孫在尚,劉凡齊

(北方民族大學(xué),寧夏銀川,750021)

無(wú)線空中鼠標(biāo)

孫在尚,劉凡齊

(北方民族大學(xué),寧夏銀川,750021)

鼠標(biāo)自計(jì)算機(jī)誕生至今已走過(guò)了將近50年的歷史，經(jīng)歷了幾次重大的創(chuàng)新，它的功能越來(lái)越強(qiáng)大。無(wú)線空中鼠標(biāo)的出現(xiàn)是人機(jī)交互領(lǐng)域一個(gè)巨大突破，它解決了鼠標(biāo)的操作都不能離開(kāi)以接觸面使用的限制，使人們操作計(jì)算機(jī)更加快捷便利。利用MEMS傳感器技術(shù)，研究并設(shè)計(jì)一款新型的無(wú)線空中鼠標(biāo)，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的智能化。通過(guò)采用加速度傳感器、陀螺儀、STM32微處理器、無(wú)線收發(fā)模塊和USB接口等外部設(shè)備來(lái)構(gòu)建整個(gè)無(wú)線空中鼠標(biāo)系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試準(zhǔn)確、性價(jià)比高等特點(diǎn)。

空中無(wú)線鼠標(biāo)；MEMS傳感器；智能化；STM32微處理器；陀螺儀

0 引言

自美國(guó)科學(xué)家1968年道格拉斯·恩格爾巴特制作了全世界第一只鼠標(biāo)(因外形酷似老鼠而得名)至今,鼠標(biāo)已經(jīng)有近60年的歷史。鼠標(biāo)從最初的機(jī)械鼠標(biāo)、到較高級(jí)的光電鼠標(biāo)最后到當(dāng)前廣泛運(yùn)用的光學(xué)鼠標(biāo),經(jīng)歷了幾次重大的創(chuàng)新，功能越來(lái)越強(qiáng)大。鼠標(biāo)的發(fā)明代替了一些繁瑣的鍵盤(pán)指令使計(jì)算機(jī)的操作變得更加簡(jiǎn)單。但這些鼠標(biāo)的操作均不能離開(kāi)接觸面而工作。近年來(lái)鼠標(biāo)正在經(jīng)歷一次歷史性的脫變--從地面轉(zhuǎn)向空中。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鼠標(biāo)在很多苛刻的環(huán)境下因?yàn)闊o(wú)法提供接觸面而失效,不利于工業(yè)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外的高校和研究所對(duì)無(wú)線鼠標(biāo)有過(guò)許多研究,也取得了可喜的結(jié)果。例如:美國(guó)密歇根大學(xué)實(shí)現(xiàn)了利用雙軸加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)空中鼠標(biāo)的一些功能；英國(guó)伯明翰大學(xué)的科學(xué)家進(jìn)一步設(shè)計(jì)出了可以控制電腦屏幕上三維立體旋轉(zhuǎn)的三維鼠標(biāo)。使人們距離理想中的空中鼠標(biāo)又前進(jìn)了一步。

1 需求分析

無(wú)線空中鼠標(biāo)是一種最常用的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備,不需要放在接觸平面上,在空中移動(dòng)就能控制屏幕上光標(biāo)自由運(yùn)動(dòng),操作方便。無(wú)線空中鼠標(biāo)克服了必須在接觸平面上才能使用的限制,無(wú)論是授課還是講解都能輕松解決。作為一種創(chuàng)新型的鼠標(biāo),無(wú)線空中鼠標(biāo)的成本雖然比一般鼠標(biāo)昂貴,但其良好的操作性能和低功耗很輕松的彌補(bǔ)了它的不足。

采用多種傳感器信息融合利用算法優(yōu)化的鼠標(biāo),比傳統(tǒng)鼠標(biāo)系統(tǒng)有著精確度高,反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn),并且增加了系統(tǒng)的配置,提高了鼠標(biāo)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力以及靈敏度;各個(gè)傳感器之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),可以準(zhǔn)確得到鼠標(biāo)姿態(tài)信息,并且提高了鼠標(biāo)的精確度,同時(shí)增強(qiáng)了鼠標(biāo)的實(shí)用性。

2 總體設(shè)計(jì)

無(wú)線空中鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)圖如下圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 所示,先將手持端的姿態(tài)信息經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字量再在單片機(jī)上利用算法對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理并打包,接著通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將處理完善的信號(hào)傳送到電腦接收端,電腦接收端對(duì)打包的數(shù)據(jù)做轉(zhuǎn)碼處理,將鼠標(biāo)控制端的姿態(tài)信息輸送給電腦的控制系統(tǒng)。電腦輸出相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 硬件設(shè)計(jì)

