1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，伴随着计算机技术和微电子技术的高速发展，操控手柄作为一种重要的人机交互式输入控制设备被广泛应用于游戏、工业、农业、医疗、军事、交通运输等众多领域。例如．张爱红等将操控手柄用于机器人虚拟示教系统的编程，于晓康等用操控手柄控制视频回放系统，李国如采用操控手柄作为外部操纵设备来研究无人直升机舰面起降仿真技术。

按照不同的应用领域操控手柄可以划分为工业操控手柄、精确控制操控手柄和游戏类操控手柄等。工业用操控手柄多应用于环境较为恶劣的场合，如用来实现对挖掘机、起重机、钻机、吊机等大型工程机械设备的控制；精确控制类操控手柄主要是应用于对定位、速度、转向等控制精度指标有严格要求的场合，例如在军事领域上的图像制导导弹的操控手柄，医疗领域里使用的结肠镜操控手柄、白内障超声乳化手柄等；而游戏类操控手柄则主要是应用于电脑游戏、小型无人机的控制以及vr领域。按照工作原理分类，操控手柄又可分为电位器式、电感式、光电效应式、压阻式、霍尔效应式以及微动开关式。目前国内市场上使用的操控手柄多使用的是电位器式，其输出的是模拟量，通过读取模拟电压的幅度便可获取操控手柄的操作幅度，从而得到手柄的位置信息，但是由于存在有机械接触，电位器式的操控手柄相较于其它的手柄而言在使用寿命上和控制精度上都大打折扣，而且在用户的体验上其操控性也不是很好，而精确控制类操控手柄虽然能满足人们对于控制精度的需要，但是因其价格过于高昂，一款高精度的操控手柄在市场上的售价少则几千元多则甚至达到了二十万元，普通消费者根本无法承受，而操控手柄相对于其它人机交互的设备而言在给用户的操作体验上具有其它输入类控制设备无可比拟的优势，并且伴随着近年来vr技术和无人机技术的发展，低成本高精度的操控手柄作为最佳的人机交互的输入设备必将更加获得市场的青睐，成为未来市场的主流。

目前，在操控手柄市场上占据主导地位的生产厂家主要有以下几个公司：美国ch公司、英国penny giles公司、英国ultronics公司、德国otto公司、意大利pml fliightlink公司等。它们所研发设计的操控手柄大多是基于霍尔式或者光电效应式的传感器原理，与传统的电位器式有很大的区别，霍尔式或者光电效应式的操控手柄使用的是非接触式的传感技术，具有使用寿命长，控制精度高、线性电压输出等优点，而在通信接口上这些厂家提供的通信接口也各不相同，有提供传统的老式接口如ps2 、rs-232、rs-422、rs485的，也有的提供can、spi接口的，但如今更多的还是提供usb2.0接口，并且伴随着usb3.0的普及，市场上也逐渐出现了带有usb3.0接口的操控手柄，usb接口与传统的接口相比具有许多无可比拟的优点，如它能够支持热插拔、传输速度快，具有很强的扩展性，并且是即插即用。另外，目前在国内市场上除存在有上述有线的操控手柄外同时也存在有无线操控类手柄，它们大多是通过蓝牙或者红外技术来实现手柄与主机设备的数据传输，但是也有其传输距离短，数据传输不稳定等局限性。同时，近年来随着人机工程学的迅猛发展，国内外市场上还逐渐兴起了智能控制手柄，研究者通过nc智能传感器的理念开发出智能控制手柄，在人握住手柄时，通过安装在控制手柄表面的传感器组实时监测人体皮肤血流容积、皮肤传导性、皮肤温度、握力等信号，这些信号不仅可以对游戏者进行情感识别、健康提醒，同时还可以将其引入游戏开发，让游戏者更好的融入游戏中，但是由于人体的这些信号极为微弱，又容易受到外界干扰，此类智能控制手柄还在不断地研发完善之中。

2. 研究的基本内容与方案

本文主要是设计一个基于单片机控制的多通道操控手柄,主要工作是要完成3至4路的连续量以及4至8路的开关量的采集，然后将采集到的信号量通过usb2.0的通信格式来实现数据的传输，使得从机设备能够与主机握手通信，即要完成一个usb 从机类设备的开发工作。此次任务主要分为以下几个方面：

● 完成操控手柄的技术方案的设计以及相关材料的选型工作

● 完成操控手柄的硬件原理图的设计，pcb图的绘制及焊接

3. 研究计划与安排

第1－4周：查阅相关文献资料，学习并掌握操控手柄的工作原理及设计所需的理论知识，明确设计任务要求，确定技术方案，完成外文文献翻译和开题报告。

第5－6周：完成摇杆产品及相关元器件的选型，完成操控手柄的硬件原理图的设计及pcb图的绘制。

第7－9周：完成下位机数据采集程序的编写及pcb的焊接和部分调试工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李国如;无人直升机舰面起降仿真技术研究[d];南京航空航天大学;2009年

[2] 张冲．某型直升机光电吊舱操控手柄设计与实现[d]．西安：西安工业大学，2013．

[3] 蔡阳阳. 联合收割机多功能一体化操控手柄控制装置的研制[d]．江苏：江苏大学，2016．