Manipulator mit Beschleunigungssensor. Schema, Beschreibung

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Manipulator mit Beschleunigungssensor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller

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Um heute am PC zu arbeiten, werden verschiedene Manipulatoren verwendet – Mäuse, Joysticks, Trackballs. Der Artikel beschreibt einen anderen Manipulatortyp, der eine Computermaus ersetzt, für dessen Bewegung jedoch keine flache horizontale Oberfläche erforderlich ist. Sie können ihn einfach in der Hand halten und der Mauszeiger bewegt sich, wenn Sie den Manipulator in die entsprechende Richtung neigen. Diese Steuerungsmethode kann in einigen Computerspielen, beispielsweise in Flugsimulatoren, oder als alternativer Manipulator für Laptops sehr effektiv sein.

Der vorgeschlagene Manipulator (sein Schaltplan ist in Abb. 1 dargestellt) basiert auf einem PIC16F84A-Mikrocontroller (MK) und einem integrierten Beschleunigungsmesser (Beschleunigungsmesser) ADXL202E von Analog Devices. Diese Geräte sind lineare Beschleunigungssensoren und werden häufig zur Messung von Körperneigungswinkeln, Trägheitskräften, Stoßbelastungen und Vibrationen eingesetzt. Der Beschleunigungsmesser ADXL202E ist zweiachsig mit einer maximalen Beschleunigung von ±2g auf beiden Achsen [1]. Um die Anbindung an den MK zu erleichtern, sind die Ausgangssignale dieser Mikroschaltung Rechteckimpulse mit konstanter Folgefrequenz. Informationen über die Beschleunigung werden durch ihre relative Dauer (das Verhältnis der Impulsdauer zur Schwingungsperiode) übermittelt [2]. Eine Dauer von 0,5 entspricht einer Beschleunigung von Null.

Manipulator mit Beschleunigungssensor

Derzeit gibt es drei Arten von Schnittstellen für Mausgeräte: seriell, PS/2 und USB. Die aus Hardware- und Software-Sicht am einfachsten zu implementierende Schnittstelle ist die serielle Schnittstelle. Für die serielle Schnittstelle ist das am häufigsten verwendete Protokoll „Microsoft Mouse“, bei dem es sich um die serielle Übertragung von drei Bytes im 7N1-Format (sieben Informationsbits, kein Paritätsbit, ein Stoppbit) mit einer Geschwindigkeit von 1200 bps handelt. Die Beschreibung der Informationsbytes ist in der Tabelle angegeben. 1.

Es ist zu beachten, dass das Protokoll. 1 in der RS-232-Schnittstelle entspricht Level -12 und log. 0 - +12 V. Das Übertragungsdiagramm des ersten Bytes, das einer Nullbewegung entlang der Achsen und der gedrückten rechten Taste (SB2) entspricht, ist in Abb. dargestellt. 2. Die überwiegende Mehrheit der modernen Motherboards verfügt über einen integrierten seriellen Schnittstellenadapter, der stabil arbeitet, wenn TTL-Pegel am Eingang anliegen.

Manipulator mit Beschleunigungssensor

Der Betriebssystemtreiber kann die Maus erkennen, indem er das RTS-Signal setzt, und die Maus sollte den Wert 0x4D (das „M“-Zeichen) zurückgeben. Die relative Mausbewegung wird als dx (ein positiver Wert bedeutet Bewegung nach rechts) und dy (ein positiver Wert bedeutet Bewegung nach unten) gesendet.

Die Versorgungsspannung des Manipulators wird aus dem RTS-Signal mithilfe einer Zenerdiode VD1 erzeugt. Im Betrieb hält der Maustreiber an diesem Ausgang einen konstanten Pegel von +12 V aufrecht.

Die Ausgangsimpulse der Mikroschaltung DD1 werden von der Mikroschaltung DD2 verarbeitet und in serielle Schnittstellensignale umgewandelt, die über den XP1-Anschluss dem COM-Port des Computers zugeführt werden. Die Tasten SB1, SB2 des Manipulators entsprechen den linken und rechten Tasten einer Standardmaus. Mit dem Schalter SA1 können Sie die Charakteristik des Manipulators wählen – eine lineare oder quadratische Abhängigkeit der Zeigerbewegung vom Neigungswinkel des Manipulators.

Betrachten wir kurz die Hauptpunkte der Funktionsweise des MK-Steuerungsprogramms. Nach dem Einschalten konfiguriert es Ein-/Ausgabe-Ports, Interrupt-Quellen und gibt eine Folge von Bytes an den COM-Port aus, um sich als Mausgerät zu identifizieren. Als nächstes wartet der MK auf eine Unterbrechung durch den DD1-Chip und misst die Impulsdauer mithilfe des eingebauten Timers. Gleichzeitig werden die Tasten SB1 und SB2 zyklisch abgefragt. Wenn sich der Zustand eines von ihnen ändert oder eine Beschleunigung ungleich Null auftritt, wird eine Folge von drei Bytes gemäß Tabelle übertragen. 1. Der Zustand des Schalters SA1 wird vor dem Senden jeder Bytesequenz überprüft, wodurch Sie die Betriebsart des Manipulators direkt während seiner Verwendung ändern können.