(1)主控設(shè)計(jì)

硬件主控設(shè)備采用意法半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)的STM32F030C8T6為主控芯片,用 USB 接口實(shí)現(xiàn)手持端設(shè)備與接收端的通信。外加紅外線接收裝置,以實(shí)現(xiàn)空中無(wú)線鼠標(biāo)代替家用遙控器。手持端采用STM32F030C8T6作為主控芯片,用三軸陀螺儀對(duì)空中鼠標(biāo)的姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集,.利用傳輸信號(hào)精度高的2.4GHZ 通信模塊實(shí)現(xiàn)手持端與電腦設(shè)備的通信。

無(wú)線空中鼠標(biāo)的電路板是標(biāo)準(zhǔn)的 PCB 雙面板, 在電路板上由于系統(tǒng)的需要配有穩(wěn)壓電路, 濾波電路等常用電路,可以提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

(2)電源設(shè)計(jì)

電腦信號(hào)接收端設(shè)備由電腦 USB 接口的輸出電壓直接提供,手持端的供電用鋰電池解決。再利用ASM1117 穩(wěn)壓芯片搭建的穩(wěn)壓電路將鋰電池的電壓轉(zhuǎn)換為 5V 恒定電壓給手持端供電,能在一定程度上解決電路產(chǎn)生的雜波對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件軟件分為四個(gè)主要部分

（1）手持端姿態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理。

（2）手持端姿態(tài)信息和電腦接收端的數(shù)據(jù)傳輸。（3）數(shù)據(jù)的打包和優(yōu)化處理。

（4）電路濾波處理。

3 應(yīng)用

無(wú)線空中鼠標(biāo)主要用于多媒體教學(xué)平臺(tái)。除此之外,還運(yùn)用在一般可以用紅外線遙控器遙控的設(shè)備。一般遙控器使用時(shí)都習(xí)慣于將遙控器正對(duì)著屏幕,而單純的鼠標(biāo)不僅不能控制電視而且還不能脫離桌面進(jìn)行工作。在不改變用戶使用習(xí)慣的同時(shí),更方便的操作實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用,給用戶一種全新的享受。

技術(shù)源于生活,技術(shù)又在不斷改變生活。相信在未來(lái)不久,工程師們會(huì)不斷完善人機(jī)交互方式,例如圖像識(shí)別,光線通信,聲音識(shí)別等等。使生活更加豐富精彩。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)用具有高速數(shù)據(jù)處理能力的STM32F030C8T6為主控芯片。利用ASM1117 穩(wěn)壓芯片搭建的穩(wěn)壓電路將鋰電池的輸出電壓轉(zhuǎn)換為5V恒定電壓給手持端設(shè)備供電。對(duì)整個(gè)電路起到了很好的保護(hù)和穩(wěn)定作用。在軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化編程的設(shè)計(jì)思想,不僅降低了系統(tǒng)的維護(hù)性難度,而且使程序便于閱讀和理解。該設(shè)計(jì)已完成測(cè)試并用于實(shí)驗(yàn)室多媒體教學(xué)。

[1]江朝強(qiáng),石睿,王云飛.基于MEMS指環(huán)式低功耗無(wú)線三維鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2013,(09):12-14+28.

[2]張家田,許凱,嚴(yán)正國(guó).基于空中運(yùn)動(dòng)/手勢(shì)控制接口的空中鼠標(biāo)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2016,(06):143-146.

Wireless air mouse

Sun Zaishang,Liu Fanqi
( Beifang Univesity of Nationality, Yinchuan Ningxia,750021)

Since the birth of computer mouse has gone through nearly 50 years of history, has undergone several major innovations, its function becomes more powerful The wireless air mouse is a great breakthrough in the field of human-computer interaction, which solves the problem of the operation of the mouse can not leave to use contact constraints, enabling people to operate the computer more fast and convenient The use of MEMS sensor technology, the research and design of a new type of wireless mouse, intelligent mouse. By using acceleration sensor, gyroscope, STM32 microprocessor, wireless transceiver module and USB interface and other external devices to construct the wireless mouse system The practical application shows that the system has the advantages of simple operation, accurate testing,CostPerformance.

Air wireless mouse; MEMS sensor; intelligence; STM32 microprocessor; gyroscope