项目介绍

本项目完成任务一（智能家居）：使用Wio Terminal（Seeed Studio）搭载的ATSAMD51P19 MCU最小系统为核心、外围电路模块包括LCD屏、3轴加速度计、microSD Card Slot、两个可编程按键、1个5-Way Switch组成的硬件电路，使用Arduino IDE开发环境，程序设计，制作了一个有线鼠标，连接到计算机可对光标进行操作。应用场景如下所示：

• 适用于演示、远程控制、体感鼠标等场合。
• 可扩展为体感游戏控制器或特殊人群辅助输入设备。

硬件介绍

主芯片ATSAMD51P19是Microchip公司生产的一款高性能微控制器，属于SAMD51系列，具有多种特性：

1. 核心架构：采用Arm Cortex-M4F内核，支持DSP指令集，并集成了单精度浮点运算单元（FPU），这使其能够高效地处理复杂计算任务。
2. 时钟速度：最高工作频率可达120 MHz，适合需要快速处理能力的应用。
3. 存储器：集成高达512 KB的闪存和192 KB的SRAM，满足大多数嵌入式应用的存储需求。
4. 外设接口：支持丰富的外设接口，包括I2C、SPI、UART、USB等，方便与其他设备连接。
5. 低功耗模式：支持多种低功耗模式，适合对功耗敏感的应用场景。
6. 模拟功能：内置多通道12位ADC和DAC模块，可以满足一定的模拟信号采集和输出需求。
7. 拓展功能：支持SD/MMC、QSPI接口扩展，提供更多的存储和外设连接能力。
8. 安全性：具备基本的安全功能，如安全启动、芯片识别、片上调试锁等。

三轴加速计LIS3DHTR是一款由意法半导体（STMicroelectronics）生产的三轴线性加速度传感器，具有以下主要特性：

1. 多轴检测：支持三轴（X、Y、Z）的加速度检测，适合用于手势识别、自由落体检测等应用。
2. 量程选项：提供多种量程选择，包括±2g、±4g、±8g和±16g，以适应不同的应用需求。
3. 低功耗：设计为低功耗，非常适合电池供电的移动设备，在正常操作模式和低功耗模式下都有优秀的性能。
4. 高分辨率：传感器具有高分辨率的输出，能够进行精确的加速度测量，可以达到12位的分辨率。
5. 内置FIFO：内置一个FIFO缓冲区，可以减轻主处理器的负担，提高效率，降低功耗。
6. 自由落体检测：具备自由落体检测功能，能够用于保护设备在跌落时主动采取措施。
7. I²C/SPI接口：支持I²C和SPI数字接口，方便与微控制器进行通信。
8. 嵌入式自检：包含自检功能，可以用于系统的自我测试和验证。
9. 温度传感器：内置温度传感器，用于环境温度的监测和补偿。
10. 耐用性和灵活性：具有较强的抗冲击能力和可编程中断功能，适应不同环境和应用的需求。

2.4''TFT LCD显示屏驱动芯片ILI9341是一款广泛使用的TFT LCD控制器芯片，主要应用于小尺寸彩色显示屏。以下是其主要特性：

1. 显示分辨率：支持240x320像素的分辨率，这种分辨率常用于2.2至3.2英寸的屏幕。
2. 颜色深度：支持262K和16.7M色彩显示（18位和24位色彩深度），可以提供丰富的色彩表现。
3. 接口支持：
4. • 支持常见的并行接口，如8/9/16/18位的MCU接口。
   • 支持串行外围接口（SPI），便于与微控制器通信。
4. 内置GRAM：内置显存允许在显示上进行快速的图像操作。
5. 偏置和供电电压：通常工作电压为2.5V至3.3V，适合低功耗应用。
6. 时序控制器：具有复杂的时序控制功能，可以高度定制化显示方式和刷新速率。
7. 命令和寄存器：提供丰富的命令和寄存器设置，允许用户对显示模式和操作进行细粒度控制。
8. 触摸屏支持：虽然ILI9341本身不直接支持触摸功能，但常与外部触摸屏控制器配合使用。
9. 可视角度和亮度：表现出良好的可视角度和亮度特性，适合各种环境光照条件。

方案框图和项目设计思路介绍

硬件方案框图如图1所示。

图1 硬件方案框图

加速度计（LIS3DHTR）用于检测设备在X、Y方向的加速度，实现鼠标指针的移动；TFT LCD（TFT_eSPI）用于显示UI界面（如图2所示），包括鼠标左右键、滚轮等提示；SD卡用于读取和显示启动logo图片；2来个用户可编程按键用于模拟鼠标左键、右键，5-way switch用于模拟滚轮操作。通过USB HID协议将设备模拟为鼠标。

图2 UI界面

软件流程图和关键代码介绍

软件流程图如图3所示。

图3 软件流程图

关键代码介绍：

硬件初始化配置：依次将KEY_C、KEY_B、5S_UP、5S_DOWN管脚模式设置为输入；启动鼠标控制、启动加速度计，配置加速度计数据速率为25Hz，加速度2g，初始化SD卡，最后初始化TFT屏，显示活动logo图片。

void setup() {
  // configure button and switch pins as inputs:
  pinMode(WIO_5S_UP, INPUT);
  pinMode(WIO_5S_DOWN, INPUT);
  pinMode(WIO_KEY_C, INPUT);
  pinMode(WIO_KEY_B, INPUT);
  //start mouse control
  Mouse.begin(); 
  // Start accelerometer
  lis.begin(Wire1);


