摘要:隨着物聯網技術快速發展，人們的生活方式與工作習慣在漸漸發生了改變。面對多種智能化設備，如何實現對其進行統一化控制成了一個急需解決的問題。本文設計了一種新型體感控制器，其使用基於射頻技術的nRF905作爲通訊模組，以STM32爲主控芯片，配合使用MPU6050等多種傳感器實現對手腕動作資訊的採集。該控制器實現了對人體特徵動作的識別以及對各種智能化設備進行控制，使用戶與智能設備的溝通更加方便，具有一定的使用價值。
關鍵詞:RFID;nRF905;無線體感控制器;stm32
0引言
近年來，隨着智能電視、平板電腦等高科技數碼產品的普及與風靡，透過各種人機交互的實現在用戶體驗上做到了直觀與新鮮。比如來自微軟的透過3D體感攝影實現動態捕捉、影像辨識的Kinect;透過紅外攝像頭實現追蹤全部10隻手指、識別精度高達1/100毫米的LeapMotion;以及加拿大創業公司ThalmicLabs推出的，透過探測用戶的肌肉產生的生物電活動來達到識別用戶手勢的MYO腕帶［1］。可以看出無線體感控制設備正在發揮着推動物聯網發展的重要實體角色作用，因而已然成爲當下具有高度需求價值的熱點研究方向。本文即圍繞這一內容給出系統論述和應用設計。
1系統方案設計
無線體感控制器能夠實現透過操作者手勢控制任何具有與該設備匹配的通信設備。比如機器小車、電腦遊標、無人機等等［2］。本系統用智能小車來模擬被控設備，透過智能小車的行進軌跡來評價設備的實用性。控制設備的主要工作原理是透過六軸傳感器MPU6050來進行手勢動作的採集，由STM32單片機處理又經nRF905發送到被控制的設備上，受控設備配有相同的通信芯片，接收到數據之後則送入51芯片進行處理並執行相應動作［3］。
2系統硬件電路設計
本文設計的無線體感控制器可以分爲兩個工作部分。發射端由主控芯片、nRF905無線發射模組、MPU6050六軸運動處理模組等組成，無線體感控制終端框圖如圖1所示。接收端用智能小車進行模擬，小車由51主控芯片、直流電機、nRF905無線發射模組等組成。
2．1無線體感控制終端微控制器電路
對於無線體感控制終端，爲了收穫良好的操作效果、呈現最佳用戶交互體驗，選用了六軸運動處理組件來識別用戶手勢［4］。而且，基於需要不斷採集角度等數據並實時進行數據處理的設計目標指向，因此上對於微控制器的工作頻率以及程序存儲器容量均將提出一定的要求。
2．2電源模組電路
控制器採用5V聚合物鋰電池供電，由於STM32F103C8T6單片機與nRF905的工作電壓都是3．3V，研究選用了ASM1117－3．3穩壓芯片來爲系統提供3．3V電壓。需要一提的是，STM32F103C8T6分爲模擬地和數字地，爲了保證其正常工作可將兩路電源進行隔離設計，即在模擬地和數字地之間透過0Ω電阻實現單點共地。系統以STM32F103C8T6單片機爲控制核心，STM32F103C8T6單片機是3．3V供電的低功耗微處理器，工作頻率最高可達到72MHz，64K程序存儲器，性能比普通8051更強大，且成本較低，能夠滿足更爲複雜的應用系統設計。微處理器的實際具體連接佈局如圖2所示。
2．3nRF905無線發射模組電路
無線發射模組是終端數據傳輸的，具體實施可執行流程。nRF905芯片是基於RF通信技術的一款無線收發芯片，其工作電源電壓爲3．3V，輸出功率可調－10～10dBm，透過SPI的接口方式能夠直接對其進行編程配置。nRF905應用電路如圖3所示。
2．4體感檢測電路
體感檢測部分選用六軸運動處理組件MPU－6050來進行手勢識別，其中的三軸MEMS陀螺儀，分別檢測X軸、Y軸和Z軸的`角速度［5］。
2．5接收設備
接收設備爲一智能小車，實現的主要功能是作爲被控設備，將無線體感控制終端發送的數據進行判斷，並作出前進、後退、左轉、右轉等響應。該設備硬件主要由51單片機、接收模組以及四路直流電機組成。接收模組的電路和控制終端的電路幾乎相同，直流電機需要7．2V供電，並且是以L293D爲其核心的驅動電路。
3系統軟件設計
本系統軟件部分包括有發送端程序和接收端程序。其中，發送端程序主要功能是完成對手勢資訊的識別並控制nRF905無線模組將手勢資訊進行實時發送。接收端則主要完成數據的接收和判斷以及對不同手勢的響應。本系統所有程序均採用C語言來實現編寫調製。
3．1終端程序設計
3．1．1MPU6050相關配置
首先進行手勢資訊的採集，並對MPU6050提供初始化配置，具體內容包括:配置REG_PWR_MGMT_1寄存器，實現軟復位MPU6050;配置REG_CONFIG寄存器分別爲加速度計和爲陀螺儀設定採樣率爲8kHz;配置REG_GYRO_CONFIG寄存器使陀螺儀的量程爲±2000(°)/s;配置加速度計的最大量程爲±8g;配置REG_INT_ENABLE使其終端產生方式定製爲Motiodetection，就是若有動作即產生中斷。至此，MPU6050初始化配置結束。完成MPU6050初始化後，主控芯片將透過I2C總線讀取MPU6050的數據寄存器並融合相應算法得到相應歐拉角。透過對歐拉角的判別則可達成手勢識別的目的。
3．1．2nRF905相關配置
nRF905寄存器的配置內容可描述爲:將nRF905初始化後的對應結果是，輸出功率爲+10dB，外接16MHz晶振，發送地址寬度爲4字節，數據寬度爲4字節。將nRF905寄存器配置在433MHz工作頻段，並將HFREQ_PLL位置“0”，使通道間的頻差爲100kHz。將nRF905的TRX_CE管腳置“1”，TX_EN置“0”使nRF905進入發送模式，在一個動作數據包發送完成後DR引腳將會置高，由此告知單片機已經發送了數據。單片機判斷髮送完成後，即會將nRF905配置爲正常模式，並轉入檢測動作輸入狀態，繼續進行下一次動作採集，如此循環往復［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，接收到手勢資訊並將其實現。在初始化時，將nRF905配置寄存器的CH_NO位設定爲0X4C，使其工作在430MHz的頻點上，將HFREQ_PLL位則置於“0”，通道間的頻差爲100kHZ。設定nRF905的TRX_CE=“1”、TX_EN=“0”使之處於接收狀態，nRF905會自動檢測載波，接收到相同頻率載波後載波檢測引腳AM將會置爲高，收到一個正確的數據後DR引腳相應也會置高。完成如上設定後，單片機將讀取接收到的手勢資訊數據並根據資訊執行前進、後退、左轉、右轉的動作。
4結束語
本文將STM32F103C8T6單片機、nRF905無線發射模組、MPU6050相結合，具體設計並實現了一種新型的無線體感控制器，透過操作者手勢能夠控制可與其相匹配的通信設備。比如機器小車、電腦遊標、無人機等等。爲智能家居的理想規劃實踐奠定了基礎，具有一定的現實推廣價值。
參考文獻:
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