带USB接口的霍尔操纵杆

论文摘要

本文介绍了一种新型的双轴操纵杆,输出杆在X轴、Y轴方向上移动的坐标信号,和若干个按钮开关的状态,主要运用于移动装置、工业控制、遥控和无线电控制、雷达和导航系统、机器人和操纵器、测量系统。操纵杆主要采用了霍尔元件为核心。杆的一端可以自由推动,另一端装有永久磁铁,而霍尔元件固定安装在磁铁旁,在推动杆的过程中,通过磁铁与霍尔元件的距离的变化,导致霍尔元件输出的电压也变化,该电压经过放大、滤波,再用12位ADC芯片采集处理过后的电压,再通过软件补偿,取得精确的定位参数,并使用了标准的HID（Human Interface Devices）类的USB2.0作为输出接口,USB接口可方便的热插拔,有windows的自带驱动,无需安装。同时,该操纵杆的电源也来自于USB接口,这样使用很方便,无需再带上笨重的电源变压器。由于USB接口从计算机的开关电源取得,不同的机器的输出也有不同,范围在4.75-5.25V,且纹波很大。故本操纵杆中有稳压,提供了高精度的参考源4.500V,保证了12位ADC的分辨率;由于元器件材料的离散性等原因,硬件输出的模拟量大小不一致,会导致批量生产的操纵杆的输出坐标值不一致。所以,本操纵杆带有校准功能:校准时,记录下操纵杆处于正中间的、最上端的、最下端的、最左端的、最右端的电压值,从而把上、下、左、右间的范围数字化,正中间位置为原点。应用时,测出实时操纵杆的位置输出电压值,再根据校准时得到的值,就可以计算出杆处于的正中间的相对位置了。另外,还对零点复位和极点越界等问题用软件的办法进行了相应的处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 操纵杆简介
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作内容与结构
• 1.4 本课题研究的意义和目的
• 第二章 霍尔传感器的原理和在本操纵杆上的应用
• 2.1 霍尔效应
• 2.2 霍尔元件
• 2.2.1 霍尔元件的特性
• 2.2.2 霍尔传感器的分类
• 2.3 霍尔传感器在操纵杆上的应用
• 第三章 USB 接口的原理和在本操纵杆上的应用
• 3.1 USB 简介
• 3.2 USB 的工作原理
• 3.2.1 USB 的枚举过程
• 3.2.2 HID 协议
• 3.3 USB 在操纵杆上的应用
• 3.3.1 USB 的方案选择
• 3.3.2 USB 芯片的特性
• 第四章 操纵杆的原理和硬件、软件
• 4.1 操纵杆的原理
• 4.2 操纵杆的硬件
• 4.2.1 电源
• 4.2.2 高精度参考源
• 4.2.3 CPU 和开关
• 4.2.4 hall
• 4.2.5 信号调整
• 4.2.6 数据采集
• 4.2.7 USB 接口电路
• 4.3 操纵杆的软件
• 4.3.1 流程图
• 4.3.2 XY 轴的数据采集
• 4.3.3 USB 通信
• 第五章 应用中遇到的问题和解决的办法
• 5.1 系统校准
• 5.1.1 校准的必要性
• 5.1.2 校准的手段
• 5.1.3 校准的过程
• 5.2 系统精度
• 5.2.1 供电影响精度
• 5.2.2 解决供电的影响
• 5.3 软件补偿
• 5.3.1 零点复位
• 5.3.2 极点过界
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