引言

鼠標(biāo)作為電腦的一基本部件。扮演著重要的角色。隨著科技的進(jìn)步和市場的需求。鼠標(biāo)也經(jīng)歷著快速的發(fā)展。傳統(tǒng)的鼠標(biāo)無論是有線鼠標(biāo)還是無線鼠標(biāo)。由于采用控制原理的原因，或者受到線纜的約束，或者離不開對桌面等載體的依賴，適用場合和范圍受到限制。因此，市場上急需一種適用于多種場合。能滿足不同人群特殊功能需求的鼠標(biāo)，此時。3D無線鼠標(biāo)的概念應(yīng)運(yùn)而生。本文通過對運(yùn)用MEMS加速度傳感器。觸控模塊和凌陽單片機(jī)完成鼠標(biāo)3D控制原理的闡述。以及對實(shí)驗(yàn)中實(shí)際操作的記錄為現(xiàn)階段多功能新型鼠標(biāo)的制作提供參考依據(jù)。

1 3D無線鼠標(biāo)的工作原理

無線射頻鼠標(biāo)總體分為發(fā)射模塊（見圖1）和接收模塊（見圖2）兩個部分。發(fā)射部分模塊集成在手持端，由使用者控制。接收模塊與PC、筆記本等儀器相連。

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位凌陽單片機(jī)和nRF2401發(fā)射模塊組成，主要功能是實(shí)現(xiàn)對手勢運(yùn)動趨勢信息的采集和發(fā)送。其中觸摸屏用于檢測使用時坐標(biāo)X、Y的變化，通過對X、Y變化趨勢的分析，完成對鼠標(biāo)移動軌跡的模擬。MEMS加速度傳感器則用于感知使用者的動作，通過將這些動作定義為特殊指令。實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的特殊功能鍵。同時發(fā)射模塊與接收模塊之間通過2.4GHz無線收發(fā)一體芯片完成兩者之問的無線通信。最終由接收端的USB驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)PC端的鼠標(biāo)控制功能。

其中在通過對X、Y坐標(biāo)變化，進(jìn)行算法處理時，需要對操作過程中誤差較大的坐標(biāo)進(jìn)行濾波，同時簡化鼠標(biāo)的移動方向。并通過固化匹配的方式，正確反映鼠標(biāo)的整體的運(yùn)動趨勢。從而更好的完成對手勢運(yùn)動趨勢的分析，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的準(zhǔn)確定位。

2 觸屏檢測裝置與加速度傳感器的硬件電路設(shè)計

在動作感應(yīng)模塊方面。采用鴨C2046作為四線電阻式觸摸屏控制器。TSC2046以其低功耗和高速率等特性廣泛應(yīng)用于電池供電的小型手持設(shè)備。它與觸摸屏連接的原理電路如圖3所示。另一方面。采用型號為MXR9550的MEMS加速度傳感器模塊。它的體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化，其原理電路如圖4所示，利用它來感知人的動作，如揮手、擺臂等，然后可以將不同的動作定義為特殊的功能，如實(shí)現(xiàn)演講時PPT、PDF的翻頁，關(guān)閉窗口，切換窗口等動作。

圖3 TSC2046與觸摸屏連接的硬件原理圖

圖4 MEMS加速度傳感器原理電路

3系統(tǒng)流程設(shè)計

在發(fā)射端。當(dāng)系統(tǒng)上電后，控制芯片會一直檢測觸摸屏和MEMS加速度傳感器的狀態(tài)。當(dāng)滑動觸摸屏或是搖動鼠標(biāo)時，系統(tǒng)就會收到數(shù)據(jù)，同時凌陽單片機(jī)通過對這些數(shù)據(jù)的處理。就能判斷出手指在觸摸屏上移動的軌跡和是否搖動了鼠標(biāo)。然后將這些動作定義為不同的指令。通過無線模塊發(fā)射出去。程序流程如圖5所示。

圖5手持端程序流程圖

在接收端，無線模塊始終等待捕捉發(fā)射信號。在接收成功后?？刂菩酒鶕?jù)接收到的不同指令，通過USB接口電路傳送給電腦。完成鼠標(biāo)動作。從而實(shí)現(xiàn)無線鼠標(biāo)工作的整個過程。程序流程如圖6所示。

圖6接收端程序流程圖

4 鼠標(biāo)手勢算法設(shè)計

由于每次采集的數(shù)據(jù)很多，其中有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)存在誤差，如果不將這些誤差數(shù)據(jù)過濾，肯定會影響鼠標(biāo)的移動軌跡。如何得到準(zhǔn)確的觸摸屏數(shù)據(jù)。是優(yōu)化鼠標(biāo)移動軌跡的關(guān)鍵。因此，在程序設(shè)計中。提出了一種優(yōu)化鼠標(biāo)移動軌跡的算法。其大致思路如以下：①過濾鼠標(biāo)移動動作。如圖7（a）所示。這步將鼠標(biāo)一連串移動動作中的小幅度波動動作給去掉，這一步是十分必要的；②限制鼠標(biāo)移動方向，如圖7（b）所示。對于簡單的鼠標(biāo)手勢支持，只支持上下左右4個方向。就把其他方向的動作都?xì)w并到這4個方向中。一般就是比較一下上下方向和左右方向的差值，取大的那個作為最后的方向；③簡化移動方向序列，如圖7（c）所示。這步非常簡單，原本是右右上上右上上的方向序列，簡化后變成右上右上了；（多匹配動作序列，如圖7（d）所示。這步是最困難的，表面是把夾雜在長距離移動動作中的短距離動作過濾掉。實(shí)際的做法是先把整個動作序列與一組預(yù)定義的動作序列匹配比較，如果匹配失敗，就把這序列中最短幅度的動作過濾掉，再進(jìn)行匹配，如此循環(huán)往復(fù)，直到最后匹配到為止。

圖7 手勢算法演示

5結(jié)束語

本文闡述了一種3D無線射頻鼠標(biāo)設(shè)汁的新思路，對傳統(tǒng)的鼠標(biāo)不但進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)原理的創(chuàng)新，同時對其操作方式進(jìn)行了補(bǔ)充，使鼠標(biāo)真正擺脫對線纜與載體的依賴成為可能。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，移動辦公的理念得到越來越多的支持，因此，本文設(shè)計的無線鼠標(biāo)也能順應(yīng)了移動辦公的潮流。