MPU6050和STM32L152的微功耗三維無線滑鼠設計

2020-11-29 電子產品世界

摘要：利用運動傳感晶片MPU6050和STM32L152，設計了一款運動感知及處理模塊功耗僅為1.2 mA左右的低功耗三維滑鼠。針對功耗問題，詳細介紹了符合滑鼠低功耗工作要求的STM32L152低功耗運行、睡眠模式配置，以及MPU6050加速度計單獨循環、單軸加速度計工作模式的配置，給出了加速度計標定及基於加速度計的姿態角計算方法，實現了滑鼠姿態的精確測量。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201609/303454.htm

關鍵詞：STM32L152;MPU6050;三維無線滑鼠

引言

針對低功耗設計問題，大多數三維無線滑鼠僅考慮無線模塊的低功耗設計。本文在此基礎上，進一步將滑鼠處理器模塊及慣性測量模塊功耗考慮進來，實現一款功耗更低、性能更優的三維無線滑鼠。

1 方案選擇

系統主要由電源模塊、運動感測追蹤組件MPU6050模塊、串口轉無線WiFi模塊和主控晶片STM32L152構成，系統功能框圖如圖1所示。這裡WiFi模塊只是用於遠程傳輸測試，不在低功耗設計考慮之中，若考慮遠程傳輸低功耗設計，則使用ZigBee無線傳輸。

2 硬體電路設計

2. 1 微控制器接口電路

主控晶片STM32L152與MPU6050的I2C和串口轉WiFi模塊的接口電路如圖2所示。

2.2 運動感測追蹤組件MPU6050電路

MPU6050硬體電路設計如圖3所示，將其SCL、SDA埠連接4.7 kΩ上拉電阻(否則I2C總線不能通信)，並與微處理器PB8、PB9引腳相連;AD0經4.7 kΩ電阻接地，讀寫器件地址為0xD0，若懸空或接高電平，地址為0xD2;濾波電容取值0.1μF，電荷泵電容取值10 μF，否則片上傳感器不工作。

2.3 串口轉WiFi模塊電路

WiFi232-s是一款實現串口到WiFi數據包的雙向透明轉發，其內部完成協議轉換。串口轉WiFi模塊電路如圖4所示。通過串口或WiFi網絡連接至電腦，可以對模塊進行AT指令集設置其配置參數。其中9、10、12引腳接4.7 kΩ上拉電阻，5、6引腳接處理器串口引腳PD8、PD9。

3 軟體設計

3.1 三維滑鼠低功耗設計描述

使用MPU6050可以設計兩種三維滑鼠：基於加速度計或陀螺儀，這裡主要討論基於加速度計的三維滑鼠設計。

三維滑鼠低功耗設計中，主要實現在滑鼠不工作時系統進入睡眠模式，達到功耗最低，並且能夠及時從睡眠中喚醒，進入工作狀態。因此，在微處理器STM32L152中設置一個3s定時器，用來掃描滑鼠當前狀態是否符合進入睡眠模式條件。每當定時溢出中斷到來後，採集加速度計Z軸輸出值並持續0.5s，採集的當前數據與上一時刻相減得到變化值，判斷其是否大於所設的閾值，並對這些大於閾值的數據進行計數。若計數大於所設閾值，則滑鼠仍然保持工作狀態，等待下一次定時中斷到來，此時STM32L152為低功耗運行模式，MPU6050工作模式為加速度計單獨循環模式;若計數小於所設閾值，則滑鼠進入睡眠模式，此時微處理器設置為低功耗睡眠模式，MPU6050的工作模式設置為加速度計Z軸工作，其餘軸為Standby待機模式。

3.2 MPU6050低功耗設置

(1)MPU6050加速度計單獨循環工作模式

三維滑鼠的MPU6050模塊中的三軸加速度計設置為循環工作模式，三軸陀螺儀設置為Standby待機模式，此時MPU6050電流消耗500μA。

MPU6050生產商已經給出了編程所需頭文件mpu6050.h，其將編程中所用到的寄存器都做了定義，如MPU6050 DEFAULT ADDRESS，在頭文件中對應地址為0xD0或0xD2。

