本文關(guān)鍵詞：基于MEMS慣性傳感器的空中輸入筆研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：筆式交互技術(shù)是人們追求更加自然的交互方式的產(chǎn)物。傳統(tǒng)的筆式輸入設(shè)備有手寫板和激光筆。激光筆功能簡(jiǎn)單只能完成翻頁(yè)功能，手寫板價(jià)格昂貴而且攜帶不方便。本文研究并開發(fā)了一種基于MEMS慣性傳感器的空中輸入筆系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在三維空間中隨意輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬鍵盤的字符輸入和畫線標(biāo)記功能。 系統(tǒng)包括含慣性傳感器的無(wú)線輸入筆、無(wú)線接收器和PC界面顯示程序。其中，無(wú)線輸入筆用于采集和處理加速度傳感器和陀螺儀數(shù)據(jù)，完成輸入筆的運(yùn)動(dòng)信息估計(jì)后，將估計(jì)結(jié)果發(fā)送給PC接收，PC將運(yùn)動(dòng)信息在界面上進(jìn)行顯示。 基于慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)信息描述方法通常包括位移描述法和姿態(tài)描述法。考慮到輸入筆有限的計(jì)算資源以及本應(yīng)用中輸入操作以手腕和肘部轉(zhuǎn)動(dòng)為主的特點(diǎn)，本文選擇以姿態(tài)角來(lái)對(duì)輸入筆的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述。根據(jù)輸入筆姿態(tài)角的變化以及人機(jī)輸入的距離估計(jì)出輸入筆的運(yùn)動(dòng)弧線，進(jìn)而獲得屏幕上的光標(biāo)相對(duì)初始位置的位移。 針對(duì)加速度傳感器的檢測(cè)姿態(tài)角時(shí)出現(xiàn)的抖動(dòng)高頻噪聲和陀螺儀檢測(cè)姿態(tài)角時(shí)出現(xiàn)的溫度漂移現(xiàn)象，，本文在單片機(jī)上分別實(shí)現(xiàn)了兩種基于傳感器融合的姿態(tài)角檢測(cè)算法：基于互補(bǔ)濾波的姿態(tài)角檢測(cè)算法和基于卡爾曼濾波的姿態(tài)角檢測(cè)算法，并分析了兩種算法在本應(yīng)用中的性能優(yōu)劣。最后，本文通過(guò)控制輸入筆進(jìn)行畫線畫圈兩種基本操作對(duì)兩種算法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：兩種算法的實(shí)時(shí)性都比較高，但是卡爾曼濾波算法的精確度要高于互補(bǔ)濾波算法的精確度。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)電系統(tǒng) 互補(bǔ)濾波 卡爾曼濾波 姿態(tài)角 空中輸入筆
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP334.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 人機(jī)輸入背景介紹9-10
• 1.2 慣性傳感器及其應(yīng)用10-11
• 1.3 基于慣性傳感器的人機(jī)輸入現(xiàn)狀11-13
• 1.4 課題需求13-15
• 2 基于慣性傳感器的人機(jī)輸入原理15-28
• 2.1 基于慣性傳感器的位移檢測(cè)15-22
• 2.2 基于慣性傳感器的姿態(tài)角檢測(cè)22-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 3 總體設(shè)計(jì)28-40
• 3.1 總體方案28-32
• 3.2 硬件方案32-36
• 3.3 軟件方案36-40
• 4 輸入檢測(cè)算法的選擇與實(shí)現(xiàn)40-47
• 4.1 基于互補(bǔ)濾波的姿態(tài)角檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)40-43
• 4.2 基于卡爾曼濾波的姿態(tài)角檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)43-45
• 4.3 本章小結(jié)45-47
• 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與比較47-54
• 5.1 姿態(tài)角誤差測(cè)試47-50
• 5.2 人機(jī)輸入結(jié)果50-53
• 5.3 本章小結(jié)53-54
• 6 總結(jié)與展望54-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61

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