  //Configure accelerometer (1Hz up to 5kHz)
  lis.setOutputDataRate(LIS3DHTR_DATARATE_25HZ);
  lis.setFullScaleRange(LIS3DHTR_RANGE_2G);
  //Initialise SD card
  if(!SD.begin(SDCARD_SS_PIN, SDCARD_SPI)) 
  {
    while (1);
  }


  tft.begin();
  tft.setRotation(3); 
   drawImage<uint16_t>("logo.bmp", 0, 0);
   delay(3000);
}

绘制UI界面

// Drawing UI on TFT LCD
  spr.createSprite(TFT_HEIGHT, TFT_WIDTH);
  spr.fillSprite(TFT_WHITE);


  //Draw header title
  spr.fillRect(0,0, 320,50,TFT_BLUE);
  spr.setTextSize(4);
  spr.setTextColor(TFT_WHITE);
  spr.drawString("AIR MOUSE", 50, 10);


  //Draw for scroll
  spr.setTextSize(3);
  spr.setTextColor(TFT_BLACK);
  spr.drawString("SCROLL", 110, 130);
  spr.drawTriangle(160,70,120,120,200,120,TFT_BLUE);
  spr.drawTriangle(160,210,120, 160,200,160,TFT_BLUE);
  
  //Draw for left and right mouse buttons
  spr.drawRect(0,50,100,190,TFT_DARKGREEN);
  spr.drawString("LEFT", 15, 130);
  spr.drawRect(220,50,100,190,TFT_DARKGREEN);
  spr.drawString("RIGHT", 228,130);
  // push to LCD
  spr.pushSprite(0,0);

获取加速度计X、Y值，计算位移，控制鼠标移动。

float x_values = lis.getAccelerationX();
float y_values = lis.getAccelerationY();


   //calculate the movement distance based on the acceleration values
   int xDistance = (-y_values) * range;
   int yDistance = (x_values) * range;


   // mouse move
   if (xDistance != 0 || yDistance != 0)
   {
      Mouse.move(xDistance, yDistance, 0); 
   }

鼠标按键、滚轮控制

   // mouse button left click
   if (digitalRead(WIO_KEY_C) == LOW)
   {
      if (!Mouse.isPressed(MOUSE_LEFT))
      {
        Mouse.click(MOUSE_LEFT);
      }
      spr.createSprite(TFT_HEIGHT,TFT_WIDTH);
      spr.setTextSize(3);
      spr.setTextColor(TFT_WHITE);
      spr.fillRect(0,50, 100,190, TFT_DARKGREEN);
      spr.drawString("LEFT", 15, 130);
      spr.pushSprite(0,0);
      spr.deleteSprite();
      delay(100); 
   }
   else
   {
      //if the left mouse button is pressed, then release it
      if (Mouse.isPressed(MOUSE_LEFT))
      {
        Mouse.release(MOUSE_LEFT);
      }
   }


   // mouse button right click
   if (digitalRead(WIO_KEY_B) == LOW)
   {
      if (!Mouse.isPressed(MOUSE_RIGHT))
      {
        Mouse.click(MOUSE_RIGHT);
      }
      spr.createSprite(TFT_HEIGHT, TFT_WIDTH);
      spr.setTextSize(3);
      spr.setTextColor(TFT_WHITE);
      spr.fillRect(200,50,100,190, TFT_DARKGREEN);
      spr.drawString("RIGHT", 228,130);
      spr.pushSprite(0,0);
      spr.deleteSprite();
      delay(100);
   }
   else
   {
      // if the mouse is pressed, then release it
      if (Mouse.isPressed(MOUSE_RIGHT))
      {
        Mouse.release(MOUSE_RIGHT);
      }
   }


   // mouse scroll up


   if (digitalRead(WIO_5S_UP) == LOW)
   {
      Mouse.move(0,0,1);
      spr.createSprite(TFT_HEIGHT,TFT_WIDTH);
      spr.fillTriangle(160,70,120,120,200,120,TFT_BLUE);
      spr.pushSprite(0,0);
      spr.deleteSprite();
      delay(50);
   }


   // mouse scroll down
   if (digitalRead(WIO_5S_DOWN) == LOW)
   {
      Mouse.move(0,0,-1);
      spr.createSprite(TFT_HEIGHT, TFT_WIDTH);
      spr.fillTriangle(160,210,120,160,200,160,TFT_BLUE);
      spr.pushSprite(0,0);
      spr.deleteSprite();
      delay(50);


   }

功能展示图及说明

功能展示图如图4所示。KEY_C实现鼠标左键，KEY_B实现鼠标右键，5-way switch上下按键实现鼠标滚轮。屏幕水平向前倾斜鼠标向上移动，反之向下移动；屏幕水平向左倾斜实现鼠标左移，反之向右平移。

图4 功能展示图

图5 实物功能展示图

设计中遇到的难题和解决方法

在使用官方提供的脚本进行图像logo格式转换时，由于目录结构不对，导致图像转换失败。使用AI工具即可解决。

心得体会

Arduino资源资源丰富，使用Ardunio可快速实现原型设计与验证。门槛低，学习曲线平缓，对新手特别友好。Seeed文档资料非常全，助力学习好帮手。