(2)MPU6050其他工作模式配置

MPU6050睡眠模式：電源管理1寄存器PWR_MGMT_1設置為0x40。此時加速度和陀螺儀傳感器都進入Standby待機模式，陀螺儀輸出值為0，加速度傳感器輸出一個固定值，MPU 6050電流消耗為5μA。

MPU6050陀螺儀單獨運行模式：電源管理1寄存器PWR_MGMT_1設置為0x0C，電源管理2寄存器PWR_MGMT_2設置為0x38。此時只有陀螺儀傳感器工作，加速度計進入Standby待機模式，輸出為一個固定值，MPU6050電流消耗為3.6 mA。

3.3 STM32L152低功耗設置

注意，一般睡眠函數放置在while循環最後執行，在其他任務跑完後進入睡眠模式，待中斷到來時喚醒。

(3)STM32L152低功耗模式參數

低功耗睡眠模式：當靜止不動時，三維滑鼠會進入不工作狀態。此時只有微處理器中的3 s定時掃描MPU6050加速度計Z軸動作的定時器在工作，在1.8 V或3 V電壓下，微處理器功耗為6.1μA。

低功耗運行模式：三維滑鼠進行旋轉或位移動作時，進入工作狀態，此時STM32L152處於低功耗運行模式，主頻設置為16 MHz。關閉所有無關的外設，其電流消耗在500 μA左右。