Der Widerstand R1 stellt die Impulswiederholungsrate am Ausgang von DD1 ein, R3 schützt den MK-Port vor Überlastung bei versehentlichem Kurzschluss der Adern im Kabel und Stecker.

Alle Teile des Manipulators, bis auf den XP1-Stecker, sind auf einer Leiterplatte montiert. Der DD1-Chip befindet sich auf der Unterseite der Platine (Pins nach oben) und ist so ausgerichtet, dass seine X-Achse den Cursor in der horizontalen Ebene und seine Y-Achse den Cursor in der vertikalen Ebene bewegt. Nummerierung der DD1-Pins in Abb. 1 entspricht einer Mikroschaltung im LCC-8-Gehäuse (Pin-Nummern sind in Klammern angegeben, wenn eine Mikroschaltung im QC-14-Gehäuse verwendet wird). Die Kondensatoren C1, C2 und der Widerstand R1 sollten sich in unmittelbarer Nähe des DD1-Chips befinden. Das Gerät kann den Mikrocontroller PIC16F84A in jedem Design verwenden. XP1-Stecker - Computer DB-9F. Die Länge des Anschlusskabels beträgt maximal 2 m.

Die MK-Steuerungsprogrammcodes sind in der Tabelle aufgeführt. 2. Bei der Programmierung müssen Sie im Konfigurationswort folgende Bitwerte einstellen: Generatortyp (OSC) – HS, Watchdog-Timer (WDT) deaktiviert, Einschaltverzögerung (PWRTE) deaktiviert.

(zum Vergrößern klicken)

Das aus wartungsfähigen Teilen und ohne Fehler bei der Installation (und natürlich im MK-Programm) zusammengebaute Gerät erfordert keine Anpassung. Das Einzige, was möglicherweise getan werden muss (bei einigen Quarzresonatoren), ist die Auswahl der Pausenkonstante im MK-Programm, die für die Erzeugung des Wechselkurses verantwortlich ist. Die Diskrepanz zwischen dem Wert dieser Konstante zeigt sich in der chaotischen Bewegung des Zeigers über den Bildschirm, während die Position des Manipulators unverändert bleibt. Durch die Wahl des Widerstands R1 kann die Empfindlichkeit in kleinen Grenzen verändert werden.

Die meisten vorhandenen Betriebssysteme definieren den beschriebenen Manipulator als Standardmaus für eine serielle Schnittstelle und erfordern keinen speziellen Treiber. Bitte beachten Sie, dass das Gerät nicht über den COM->PS/2-Adapter funktioniert, da dieser nur eine serielle Schnittstelle unterstützt.

Der Quellcode des Programms für MK

Literatur

ADXL202E, kostengünstiger zweiachsiger Beschleunigungsmesser mit ±2 g und Tastverhältnisausgang. - .
Voloviy A., Vrlovich G. Integrale Beschleunigungsmesser. - Komponenten und Technologien, 2002, Nr. 1, S. 66.

Autor: S.Kuleshov, Kurgan

Siehe andere Artikel Abschnitt Mikrocontroller.

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Bekanntermaßen führt die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Emission von Treibhausgasen und anderen klimawirksamen Schadstoffen, und auf allen Stufen der Herstellung, des Transports, der Verarbeitung und des Verbrauchs dieser Brennstoffe treten verschiedene Formen der Umweltverschmutzung auf. Die Klimakrise und Umweltprobleme treiben die Forschung und Suche nach alternativen, sauberen und erneuerbaren Energiequellen voran. Eine davon ist die Verwendung lebender Organismen (z. B. Bakterien) als Stromquelle in mikrobiellen Brennstoffzellen (MFC) und BPEC-Biophotovoltaikzellen. Einige Bakterien haben die Fähigkeit, Elektronen zu übertragen, aber sie müssen ständig gefüttert werden, und einige von ihnen sind krankheitserregend.

Eine alternative Stromquelle könnten photosynthetische Bakterien sein, insbesondere Cyanobakterien (auch bekannt als Blaualgen). Cyanobakterien selbst ernähren sich von Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht und sind in den meisten Fällen harmlos – einige von ihnen, wie „Spirulina“, gelten allgemein als „Superfoods“ und werden in großen Mengen angebaut.

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In ihrer neuen Arbeit haben Forscher des Technion und des IOLR versucht, dieses Problem mithilfe einer neuen Quelle der Photosynthese – Algen – zu lösen. Die Studie wurde von Prof. Noam Adir und dem Doktoranden Yaniv Schlosberg vom Technion Department of Chemistry und GTEP geleitet. Sie arbeiteten mit anderen Technion-Forschern zusammen: Dr. Tunde Toth (Department of Chemistry), Prof. Gadi Shuster, Dr. David Merii, Nimrod Krupnik und Benjamin Eichenbaum (Department of Biology), Dr. Omer Yehezkeli und Matan Meyrovic (Department of Biotechnology and Food Engineering) und Dr. Alvaro Israel vom IOLR in Haifa. An Israels Mittelmeerküste wachsen viele Arten von Algen natürlich – vor allem Ulva (auch als Meersalat bekannt), der am IOLR zu Forschungszwecken in großen Mengen angebaut wird.

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