一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统及实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统及实现方法。包括MCU控制模块及与该MCU控制模块连接的通信模块、RGB LED模块、显示模块、传感器模块，所述MCU控制模块包括相互连接的51单片机和STC15F104单片机，所述显示模块包括锁存电路、与锁存电路连接的晶体管显示模块；还包括一位于所述传感器模块的MLX90393芯片正上方的磁体、及带动磁体旋转的旋钮，且该磁体与传感器模块的MLX90393芯片同轴放置。本发明专利技术具有体积小，功耗低，测量精度高，使用寿命长等优点，可在多个领域取代传统旋钮设计；此外，由于其可进行三维定位和温度侦测，使后端的应用功能拓展更为丰富灵活。

An intelligent knob system based on 3D micro power consumption magnetometer and its implementation method

The invention relates to an intelligent knob system and an implementation method based on a 3D micro power consumption magnetometer. It includes the MCU control module and the communication module connected with the MCU control module, the RGB LED module, the display module, and the sensor module. The MCU control module includes a 51 single chip microcomputer and a STC15F104 single chip connected with each other. The display module includes a latch circuit and a transistor display module connected with the latch circuit; and the module also includes one bit. The magnet at the top of the MLX90393 chip of the sensor module and the knob that drive the magnet to rotate, and the magnet is coaxially placed with the MLX90393 chip of the sensor module. The invention has the advantages of small volume, low power consumption, high measurement precision and long service life, and can replace the traditional knob in many fields. In addition, the application function of the rear end can be expanded more and more flexibly because of its three-dimensional positioning and temperature detection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统及实现方法
本专利技术涉及一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统及实现方法。
技术介绍
目前，大多数旋钮的核心依然是碳膜电位器，电阻体部分由碳黑，石墨等成分混合而成，工作原理类同滑阻，由旋钮结构中的机械部分直接接触阻体，有功耗高，精度低，滑动噪声大，耐潮性能弱等缺点，此外随着旋钮工作时间增加，电刷和电阻元件之间易产生磨损，造成阻值偏移并降低工作寿命。少数旋钮采用传感器设计，其通常采用模拟信号输出，稳定性差且精度还取决于后端模数转换模块，增大电路的面积。并且此种设计的旋钮通常无法侦测垂直方向上的动作，需额外设计开关电路或者电位器电路，增加电路设计的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统及实现方法，该系统具有体积小，功耗低，测量精度高，使用寿命长等优点，可在多个领域取代传统旋钮设计；此外，由于其可进行三维定位和温度侦测，使后端的应用功能拓展更为丰富灵活。