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RISC-V+基于IMU的智能家居操作系统设计

随着社会信息化的加快,人们的工作、生活、沟通和信息关系越来越密切。信息社会不仅改变了人们的生活方式和工作习惯,而且挑战了传统住宅。

在设计系统的过程中,我们也遇到了许多问题。例如,如何在被控设备和控制设备之间进行通信,如何区分和发布多个设备之间的指令,用手势控制和发布指令。

我们希望能够在设备覆盖区域方便地实现手势控制家居的功能。与其他设备相比,我们的设备希望使用更少的部件、更少的体积和更少的成本来实现市场上大多数无线操作系统的功能,覆盖范围适中,适合大多数家庭。例如,实时阅读家庭状态并发送指令。

起初,我们计划用蓝牙来控制我们的家,因为这种方法可以变得非常简单,但相应的模式已经固定,蓝牙覆盖范围无法与之相比wifi且灵活性不如wifi。因此,我们性能和覆盖范围,我们选择了更好的wifi。

在手势控制方面,我们最初想使用红外识别或摄像头识别。然而,通过红外热释电识别手势,我们发现红外识别的准确性太低,被物体堵塞后功能失效,距离有限,大大降低了我们系统的可用性。

D1、D2、D三个是红外发射管,Si114x传感器驱动三根红外发射管分时发光,通过检测三根红外发射管的顺序来识别手的移动方向。虽然该方案很简单,但手势单一,距离有限

虽然相机识别手势的准确性高于红外热释放,但价格太贵,体积太大,开发周期长,难度大,不符合我们的设计理念,所以我们采用了这两种方案mpu6050作为我们的测量手势工具,比较市场上常见的传感器,包括但不限于红外热释放、摄像头等,使用更方便、更高效、开发成本更低,开发周期较短。

手势识别通过改变手势操作对应的不同姿态角来实现

在最后一个眼镜显示部分,我们计划一开始就使用透明的OLED屏幕嵌入普通眼镜,但后来比较了性价比、难度和透明度OLED屏幕只有黑白,看起来很奇怪,所以我们使用光学棱镜的二次反射原理来制作我们的操作眼镜。光学棱镜的机械原理更简单,材料更少,手工制作的难度大大降低。

一、手部设备硬件设计:

1:电源部分:

为了给esp8266和mpu6050电源,我们一开始选择了市场上常用的线性稳压电源AMS1117,这个LDO最大1可以提供A但相应的输出电流,压差也上升到1v,我们需要使用锂电池来实现这个设备usb线充电,锂电池充满电只有4.2v,这个电源方案行不通。

后来,我们找到了低压差线性稳压电源xc6206,这个LDO最大可提供250ma根据此输出电流esp经过简单计算,8266数据手册中的典型电流值,esp8266 mpu6050的电流应小于250ma的,但就是这个技术手册的典型值,导致了这个方案的失败,在完成了PCB设计焊接后,一开始我们用他对MPU数据采集6050,然后通过串口打印成功打印在上位机上,但打开了wifi之后串口设备一直重启,数据自然无法获取。用示波器观察esp8266的VCC和EN脚,发现了以下波形,所以我们猜是esp8266开启wifi瞬间,尖峰电流较大,而xc6206不能及时提高电流,导致了esp8266的重启。

所以我们在网上花了很多钱,可以提供500ma低压差线性稳压电源TC电路设计也比较简单,唯一的缺点就是有点贵。

2.程序烧录部分

这里没什么好说的。注意的是esp8266烧录程序中的引脚连线,EN=1,IO0=0

烧录电路在市场上也很常见USB-TTL模块上的电路使用CH340G,电路也比较简单,需要注意的是USB出来的D D-是一对差分线,PCB走线时要注意挨在一起

三:陀螺仪部分:

陀螺仪的外围电路没什么,他的数据手册上也有典型的电路,然后就可以来了。PCB上述电源与地面之间的滤波电容器放置位置,可以减少噪声对信号的影响

4:充电电路:

这里用的是LTC这种芯片在锂电池充电电路中也很常见,可以有800ma充电电流接一个的充电电流mos管,达到有USB接入时,USB为后电路和锂电池充电

二:眼镜反馈硬件设计:

这部分电路设计主要是显示屏底座和esp8266外围电路和5v-12v其他电路已在前面重复,串口转动TTL,充电电路,降3.3电压。

1:升12v电源电路,我们用的比较多,特别便宜sx1308,R7和R8的选择可以是20K和1K,在数据手册中,输入输出侧的电容显然是22uf

2:esp8266外围电路:

在线电路也给出,根据线路,天线部分设计,有两种说法,一种是覆盖绿油,可以防止天线锈,但降低无线功率另一种覆盖绿油,效果与前面相反

到目前为止,设计了硬件电路的原理图,下一步是绘制PCB,前面已经提到了一些需要注意的电。

接下来是软件代码部分。

Github链接 :https://github.com/gagada-coder/IMU-smarthome-control.git

标签: 200v2700uf中压电容超低功耗微功率无线传感器模块1r8电容

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