介紹

鼠標(biāo)是計(jì)算機(jī)的基本部件。發(fā)揮重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求。鼠標(biāo)也在飛速發(fā)展。傳統(tǒng)鼠標(biāo)，無(wú)論是有線鼠標(biāo)還是無(wú)線鼠標(biāo)。由于控制原理，要么受線纜約束，要么依賴桌面等載體，適用場(chǎng)合和范圍有限。因此，市場(chǎng)上迫切需要一種適用于各種場(chǎng)合的產(chǎn)品。能滿足不同人群特殊功能需求的鼠標(biāo)。3D無(wú)線鼠標(biāo)的概念應(yīng)運(yùn)而生。本文通過(guò)MEMS加速度傳感器的應(yīng)用。觸控模塊和凌陽(yáng)單片機(jī)完成了鼠標(biāo)三維控制原理的闡述。以及實(shí)驗(yàn)中實(shí)際操作的記錄，為現(xiàn)階段新型多功能鼠標(biāo)的制作提供參考。

1 3D無(wú)線鼠標(biāo)的工作原理

射頻鼠標(biāo)一般分為兩部分:發(fā)射模塊(見圖1)和接收模塊(見圖2)。發(fā)射模塊集成在手持端，由用戶控制。接收模塊可與PC、筆記本等儀器連接。

圖1發(fā)射模塊系統(tǒng)框圖

圖2接收模塊系統(tǒng)框圖

發(fā)射模塊主要由電阻式觸摸屏、MEMS加速度傳感器、16位凌陽(yáng)單片機(jī)和nRF2401發(fā)射模塊組成。其主要功能是采集和發(fā)送手勢(shì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)信息。其中，觸摸屏用于檢測(cè)使用時(shí)坐標(biāo)X和Y的變化，通過(guò)分析X和Y的變化趨勢(shì)，模擬鼠標(biāo)移動(dòng)軌跡。MEMS加速度傳感器用于通過(guò)將這些動(dòng)作定義為特殊指令來(lái)感測(cè)用戶的動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的特殊功能鍵。同時(shí)，發(fā)射模塊和接收模塊之間的無(wú)線通信通過(guò)2.4GHz無(wú)線收發(fā)集成芯片完成。最后，接收端的USB驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)了PC端的鼠標(biāo)控制功能。

其中，在對(duì)X、Y坐標(biāo)的變化進(jìn)行算法處理時(shí)，需要過(guò)濾掉運(yùn)算過(guò)程中誤差較大的坐標(biāo)，簡(jiǎn)化鼠標(biāo)的移動(dòng)方向。通過(guò)固化和匹配，可以正確反映鼠標(biāo)的整體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。從而更好地完成手勢(shì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的分析，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的精確定位。

觸摸屏檢測(cè)裝置和加速度傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)

在運(yùn)動(dòng)傳感模塊方面。Duck C2046用作四線電阻式觸摸屏控制器。TSC2046以其低功耗和高速度被廣泛應(yīng)用于由電池供電的小型手持設(shè)備中。其與觸摸屏連接的原理電路如圖3所示。另一方面。采用型號(hào)為MXR9550的MEMS加速度傳感器模塊。它體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、易于集成、智能化。其原理電路如圖4所示。它可以用來(lái)感知人的動(dòng)作，比如揮動(dòng)和擺動(dòng)手臂，然后可以將不同的動(dòng)作定義為特殊功能，比如翻頁(yè)P(yáng)PT和PDF，關(guān)閉窗口，切換窗口等。

圖3 TSC 2046連接觸摸屏的硬件原理圖

圖4 MEMS加速度傳感器原理電路

3系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

在發(fā)送端。當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)，控制芯片將始終檢查觸摸屏和MEMS加速度傳感器的狀態(tài)。當(dāng)你滑動(dòng)觸摸屏或者晃動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)接收到數(shù)據(jù)，凌陽(yáng)單片機(jī)會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?？梢耘袛嗍种冈谟|摸屏上移動(dòng)的軌跡，鼠標(biāo)是否晃動(dòng)。那么這些動(dòng)作被定義為不同的指令。通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送出去。該過(guò)程如圖5所示。

圖5手持程序流程圖

在接收端，無(wú)線模塊總是在等待捕捉傳輸?shù)男盘?hào)。接收成功后。控制芯片通過(guò)USB接口電路向計(jì)算機(jī)發(fā)送不同的命令。完成鼠標(biāo)動(dòng)作。從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線鼠標(biāo)的整個(gè)工作過(guò)程。程序如圖6所示。

圖6接收機(jī)程序流程圖

4鼠標(biāo)手勢(shì)算法設(shè)計(jì)

因?yàn)槊看尾杉臄?shù)據(jù)都很多，所以有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)存在誤差。如果不對(duì)這些誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，肯定會(huì)影響鼠標(biāo)的移動(dòng)軌跡。如何獲取準(zhǔn)確的觸摸屏數(shù)據(jù)？是優(yōu)化鼠標(biāo)移動(dòng)軌跡的關(guān)鍵。因此，在編程中。提出了一種優(yōu)化鼠標(biāo)軌跡的算法。大致思路如下:①過(guò)濾鼠標(biāo)移動(dòng)。如圖7(a)所示。這一步是必要的，以消除一系列鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)的小波動(dòng)。②限制鼠標(biāo)的移動(dòng)方向，如圖7(b)所示。對(duì)于簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)手勢(shì)支持，只支持上、下、左、右四個(gè)方向。其他方向的所有運(yùn)動(dòng)都合并到這四個(gè)方向。一般是比較上下方向和左右方向的差異，取較大者為最終方向；③簡(jiǎn)化移動(dòng)方向順序，如圖7(c)所示。這一步很簡(jiǎn)單。本來(lái)是右，右上，右上的序列，簡(jiǎn)化后變成右，右上；(多匹配動(dòng)作順序，如圖7(d)所示。這一步是最難的，表面是過(guò)濾掉混合在長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)中的短距離運(yùn)動(dòng)。實(shí)際做法是將整個(gè)動(dòng)作序列與一組預(yù)定義的動(dòng)作序列進(jìn)行匹配和比較。如果匹配失敗，則過(guò)濾掉該序列中幅度最短的動(dòng)作，然后進(jìn)行匹配，以此類推，直到達(dá)到最終匹配。

圖7手勢(shì)算法演示

5結(jié)束語(yǔ)

闡述了3D無(wú)線射頻鼠標(biāo)汁設(shè)計(jì)的新思路，不僅革新了傳統(tǒng)鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)原理，而且補(bǔ)充了其操作方式，使鼠標(biāo)真正擺脫對(duì)線纜和載體的依賴成為可能。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，移動(dòng)辦公的概念得到越來(lái)越多的支持。因此，本文設(shè)計(jì)的無(wú)線鼠標(biāo)也可以順應(yīng)移動(dòng)辦公的趨勢(shì)。

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