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、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战。

在设计系统的过程中，我们也遇到了许多问题。比如被控制设备与控制设备之间怎么实行通讯、多设备之间怎么实现区分和下达指令、用手势控制并下发指令。

我们想要能够便利的在设备覆盖区域内，实现手势控制家居的功能。相比于别的设备，我们的设备期望可以使用更少的元件，更少的体积，更少的费用去实现市面上大多数无线操作系统的功能，并且覆盖范围中等，符合大部分家庭使用。例如实时读取家居状态，发送指令。

在起初，我们是打算使用蓝牙来控制家居，因为使用这个方法可以变得很简单，但是相对应的我们的模式就变得固定，并且蓝牙覆盖范围比不上wifi且灵活性不如wifi。所以我们为了性能和覆盖范围，我们选取了更加优秀的wifi。

而手势控制，我们一开始想使用红外识别或者摄像头识别。但是用红外热释电识别手势，我们发现，红外识别的正确率太低，而且被物体挡住后功能就会失效，距离有限，大大降低了我们系统的可用性。

D1、D2、D3分别是三个红外发射管，Si114x传感器驱动三个红外发射管分时发光，这通过检测这三个红外的发射管的先后顺序，来达到手移动方向的识别，此方案虽然简单，但手势单一，距离受限

而摄像头识别手势，虽然正确率相比于红外热释电高，但是它的价格太贵，而且体积太大，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之外的mpu6050作为我们的测量手势工具，对比于市面上常见的传感器，包括但不限于红外热释电，摄像头等，它的使用更加方便，更加有效率，开发成本更低，开发周期更短。

通过改变手势操作时对应有不同的姿态角，来达到手势的识别

最后的眼镜显示部分，我们一开始是打算使用透明的OLED屏嵌入普通眼镜中，但是到后来对比了性价比、难易程度且一般透明的OLED屏幕只有黑白两色，看起来怪怪的，所以我们使用了光学棱镜二次反射的原理，来制作我们的操作眼镜。光学棱镜的机械原理更加简单，用材更加少，手工制作起来难度大幅度降低。

一：手部设备的硬件设计：

1：电源部分：

为了给esp8266和mpu6050供电，我们一开始选用的是市面上比较常用的线性稳压电源AMS1117，这个LDO可以提供最大1A的输出电流，但与此对应的，压差也上升达到了1v，对于我们需要使用锂电池来实现此设备可使用usb线充电，而锂电池充满电也才只有4.2v，此电源方案就行不通了。

后来我们找到了低压差线性稳压电源xc6206，这个LDO最大可以提供250ma的输出电流，按照这个esp8266的数据手册上的电流典型值，经过简略的计算，esp8266+mpu6050的电流应该是小于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设计与焊接之后，我们一开始用他对MPU6050进行数据采集，再通过串口打印在上位机上成功了，但开启了wifi之后，串口设备就一直重启，数据也自然是不能获取，用示波器观察esp8266的VCC和EN脚，发现了如下的波形，所以我们猜测是esp8266开启wifi瞬间，有较大的尖峰电流，而xc6206不能及时提高该电流，导致了esp8266的重启。

所以我们在网上花重金买了能提供500ma的低压差线性稳压电源TC1262，电路设计也比较简单，唯一缺点就是有点贵。

2：程序烧录部分

这里没什么好说的，用的是注意的就是esp8266烧录程序时的引脚连线，EN=1，IO0=0

烧录的电路用的也是市面上比较多见的USB-TTL模块上的电路，用的是CH340G，电路也比较简单，要注意的是USB出来的D+D-是一对差分线，PCB走线时应注意挨一起

3：陀螺仪部分：

陀螺仪的外围电路也没什么，他的数据手册上也有典型电路，照着接就可以来，注意点PCB上面电源与地之间的滤波电容摆放位置就行，这样能减少一些噪声对信号的影响

4：充电电路：

这里用的是LTC4054，这个芯片在锂电池充电电路用的也比较常见，能有800ma的充电电流，通过一个mos管，来达到有USB接入时，USB为后级电路供电，同时为锂电池充电

二：眼镜反馈的硬件设计：

这部分电路设计主要就一个显示屏底座和esp8266的外围电路以及一个5v-12v的电路，其他前面也都已经重复的，串口转TTL，充电电路，降3.3电压。

1：升12v电源电路，我们用的是比较多的而且特别便宜的的sx1308，R7和R8的选择可以是20K和1K，输入和输出侧的电容倒是在数据手册上明确是22uf

2：esp8266外围电路：

网上电路也有给出，，照着连就行，天线部分设计的话，就是有两种说法，一种是盖绿油，能防止天线的生锈，但降低了无线的功率另一种是不盖绿油，效果的话就和前面相反一下

至此，硬件电路的原理图就设计好了，接下去就是绘制PCB，这里面一些要注意的电前面也已经讲过了。

接下来就是软件代码部分。

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

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