無線空中鼠標

孫在尚,劉凡齊

(北方民族大學,寧夏銀川,750021)

無線空中鼠標

孫在尚,劉凡齊

(北方民族大學,寧夏銀川,750021)

鼠標自計算機誕生至今已走過了將近50年的歷史，經歷了幾次重大的創新，它的功能越來越強大。無線空中鼠標的出現是人機交互領域一個巨大突破，它解決了鼠標的操作都不能離開以接觸面使用的限制，使人們操作計算機更加快捷便利。利用MEMS傳感器技術，研究并設計一款新型的無線空中鼠標，實現鼠標的智能化。通過采用加速度傳感器、陀螺儀、STM32微處理器、無線收發模塊和USB接口等外部設備來構建整個無線空中鼠標系統。實際應用表明，該系統具有操作簡便、測試準確、性價比高等特點。

空中無線鼠標；MEMS傳感器；智能化；STM32微處理器；陀螺儀

0 引言

自美國科學家1968年道格拉斯·恩格爾巴特制作了全世界第一只鼠標(因外形酷似老鼠而得名)至今,鼠標已經有近60年的歷史。鼠標從最初的機械鼠標、到較高級的光電鼠標最后到當前廣泛運用的光學鼠標,經歷了幾次重大的創新，功能越來越強大。鼠標的發明代替了一些繁瑣的鍵盤指令使計算機的操作變得更加簡單。但這些鼠標的操作均不能離開接觸面而工作。近年來鼠標正在經歷一次歷史性的脫變--從地面轉向空中。因為傳統的鼠標在很多苛刻的環境下因為無法提供接觸面而失效,不利于工業的發展。國內外的高校和研究所對無線鼠標有過許多研究,也取得了可喜的結果。例如:美國密歇根大學實現了利用雙軸加速度計實現空中鼠標的一些功能；英國伯明翰大學的科學家進一步設計出了可以控制電腦屏幕上三維立體旋轉的三維鼠標。使人們距離理想中的空中鼠標又前進了一步。

1 需求分析

無線空中鼠標是一種最常用的計算機輸入設備,不需要放在接觸平面上,在空中移動就能控制屏幕上光標自由運動,操作方便。無線空中鼠標克服了必須在接觸平面上才能使用的限制,無論是授課還是講解都能輕松解決。作為一種創新型的鼠標,無線空中鼠標的成本雖然比一般鼠標昂貴,但其良好的操作性能和低功耗很輕松的彌補了它的不足。

采用多種傳感器信息融合利用算法優化的鼠標,比傳統鼠標系統有著精確度高,反應靈敏等優點,并且增加了系統的配置,提高了鼠標系統的容錯能力以及靈敏度;各個傳感器之間優勢互補,可以準確得到鼠標姿態信息,并且提高了鼠標的精確度,同時增強了鼠標的實用性。

2 總體設計

無線空中鼠標結構圖如下圖 控制系統結構圖 所示,先將手持端的姿態信息經模/數轉換芯片轉換為數字量再在單片機上利用算法對采集到的信號進行優化處理并打包,接著通過無線傳輸模塊將處理完善的信號傳送到電腦接收端,電腦接收端對打包的數據做轉碼處理,將鼠標控制端的姿態信息輸送給電腦的控制系統。電腦輸出相對應的控制信號。

圖1 控制系統結構圖

2.1 硬件設計

(1)主控設計

硬件主控設備采用意法半導體公司設計的STM32F030C8T6為主控芯片,用 USB 接口實現手持端設備與接收端的通信。外加紅外線接收裝置,以實現空中無線鼠標代替家用遙控器。手持端采用STM32F030C8T6作為主控芯片,用三軸陀螺儀對空中鼠標的姿態信號進行采集,.利用傳輸信號精度高的2.4GHZ 通信模塊實現手持端與電腦設備的通信。

無線空中鼠標的電路板是標準的 PCB 雙面板, 在電路板上由于系統的需要配有穩壓電路, 濾波電路等常用電路,可以提高系統的整體穩定性。

(2)電源設計

電腦信號接收端設備由電腦 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 穩壓芯片搭建的穩壓電路將鋰電池的電壓轉換為 5V 恒定電壓給手持端供電,能在一定程度上解決電路產生的雜波對信號傳輸的影響。

2.2 軟件設計

本設計的軟件軟件分為四個主要部分

（1）手持端姿態數據采集與處理。

（2）手持端姿態信息和電腦接收端的數據傳輸。（3）數據的打包和優化處理。

（4）電路濾波處理。

3 應用

無線空中鼠標主要用于多媒體教學平臺。除此之外,還運用在一般可以用紅外線遙控器遙控的設備。一般遙控器使用時都習慣于將遙控器正對著屏幕,而單純的鼠標不僅不能控制電視而且還不能脫離桌面進行工作。在不改變用戶使用習慣的同時,更方便的操作實現各種應用,給用戶一種全新的享受。

技術源于生活,技術又在不斷改變生活。相信在未來不久,工程師們會不斷完善人機交互方式,例如圖像識別,光線通信,聲音識別等等。使生活更加豐富精彩。

4 結論

本設計用具有高速數據處理能力的STM32F030C8T6為主控芯片。利用ASM1117 穩壓芯片搭建的穩壓電路將鋰電池的輸出電壓轉換為5V恒定電壓給手持端設備供電。對整個電路起到了很好的保護和穩定作用。在軟件設計中采用了模塊化編程的設計思想,不僅降低了系統的維護性難度,而且使程序便于閱讀和理解。該設計已完成測試并用于實驗室多媒體教學。

[1]江朝強,石睿,王云飛.基于MEMS指環式低功耗無線三維鼠標的設計[J].自動化與儀表,2013,(09):12-14+28.

[2]張家田,許凱,嚴正國.基于空中運動/手勢控制接口的空中鼠標設計[J].現代電子技術,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