基于MEMS技术的三维无线运动控制研究

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随着计算机技术及互联网和物联网技术的飞跃发展,人机交互技术越来越吸引人们的眼球,对设备操作的人性化标准也提出了新的高要求,即要求操作简单、精度高、灵敏性好、体验感强等。如今已经实现的虚拟现实交互技术,多数是基于运动距离控制定位的。运动控制技术主要有磁追踪系统,激光跟踪系统和计算机三维视觉的定位控制。此类追踪控制系统都是基于二维平面,受到参考系的影响以及平面的束缚,不适合三维空间的控制与动作识别,致使现在很多体感游戏的发展和姿态状态的检测等技术出现了瓶颈。本论文以MEMS器件作为系统输入控制端,以蓝牙技术实现系统的无线通信,以微处理器STM32作为数据处理单元,设计了一个基于MEMS技术的三维无线运动控制系统。系统中应用MEMS加速度计ADXL345、陀螺仪MPU-6050和磁力计HMC5883作为输入控制终端,以STM32作为微处理器,以蓝牙技术实现无线通信,以上位机运动仿真平台作为输入控制端的姿态角显示终端,实现输入控制端的姿态角三维实时仿真。本系统采用IIC方式读取MEMS加速度计及陀螺仪和磁力计的输出信号;采用EMD方法对采集的MEMS输出信号进行去噪处理,抑制由于MEMS制造工艺和外围电路的干扰等因素引入系统的噪声;最后应用经过EMD方法处理的MEMS信号进行四元数的姿态角融合,得到输入控制端的姿态角信息。在MATLAB平台上,应用MEMS加速度计ADXL345的输出信号和系统的姿态角检测信息,将输入控制端的三维运动轨迹投影到二维水平坐标系上的x轴与y轴进行运动轨迹的仿真,实现了对输入控制端的运动轨迹跟踪,验证了系统能够应用在实际项目中进行姿态角识别和运动轨迹跟踪的可行性。另外,将磁力计HMC5883处于静态条件下进行精度测试,对磁力计处于地磁场中测量方位角的测量精度进行验证,得出HMC5883测量误差值为1.03°。本论文以MEMS加速度计、陀螺仪以及磁力计为基础设计的三维无线运动控制系统,该系统同时也是一个空间姿态检测系统。本论文的姿态检测,运动控制等研究点为当今物联网的控制终端技术,3D体感游戏的输入控制和飞行器的姿态检测等相关领域的发展提供了一个设计思路。
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