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，包括MCU控制模块及与该MCU控制模块连接的通信模块、RGBLED模块、显示模块、传感器模块，所述MCU控制模块包括相互连接的51单片机和STC15F104单片机，所述显示模块包括锁存电路、与锁存电路连接的晶体管显示模块，所述51单片机与所述锁存电路、通信模块连接，所述51单片机与传感器模块之间通过滤波电路连接，所述STC15F104单片机与所述RGBLED模块连接。在本专利技术一实施例中，还包括一位于所述传感器模块的MLX90393芯片正上方的磁体、及带动磁体旋转的旋钮，且该磁体与传感器模块的MLX90393芯片同轴放置。在本专利技术一实施例中，所述MLX90393芯片、RGBLED模块的灯珠均设置于一PCB板上，且RGBLED模块的灯珠沿一圆周等间距分布，MLX90393芯片位于RGBLED模块的灯珠中心。在本专利技术一实施例中，还包括从下而上依次设置的第一至第四方形亚克力板及一圆环垫圈，第一至第四方形亚克力板的中间均开设有圆孔，第一方形亚克力板、第二方形亚克力板的圆形开孔半径均为R1、第三方形亚克力板的圆形开孔半径为R2、第四方形亚克力板的圆形开孔半径为R3，R1＞R3＞R2，且R1大于RGBLED模块的灯珠所分布圆周半径，所述PCB板设于第一方形亚克力板、第二方形亚克力板之间，使得MLX90393芯片正好位于第一至第四方形亚克力板圆形开孔中心，所述圆环垫圈外径小于R3，内径大于R2，以使得圆环垫圈正好设置于第四方形亚克力板圆形开孔，且圆环垫圈中间的开孔不遮挡相对设置的MLX90393芯片、磁体。在本专利技术一实施例中，所述MLX90393芯片、磁体之间的垂直距离为5～8mm。在本专利技术一实施例中，所述晶体管显示模块由若干个八段数码管组成。在本专利技术一实施例中，所述传感器模块采用MLX90393芯片，所述MLX90393芯片的INT、SCL/SCLK、SDA/MOSI、INT/TRIG引脚通过滤波电路与所述51单片机连接，MLX90393芯片的SENB/CS、VDD_IO、VDD引脚连接至3.3V电源，MLX90393芯片的VDD_IO还分别通过电阻R0、电阻R1、电容C1与MLX90393芯片的SDA/MOSI、SCL/SCLK、VSS引脚连接，MLX90393芯片的VDD引脚还通过电容C0与MLX90393芯片的VSS引脚连接，MLX90393芯片的VSS、A0、A1引脚相连接至GND端。本专利技术还提供了一种基于上述所述基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统的实现方法，该方法实现如下，以旋钮的中心为原点，构建坐标系XY；标定旋钮边缘上一点，旋钮转动一周，该点的运动轨迹为一个以原点为圆心的圆；设该点的起始位置为X轴正方向，旋钮旋转后该点和原点连线与X轴正方向的夹角为旋转角度θ；根据传感器模块返回的X和Y轴16位二进制数据，即可判定所处象限：(1)旋钮处于第一象限时：0x0000<X≤X10x0000≤Y＜Y1θ＝arctan(Y/X)且0≤θ＜90；(2)旋钮处于第二象限时：X2＜X＜0xFFFF0x0000<Y≤Y1且90≤θ＜180；(3)旋钮处于第三象限时：X2≤X＜0xFFFFY2＜Y≤0xFFFF且180≤θ＜270；(4)旋钮处于第四象限时：0x0000＜X＜X1Y2≤Y＜0xFFFF且270≤θ＜360；根据上述方式定位旋钮位置并确定θ后，根据RGBLED模块的灯珠总数量n，通过式子θ/(360/n)，即可判断需要点亮的RGBLED模块的灯珠数量；或亮起指定RGBLED模块的灯珠，定位旋钮转动位置。在本专利技术一实施例中，还可根据Z轴方向的16位二进制数据换算得到磁体垂直方向上与芯片的距离；即测得旋钮不按下时，Z轴方向返回的数据为Z1，当旋钮按下时，该数据将为Z2，在Z1和Z2间设定阈值，当Z轴数据大于该阈值时，检测到旋钮按下，从而完成RGBLED模块的灯珠显示模式的切换。在本专利技术一实施例中，该系统还可实现温度检测，并通过晶体管显示模块显示，实时温度可根据以下公式换算：其中，Tdigital为MLX90393返回的16位温度数据，TREF为0Xb668。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于新型三轴霍尔型传感器MLX90393构建嵌入式系统，完成了单片机与MLX90393的I2C通信并接收回三轴方向上的16位二进制磁场强度数据和实时温度数据。通过本专利技术中设计的角度换算公式和温度换算公式，实现了三维空间内的旋钮定位和实时温度显示，利用高速单片机STC15F104根据定位信息控制串行数字信号RGBLED。用户可于操作模式一，通过转动旋钮控制RGBLED点亮个数；于操作模式二，通过转动旋钮控制连续点亮的三个RGBLED位置。此外，用户可通过按压旋钮于两个操作模式之间切换，并且垂直按下时RGBLED全部点亮为红色。