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标题: 基于ARM平台的MEMS输入设备的固件设计 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 18:46
标题: 基于ARM平台的MEMS输入设备的固件设计

　　摘要：本文研究了基于MEMS加速度计的电脑无线输入设备,给出了输入设备系统的整体构成和主要的硬件组成。本文重点讨论了输入系统的固件设计,即在ARM嵌入式平台基础上,引入嵌入式操作系统,对输入设备的两个子模块进行了软件设计,并给出了一些相应的程序行。
　　1 引言
　　MEMS(Micro Electro Mechanical System，即微机电系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统，具有体积小、重量轻、性能稳定、可大批量生产、性能一致性好、成本低等特点，将MEMS器件——加速度传感器应用于输入产品和嵌入式系统，满足它们对倾斜、运动、定位、振动等微小变化的测量需求，以MEMS替换机械控制部件，为消费产品带来了一场革新。
　　国外和港台地区有一些单位正在开展这方面的研究，并取得了一定的成绩。例如：香港中文大学Alan H. F. Lam等几个博士生提出了一种基于微加速度传感器的虚拟键盘鼠标系统（MIDS），能同时具备鼠标和键盘的功能[1]；加州大学伯克利分校设计了一种加速度感应手套，利用放置在手指上的二维加速度传感器感测手和手指的动作，实现电脑输入的功能[2]。
　　2. 系统设计
　　本文设计的无线输入系统是以加速度计为敏感元件，来完成鼠标的功能，并能够在三维空间上同步操作者的三维运动，从而实现电脑输入的目的。本文采用美国AD公司的微加速度传感器ADXL203，并结合Nordic半导体公司的射频收发器nRF2401，与Philips公司的 D12USB接口芯片形成一个硬件体系。该系统由两个子系统组成：远端子系统和主机端子系统，具体的构成如图1所示。

　　为简化USB 设备的开发过程，USB 提出了设备类的概念。HID(Human Interface Device) 设备类，即人机接口设备。典型的HID 设备如键盘、鼠标。客户软件可以直接使用操作系统内置的HID 设备类驱动程序（hidclass.sys）和HID 小驱动程序(hidusb.sys)与HID 设备进行通信。报告描述符用于提供HID 设备和主机间交换数据的格式。根据该输入设备的实现要求和系统定义的鼠标协议格式，HID 类设备的报告描述符如下所示：

　　4 结束语
　　本文讨论了基于MEMS的无线输入设备，主要介绍了在嵌入式环境下，输入设备的固件编程设计。本文将系统分成两个子系统，并对他们进行分别介绍，给出了子系统的简单实现流程和函数的调用，并列出了一部分程序行。此方案的子程序具有易移植性，很容易在其他领域中使用。
　　基于MEMS的无线输入设备，其主要部件依托MEMS表面微加工和体硅加工的特殊工艺，使系统在尺寸、性能等方面有了提高，并且作为输入设备发展的新形式，减少了设备之间连线的繁琐，扩大了其使用的空间。随着信息技术和MEMS技术的继续发展，基于MEMS 技术的无线输入设备会更加可靠、方便。
　　本文创新点：提出了基于MEMS器件的电脑输入模型，将ARM7和μC/OS-II操作系统相结合，应用于输入系统，并完成了样机的程序实现。

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