3.4 滑鼠工作狀態及睡眠狀態下的總功耗

滑鼠正常工作狀態：STM32L152工作在低功耗運行模式，MPU6050工作在加速度計單獨循環模式，電流消耗在1.2 mA左右。

  • STM32單片機中文官網
  • STM32單片機官方開發工具
  • STM32單片機參考設計



技術專區

相關焦點

  • 基於STM32L152和S14432的無線網絡系統設計
    工業現場自動化數據的控制和採集需要傳輸距離1km左右、功耗低、簡單、可靠、價格低廉的無線通信網絡。無線收發晶片S14432的通信距離可達1～2km。本文設計了一種基於STM32L152和S14432的無線網絡系統。系統採用低功耗、高性能的Cortex-M3核32位微控制器STM32L152和高集成度、低功耗的無線收發晶片S14432，適用於短距離的現場數據採集和監控。
  • 正點原子-戰艦V3第三十七章 MPU6050 六軸傳感器實驗
    本章，我們介紹當下最流行的一款六軸（三軸加速度+三軸角速度(陀螺儀)）傳感器：MPU6050，該傳感器廣泛用於四軸、平衡車和空中滑鼠等設計，具有非常廣泛的應用範圍。接下來，我們介紹一下利用 STM32F1 讀取 MPU6050 的加速度和角度傳感器數據（非中斷方式），需要哪些初始化步驟：1）初始化 IIC 接口MPU6050 採用 IIC 與 STM32F1 通信，所以我們需要先初始化與 MPU6050
  • MPU6050移植讀取數據時出現FIFO溢出問題解析
    MPU-6000（6050）為全球首例整合性6軸運動處理組件，相較於多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時間軸之差的問題，減少了大量的封裝空間。 　　MPU-6000（6050）的角速度全格感測範圍為±250、±500、±1000與±2000°/sec （dps），可準確追蹤快速與慢速動作，並且，用戶可程式控制的加速器全格感測範圍為±2g、±4g±8g與±16g。產品傳輸可透過最高至400kHz的IIC或最高達20MHz的SPI（MPU-6050沒有SPI）。
  • GD32F103+MPU9150四旋翼飛行器第一步:姿態融合算法
    前言：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/272279.htm　　相比直升機來說，四旋翼乃至多旋翼飛行器的機械結構簡單，操控靈活，飛行穩定，體積也能做的更小，當然也能更大，它將直升機複雜的機械結構設計難度轉化到了電子電路和算法上面，因此四旋翼飛行器的設計更容易上手，更民眾化。
  • MPU6050裡面的加速度計和陀螺儀
    圖2 放置於水平地面時當物體右傾斜放45°放在地上時， X軸和Z軸受重力的分力。如圖3。例如MPU-6050的正負方向如圖5所示。圖5 MPU-6050方向正負示意圖由於從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經過積分運算。
  • 無線滑鼠推薦 無線滑鼠哪款好用
    無線滑鼠沒有線材的束縛，相對有線的來說使用起來更加方便，那麼，有哪些無線滑鼠值得推薦呢？無線滑鼠哪款好用？雙飛燕G10-810F無線滑鼠雙飛燕的這款無線滑鼠帶有商務氣息，黑色的配色簡約幹練，其大小是專門為中型手和大型手所設計的。
  • 無線娛樂組合,動力E族X2無線耳機滑鼠套裝
    在如今外設產品越來越多的前提下，我們經常為電腦USB接口不夠而煩惱，動力E族在此時推出X2這款無線耳機滑鼠套裝產品，讓用戶在上網、視頻聊天、聽音樂或遊戲等娛樂時只需要集中用一個USB口就可以了，X2套裝組合充分的說明了廠家以顧客需求為導向的產品設計理念。目前市場價格僅168元，是款超值的套裝產品。下面一起來看看。
  • 聖甲蟲無線滑鼠PK蘋果無線滑鼠
    今天筆者在市場內無意發現了一款外觀美觀時尚的，來自美國品牌VICI（聖甲蟲）的滑鼠。    VICI公司是一家從事電腦周邊外設產品研發、設計和銷售的美國IT企業。2001年，在經營電腦產品的近二十年間，其產品一直以簡潔、精細、實用、大方為品牌特色。時至今日，憑藉成熟的生產工藝、近似瘋狂的品質要求、以及優質的用料，從而保證了產品的優越品質。
  • 暢享無線快感!150元以下2.4G無線滑鼠導購
    無線技術根據不同的用途和頻段被分為不同的類別，其中包括藍牙、Wi-Fi (IEEE 802.11)、Infrared (IrDA)、ZigBee (IEEE 802.15.4)等等多個無線技術標準，但對於當前主流無線滑鼠而言，僅有27Mhz、2.4G和藍牙無線滑鼠共三類。