本专利技术凭借其体积小，功耗低，测量精度高，使用寿命长等优点，可在多个领域取代传统旋钮设计。此外，由于其可进行三维定位和温度侦测，使后端的应用功能拓展更为丰富灵活。附图说明图1为系统框图。图2为命令列表。图3为传感器模块原理图。图4为程序流程图。图5为操纵轨迹坐标图。图6为串行数据位示意图。图7为亚克力板尺寸。图8为整体侧视图。图中：1-旋钮，2-磁体，3-圆环垫圈，4-PCB，5-MLX90393，6-SK6812RGBLED灯珠。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，包括MCU控制模块及与该MCU控制模块连接的通信模块、RGBLED模块、显示模块、传感器模块，所述MCU控制模块包括相互连接的51单片机和STC15F104单片机，所述显示模块包括锁存电路、与锁存电路连接的晶体管显示模块，所述51单片机与所述锁存电路、通信模块连接，所述51单片机与传感器模块之间通过滤波电路连接，所述STC15F104单片机与所述RGBLED模块连接。还包括一位于所述传感器模块的MLX90393芯片正上方的磁体、及带动磁体旋转的旋钮，且该磁体与传感器模块的MLX90393芯片同轴放置。所述MLX90393芯片、RGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：包括MCU控制模块及与该MCU控制模块连接的通信模块、RGBLED模块、显示模块、传感器模块，所述MCU控制模块包括相互连接的51单片机和STC15F104单片机，所述显示模块包括锁存电路、与锁存电路连接的晶体管显示模块，所述51单片机与所述锁存电路、通信模块连接，所述51单片机与传感器模块之间通过滤波电路连接，所述STC15F104单片机与所述RGBLED模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：包括MCU控制模块及与该MCU控制模块连接的通信模块、RGBLED模块、显示模块、传感器模块，所述MCU控制模块包括相互连接的51单片机和STC15F104单片机，所述显示模块包括锁存电路、与锁存电路连接的晶体管显示模块，所述51单片机与所述锁存电路、通信模块连接，所述51单片机与传感器模块之间通过滤波电路连接，所述STC15F104单片机与所述RGBLED模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：还包括一位于所述传感器模块的MLX90393芯片正上方的磁体、及带动磁体旋转的旋钮，且该磁体与传感器模块的MLX90393芯片同轴放置。3.根据权利要求2所述的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：所述MLX90393芯片、RGBLED模块的灯珠均设置于一PCB板上，且RGBLED模块的灯珠沿一圆周等间距分布，MLX90393芯片位于RGBLED模块的灯珠中心。4.根据权利要求3所述的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：还包括从下而上依次设置的第一至第四方形亚克力板及一圆环垫圈，第一至第四方形亚克力板的中间均开设有圆孔，第一方形亚克力板、第二方形亚克力板的圆形开孔半径均为R1、第三方形亚克力板的圆形开孔半径为R2、第四方形亚克力板的圆形开孔半径为R3，R1＞R3＞R2，且R1大于RGBLED模块的灯珠所分布圆周半径，所述PCB板设于第一方形亚克力板、第二方形亚克力板之间，使得MLX90393芯片正好位于第一至第四方形亚克力板圆形开孔中心，所述圆环垫圈外径小于R3，内径大于R2，以使得圆环垫圈正好设置于第四方形亚克力板圆形开孔，且圆环垫圈中间的开孔不遮挡相对设置的MLX90393芯片、磁体。5.根据权利要求4所述的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：所述MLX90393芯片、磁体之间的垂直距离为5～8mm。6.根据权利要求1所述的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：所述晶体管显示模块由若干个八段数码管组成。7.根据权利要求1所述的一种基于3D微功耗磁力计的智能旋钮系统，其特征在于：所述传感器模块采用MLX90393芯片，所述MLX90393芯片的INT、SCL/SCLK、SDA/MOSI、INT/TRIG引脚通过滤波电路与所述51单片机连接，MLX90393芯片的SENB/CS、VDD_IO、VDD引脚连接至3.3V电源，MLX90393芯片的VDD_IO还分别通过电阻R0、电阻R1、电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，杜宇轩，郑弋鹏，张鑫刚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35