一種新型無線光電鼠標設計

陳彪++馬振++葛業靜

摘 要隨著時代的發展，多媒體設備已經成了我們生活中的一部分。而鼠標，無疑是十分重要的輔助設備。有線鼠標在一些場合使用不便，基于無線定位系的鼠標，可以有效的解決這些問題。無線鼠標不僅僅能夠有效地解決在特殊場所有線鼠標使用困難的不利境地而且可以讓鼠標使用更為便利，特別是無線光電式鼠標具有更多優勢。

【關鍵詞】無線 定位 數據采集 鼠標

1 引言

當前社會處于高速發展的信息化時代，因此鼠標作為計算機的重要輔助設備的被重視度是日益增加的。作為鼠標中廣受歡迎的無線鼠標以其無線通信的優勢而廣泛使用。其中技術較為成熟的就是光電式無線鼠標，該鼠標以其使用穩定，可靠性高，相較其它類型鼠標也存在著一定的價格優勢等優點被大眾認可。

2 總體方案設計

2.1 定位實現

一般光電鼠標由以下幾部分組成，即光學感應器、光學透鏡、發光二極管、控制芯片、按鍵、滾輪、連線、PS/2或USB接口[1]。這些部件的作用相互補充，緊密協作，以此通過圖像采集、圖像分析和光標定位三個主要步驟，從而實現鼠標的定位功能。

本鼠標采用光電原理，主要采用采樣圖像來判斷鼠標的相對位移。鼠標內設的發光二極管提供光源，進而使得鼠標底部的物體表面被照亮。表面被照亮之后，通過光學透鏡光學感應器采集一組連續的圖像。然后特定處理芯片對圖像進行處理，普通光電式無線鼠標首先對圖像選擇特征點，再通過特征點的變化從而得到鼠標位置在方向和距離上的變化，最后把位置變化通過定位光標反映在在用戶界面上。而本鼠標采用雙攝像頭采集數據，其一攝像頭采集的圖像選擇特定的特征點，另一攝像頭的采集的圖像也選取與前一攝像頭對應的特征點。特征點是事先確定好的，調整時鐘使兩攝像頭同時采集圖像。通過相應的特征點之間變化來確定鼠標位置在方向與距離上的變化。

2.2 無線模塊原理

無線模塊分為發送端和接收端。

發送端無線模塊采用了4線SPI協議，先有主控芯片獲取、分析攝像頭采集的圖像，計算出鼠標位移方向和速度，而后與按鍵、滾輪信號一起打包在一個數組中送至無線模塊的數據緩沖區。無線模塊將該數組再次打包，通過PCB天線，高頻發送。

接收端無線模塊采用與接收端同樣的電路，也是4線SPI協議，不同的是，接收端先接收來自發送端的數據包，解包后存放至接收端的數據緩沖區，之后接收端主控芯片從接收端的數據緩沖區讀取數據，接收端主控芯片由此獲得鼠標位移方向、速度、按鍵、滾輪信號，最后通過USB串口將其送入計算機，計算機隨之做出反應。

該無線模塊可在3.3V低電壓下工作，功耗小。無線通信速度可達2Mbps，數據包每次可傳輸 1～32Byte 的數據，內置2.4G天線，工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段，體積小，抗干擾能力強。

3 算法說明

3.1 位移測量的具體過程

光電鼠標通過將鼠標的實際位移映射到圖形用戶界面的坐標系統，以此實現鼠標移動與光標移動的變換，它們都采用了平面直角坐標系。平面直角坐標系所構成的坐標系統中，依據基本的數學知識可知如果想要確定鼠標坐標必須要具備完備的坐標體系，以及橫縱坐標的具體值。那么坐標系統在圖形用戶界面選擇特定的點作為原點，并且建立相應的直角坐標系。已知原坐標，通過偏移量就可以確定新位置的坐標。由于屏幕是由像素構成，這也是鼠標靈敏度的重要影響因素。針對像素邊界和坐標系統邊界可以通過軟件編程來進行處理，從而消除。至于鼠標超越邊界循環以及移動速率均可由軟件編程進行處理。

圖形用戶界面將顯示坐標分為M×NPPi，如Windows系統中的1024×768PPi。鼠標位移的X分量表示橫向的位置，Y分量表示縱向的位移，兩者不會相互影響，可以用算法分開處理。位移測量的難點在于如何解決顯示坐標的上下界限阻礙鼠標不能跨度大距離的問題。首先就要明確的是鼠標移動的確切方向，例如向下持續的移動，便一定會到達下邊界，若向上持續移動便一定會到達上邊界。可以明確每次到邊界時，將像素xi與yi均會依據邊界位置被唯一確定，比如每次鼠標到達上邊界時，像素yi便會被置零而xi值卻保持不變。其次依據記錄的超過邊界的次數和當前精確坐標與初始設定坐標之差，便能夠確切得出鼠標指針移動的像素距離。然后就可以比例因子μ將指針位移換算為實際位移，最終可以有效實現鼠標的實際測距。

4 數據處理流程

其整體系統數據處理流程如下：

先由鼠標主體底部的雙攝像頭獲取圖像并處理，得知鼠標的位移方向與速度，送至置于鼠標主體內部的發送端主控芯片中，同時送進來的還有鼠標按鍵和滾輪數據，發送端主控芯片對這些數據進行處理，綜合出鼠標此時所有的動作。而后把這些數據通過無線模塊送到插在電腦USB接口上的接收端。接收端接收到數據后解包送到接收端的主控芯片，接收端主控芯片得到鼠標位移方向、速度、按鍵、滾輪信號后直接利用USB串口發送至計算機，計算機由此做出反應。

參考文獻

[1]高弘毅.光學鼠標的結構與工作原理[J].電子測試，2003（09）：108-113.

[2]林鄧偉，邢文生.光電鼠標芯片組在無接觸檢測運動物體中的應用[J].微計算機信息，2006（20）：131-133.

[3]張勁波，曾昭江，李杏清，張仁忠.一種新型無線鼠標的定位算法研究[J].無線互聯科技，2017（01）：14-15.

[4]昌學年，姚毅，閆玲.位移傳感器的發展及研究[J].計量與測試技術，2009（09）：42-44.

作者簡介

陳彪（1995-），男，安徽省阜陽市人。安徽師范大學物理與電子信息學院。研究方向為電子信息工程

馬振（1994-），男，安徽省宿州市人。安徽師范大學物理與電子信息學院。研究方向為自動化

葛業靜（1996-），女，安徽省宿州市人。南京郵電大學人文與社會科學學院。研究方向為人口學

通訊作者簡介

葛業靜（1996- ），女，安徽省宿州市人。南京郵電大學人文與社會科學學院。研究方向為人口學。

作者單位

1.安徽師范大學物理與電子信息學院 安徽省蕪湖市 241000

2.南京郵電大學人文與社會科學學院 江蘇省南京市 210000