogRead(0));
 
 pinMode(R_PIN, OUTPUT);
 pinMode(G_PIN, OUTPUT);
 pinMode(Y_PIN, OUTPUT);
}
 
#define CALIX 6 //calibration for X
#define CALIY -1 //calibration for Y
 
#define scalingFactor 0.05
#define THRESHOLD 1
 
double moveVector[2] = {0, 0};
 
void tiltToVector(const int8_t* acceleration){
 moveVector[0] = 0;
 moveVector[1] = 0;
 if(abs(acceleration[0] - CALIX) > THRESHOLD){ //calculate move
   moveVector[1] = (double)(acceleration[0] * scalingFactor);
 }
 if(abs(acceleration[1] - CALIY) > THRESHOLD) {
   moveVector[0] = (double)(acceleration[1] * scalingFactor);
 }
}
 
struct data
{
 boolean isPushedR = false;
 boolean isPushedL = false;
 int8_t acceleration[3] = {0, 0, 0};
};
 
data packet;
 
void loop() {
 
 bool stillWaiting = true;
 //Serial.println("About to read");
   while(stillWaiting){
     if(radio.available(0)){ //You've got mail!!!
       radio.read((char*) &packet, sizeof(packet));
       stillWaiting = false;
     }
   }
 
 Mouse.move(moveVector[0], moveVector[1]);
 Mouse.move(moveVector[0], moveVector[1]); //call it twice within the loop for smoothness :) 
 
 //prints for debugging purposes
 Serial.println("Finished writing the pins");
 if (packet.isPushedR) {
   Serial.println("The right button has been clicked!!! (Did you mean to right click?!?!)");
 }
 
 if (packet.isPushedL) {
   Serial.println("The left button has been clicked!!! (Did you mean to left click?!?!)");
   //Mouse.click();
 }
 
 Serial.print("X: ");
 Serial.println(packet.acceleration[0]);
 
 Serial.print("Y: ");
 Serial.println(packet.acceleration[1]);
 
 Serial.print("Z: ");
 Serial.println(packet.acceleration[2]);
 
 tiltToVector(packet.acceleration); //re-calculate move vector coordinates
 
 
//  Mouse.move(moveVector[0], moveVector[1]);
 
}

將代碼上傳到Teensy與將代碼上傳到Arduino Uno略有不同。對于Uno，您只需按照通常的編譯和上傳步驟執(zhí)行即可:

依次選擇Tools > Board > Arduino/Genuino Uno

選擇端口（Port）

點擊Arduino IDE中的“Upload”（上傳）按鈕

而對于Teensy，請按照以下步驟上傳接收器代碼:

依次選擇Tools > Board > Teensy 3.2 / 3.1

依次選擇Tools > USB Type > Keyboard + Mouse + Joystick （我們將Teensy當(dāng)作一個USB設(shè)備使用）

點擊Arduino IDE中的“Upload”（上傳）按鈕

為了本教程的目的，我們不會詳細(xì)涉及所使用的不同通信協(xié)議，也不會詳細(xì)介紹RF模塊的通信軟件。要了解有關(guān)這些主題的更多信息，請查看我們的 通信協(xié)議 和 nRF24L01+ 模塊 教程 相反，我們將簡要介紹軟件中主控制電路的工作原理。

在AirMouse中，發(fā)射器負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，但大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理由接收器模塊進行。系統(tǒng)的這種設(shè)計方式使得Arduino——比Teensy更弱的處理器——只需要收集數(shù)據(jù)即可，因此能夠在決策和計算上花費更少的資源，并能夠以更快的周期運行。通過這種實現(xiàn)方法，兩臺設(shè)備之間唯一發(fā)送的數(shù)據(jù)就是原始加速計數(shù)據(jù)和按鈕數(shù)據(jù)。Teensy接收這些原始數(shù)據(jù)并進行處理，從而在計算機屏幕上執(zhí)行相應(yīng)操作。

為了檢測AirMouse的方位，系統(tǒng)必須能夠解析原始加速計數(shù)據(jù)。要做到這一點，首先必須確定每個坐標(biāo)的“零值”。零值的定義如下：AirMouse保持平坦（平行于地面）時每個軸的加速度計輸出。確定零值后，軟件就能夠?qū)⒓铀俣扔嫈?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為方向和數(shù)量，通過分析每個軸的加速度（由于重力）并將其與零值進行比較以便在屏幕上移動光標(biāo)。

現(xiàn)在，我們來看一下接收器模塊與電腦之間的交互。Teensy被指定為USB人機界面設(shè)備（這里是指USB鼠標(biāo)）。解析方位數(shù)據(jù)后，軟件會計算光標(biāo)移動的速度和方向。此外，該軟件還將點擊左鍵解析為左鍵單擊，將點擊右鍵解析為右鍵單擊，調(diào)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ谟嬎銠C屏幕上顯示左鍵單擊或右鍵單擊功能。以下才是最酷的部分：您完全可以只通過軟件就能夠修改或添加鼠標(biāo)的屏幕功能！目前，鼠標(biāo)只具有最基本的功能和特性，但是您只需對軟件進行簡單改動，就可以輕松添加諸如滾動、將光標(biāo)移至屏幕上的某個點等功能！(請點擊此處，了解Teensy USB鼠標(biāo)的參考指南) 以下是您可以實現(xiàn)的一些很酷的硬件和軟件想法:

將不同模式的按鍵點擊用作不同的控制功能（比如，雙擊右鍵關(guān)閉窗口)

添加滾動功能?。ㄍ瑫r點擊兩個按鍵變?yōu)椤皾L動模式”)

添加其他鼠標(biāo)按鍵以執(zhí)行滾動操作或為不同功能獲取更多按鍵模式

我們希望您能夠喜歡這個AirMouse項目，并且非常期待您可以對設(shè)計和功能進行修改和改進！

作為UCLA IEEE高級項目（Advanced Projects）計劃的一部分，最初的AirMouse由Rahul Iyer、Aaron和Andrew Wilhelm研發(fā)。

審核編輯：湯梓紅