[发明专利]一种基于传感器mpu6050采集信号的手柄摇杆系统和方法

说明书

本发明是关于一种基于传感器mpu6050采集信号的手柄摇杆系统和方法，属于手柄领域。包括：信号采集模块、无线收发模块、GPIO按键模块、电源稳压模块和测压模块，所述信号采集模块分别与所述无线收发模块、GPIO按键模块、电源稳压模块和测压模块连接，所述信号采集模块包括微处理器K60和摇杆装置,所述无线收发模块包括与微处理器K60连接的NRF24L01无线射频模块，所述GPIO按键模块包括外部按键和LED指示灯，所述电源稳压模块包括电池和稳压芯片LM‑2596，所述测压模块包括电压比较器LM301A。有益效果是：本发明能获得更好的动态性能和静态性能，获得更高的准确度、平稳度和舒适度，从而能获得更好的用户体验。

技术领域

本发明涉及手柄领域，尤其涉及一种基于传感器mpu6050采集信号的手柄摇杆系统和方法。

背景技术

随着当今社会经济的不断进步以及科学技术的日益发展，人们日常的娱乐方式也越来越丰富。其中电子游戏和无人机是比较常见的娱乐项目，尤其无人机作为新兴的娱乐方式也收到了更多人的欢迎和喜爱，二者都需要使用手柄进行操作，而高精度的摇杆手柄能使用户获得更好的体验。当前市场上传统的手柄摇杆多以电位器作为角度采集元件，由于电位器是易损元件，摩擦力大，易造成摇杆的控制精度和耐用度下降，并且这一类元件具有一定的反向空程、磨损大、动态性能差等现象，造成使用过程中的不稳定。所以人们需要一种准确度、平稳度和舒适度更高的摇杆手柄进行电子游戏的控制和无人机的遥控。

发明内容

为了克服现有的摇杆手柄具有一定反向空程、磨损大、动态性能差的缺陷，本发明提供一种基于传感器mpu6050采集信号的手柄摇杆系统和方法，该手柄摇杆系统能获得更好的动态性能和静态性能，获得更高的准确度、平稳度和舒适度，从而能获得更好的用户体验。所述技术方案如下：

一种基于传感器mpu6050采集信号的手柄摇杆系统，包括：信号采集模块、无线收发模块、GPIO按键模块、电源稳压模块和测压模块，所述信号采集模块分别与所述无线收发模块、GPIO按键模块、电源稳压模块和测压模块连接，所述信号采集模块包括微处理器K60和摇杆装置,所述无线收发模块包括与微处理器K60连接的NRF24L01无线射频模块，所述GPIO按键模块包括外部按键和LED指示灯，所述电源稳压模块包括电池和稳压芯片LM-2596，所述测压模块包括电压比较器LM301A。

进一步的，所述摇杆装置包括摇杆、旋转球、压缩弹簧、芯片A和芯片B，所述摇杆穿过旋转球分别连接芯片A和芯片B，所述压缩弹簧一端与所述旋转球连接，所述芯片A和芯片B的距离为100mm，所述芯片A和芯片B为传感器mpu6050，所述芯片A和芯片B分别与微处理器K60连接。

进一步的，所述电源稳压模块选用7.2V电压电池。

进一步的，所述GPIO按键模块还包括LCD显示屏。

本发明还包括一种基于传感器mpu6050采集信号获得摇杆位置的方法，步骤如下：

S1、在摇杆装置上建立右手笛卡尔坐标系为绝对坐标系，用芯片B的几何中心为原点，x、y和z轴表示固定参考坐标系F_(x，y，z)，用芯片A的几何中心为原点，n、o和a轴表示运动坐标系F_(n，o，a)；

S2、手指拨动摇杆，芯片B进行数据采集，获得绕x轴方向上旋转α角度，绕y轴方向上旋转β角度；芯片A进行数据采集，获得绕n轴方向上旋转γ角度，绕o轴方向上旋转δ角度；

S3、微处理器K60通过IIC协议读取数据，并采用扩展卡尔曼滤波将传感器收集的角度数据进行融合并对误差进行补偿,得到手柄摇杆的最优估计值；

S4、在固定参考坐标系中使用位置向量P建立数学模型为：

式中，n、o和a表示方向向量；p表示位置向量；x、y和z为坐标轴；