  • 輕帆:暢談2.4G無線滑鼠與藍牙4.0滑鼠的區別
    藍牙4.0滑鼠採用國際標準的BLE通訊協議，基於其公共接入能力的繁雜性和數據通訊確認機制的準則，延遲是比較大一些的。要處理好延遲可以做一些努力，但基礎的延遲還是無法消除。對於電腦上瀏覽、辦公等場合，這種延遲感覺不是十分顯著，還是完全可以滿足使用要求的。2.4G無線滑鼠設備，基於廠家的設計能力有所差異，一般的2.4G無線滑鼠延遲並不大。
  • 病房呼叫系統的軟體設計_單片機病房呼叫系統的設計 - CSDN
    通過紅外遙控器切換64分頻、32分頻以及16分頻顯示，柱條和頂點顏色是隨機切換的採用32*64紅綠雙色點陣，直接輸入音頻信號即可將美妙的音符轉變為跳動的節奏!非常富有節奏感!：（1）基於STM32開發（2）MPU6050傳感器模塊（3）NRF24L01無線通信模塊（4）雙搖杆遙控和體感遙控（5）2.4液晶顯示http://www.cirmall.com/circuit/2088/details6、STM32
  • STM32CubeMX升級至V5.2.0,STM32G4即將推出,STM32CubeIDE正式面世
    官網網址： www.st.com/stm32cubemx 官網網址： https://www.stmicroelectronics.com.cn/en/development-tools/stm32cubeide.html
  • 無線滑鼠接收器壞了怎麼辦 無線滑鼠接收器壞了的解決辦法
    無線滑鼠因為其輕巧方便而備受人們喜愛，不過使用久了也經常會出故障，例如無線滑鼠接收器壞了怎麼辦?下面我們就一起來看看吧。無線滑鼠接收器壞了怎麼辦一、倘若我們使用的無線滑鼠屬於普通的無線滑鼠，那可能就沒有辦法解決了。
  • [論壇]2.4G無線滑鼠PK藍牙滑鼠測試
    這個技術的好處不但使減低了甚至杜絕了無線設備互相干擾的現象，甚至使藍牙設備適應性更廣，成本更低廉。此外，藍牙技術傳輸速率最高為每秒1Mbps，雖然和2.4Ghz非聯網解決方案的2Mbps還有一定差距，但還是要高於27MHz無線技術。     2.4G無線滑鼠的特徵：     「2.4Ghz 非聯網解決方案」也就是我們俗稱的2.4G無線網絡技術。
  • STM32F1與STM32F0在GPIO_TypeDef 寄存器方面的不同
    -發送和接受共用的可編程波特率，最高可達4.5Mbits/s 可編程的數據字長度（8位或者9位）；可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；可配置的使用DMA多緩衝器通信。單獨的發送器和接收器使能位。檢測標誌：① 接受緩衝器  ②發送緩衝器空 ③傳輸結束標誌 多個帶標誌的中斷源。觸發中斷。 其他：校驗控制，四個錯誤檢測標誌。
  • 富勒和精靈無線滑鼠對比拆解:誰才是外設之王
    打開APP 富勒和精靈無線滑鼠對比拆解：誰才是外設之王 佚名 發表於 2018-01-24 20:42:00 五十元無線滑鼠是否值得購買？
  • 送無線滑鼠 戴爾靈越13z便攜本升級CPU
    這款預裝正版Windows 7系統的便攜筆記本官方報價為4499元，現在購買還免費送無線滑鼠、還有2種彩殼免費選。    與330萬名中國消費者一起選擇戴爾直銷渠道；選購最新最全的戴爾產品，更有豐富的個性化產品與配置供您挑選。
  • 別樹一幟的設計,八位堂N30 2.4G無線滑鼠玩的太有創意
    八位堂N30 2.4G無線滑鼠外觀上很顛覆大眾認知，很難想像這是一款滑鼠，第一眼感覺像手柄，但形態上又感覺應該是個滑鼠，紅白配色仿佛讓人回到了八十年代，外觀充滿了NES遊戲手柄記憶點，別致精巧造型，真正讓人感覺別出心裁。打破傳統滑鼠設計，左右滑鼠按鍵採用了類似遊戲手柄AB按鍵替代，而且對比一般滑鼠會發現少了點什麼？
  • 僅29.9元 Rapoo/雷柏M17 2.4G無線滑鼠
    這款Rapoo/雷柏M17 2.4G無線滑鼠採用人體工學設計，時尚精緻，後感舒適，2.4G無線自由，可在10米範圍內提供無線連結，1000DPI 高精度尋跡引擎，滑鼠尺寸103*60*32mm, 按鍵壽命超過300萬次，支持多種作業系統。顏色方面有黑白兩色可選，黑色適合男生，而時尚的白色更適合女生使用。另外，通過IT168「幫你買好貨」下單成功可享更多優惠哦。【點擊查看詳情】
  • 強調時尚 新貴小夜鶯150無線滑鼠促銷
    [中關村在線鍵鼠頻道原創]新貴小夜鶯150是新貴推出的一款時尚型便攜無線滑鼠，採用了輕巧時尚的設計，性能以實用為主，在辦公領域和普通家用的環境中使用都非常合適，目前中關村新貴經銷商正在對這款產品機型降價促銷，價格為79元。