多功能翻頁筆的設計

張達 張志超 徐天陽 楊海斌

多功能翻頁筆是在翻頁筆的基礎上添加了鼠標的功能，教師上課時使用的翻頁筆大多只能有標識、翻頁等簡單功能。多功能翻頁筆在其基礎上添加了鼠標左右鍵以及移動鼠標功能，使簡單的翻頁筆變成了一款無線的空中鼠標。此項目設計的多功能翻頁筆可以使教師上課操控電腦變得更方便，為教師與學生們更好的互動創建了基礎。電路結構新穎、元件不多、調試容易，非常適用于教學等領域。

一、緒論

背景。隨著計算機網絡及電子技術的發展，新技術的應用逐漸進入生活中的方方面面。一直以來，電腦鼠標都比較大眾化，使用最多的有線鼠標脫離不了空間和感應底板的限制，這就在一定程度上限制了人們對電腦的操縱范圍，不能給更多電腦用戶提供更方便的服務。即便現在比較流行的無線鼠標也存在一定弊端，雖然能擺脫有線鼠標移動范圍的束縛，但是離開感應底板還是不能方便操縱。更遠的使用距離在早期并不被重視，隨著電腦的多元化發展，更多的人意識到電腦的別樣功能，電腦的使用距離也成為眾多用戶關注的一個點。隨著大批優秀多媒體課件的涌現以及大量教學軟件的開發，利用多媒體教室開展教學越來越受到人們的重視。但是，人們在肯定多媒體教室教學作用的同時，也注意到它的一個重要缺陷：教師在講課時往往被禁錮在計算機前，教學內容和教學形式受到教學軟件和設備的制約。

設計的主要工作。本項目主要分為接受和發送兩部分，發射部分采用MPU6050芯片、STM32芯片負責手部姿態解算，通過無線模塊將數據發送到接收端，接收端向電腦發送操作指令功能，負責與電腦的USB進行通信，從而實現使用者對電腦的各種操作。

二、多功能翻頁筆的設計方案

2.1多功能翻頁筆的主要技術指標

根據手勢動作變化，鼠標光標與激光筆位置同步；實現鼠標左右按鍵、翻頁功能。

2.2結構框圖

2.3方案設計

本項目設計了一種適用于教學的紅外無線鼠標，主要由發射模塊、接收模塊、濾波電路、解調電路和控制電路組成，其中，控制芯片為STM32芯片，發射模塊和接收模塊之間通過紅外發射和接收模塊實現兩者之間的無線通信，發射模塊集成在手持端，接收模塊通過USB接口與PC終端相連，最終由控制芯片和接收端的USB驅動電路實現無線鼠標的控制功能。如圖1所示，發射模塊主要由角度傳感器MPU6050、兩個基本功能、STM32芯片、紅外發射模塊組成，主要功能是實現對手勢動作趨勢信息的采集和發送。其中MPU6050用于檢測使用時6軸坐標的變化，通過感知使用者的動作并就動作定義為特殊指令，最后由控制芯片對坐標變化趨勢進行分析，完成對鼠標移動軌跡的模擬。如圖2所示，接受模塊主要由紅外接收模塊、濾波電路、解調電路、STM32芯片、USB接口組成，主要功能是等待捕捉發送端的信號并進行處理。接收端在接收信號成功后通過對坐標變化，進行算法處理時，需用對動作過程中誤差較大的坐標進行濾波，簡化鼠標的移動方向，并通過手勢匹配的方式，正確反映鼠標的運動趨勢，從而更好地完成對手勢運動趨勢的分析和處理，實現鼠標的空中準確定位。

在動作感應模塊方面，采用三維角度傳感MPU6050模塊。MPU6050模塊抗感染能力強，測量精度高，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系統，連接方便，穩定性極高，MPU6050模塊通過處理器讀取測量數據然后通過串口輸出。通過紅外發射器把數據發送出去，再由接收端對信號進行濾波，解調和手勢算法處理，最后將不同的動作定義為特殊的功能，如實現教學演講時PPT、Word以及其它電子文檔等的上翻下翻、前進、返回、切換窗口，拖拉、選擇、復制、粘貼等無線鼠標功能。

2.3.1 STM32芯片內部結構及芯片

2.3.2 MPU6050電路

軸向說明：

如上圖所示，模塊的軸向在上圖的右上角標示出來，向右為X軸，向上位Y軸，垂直與紙面向外為Z軸。旋轉的方向按右手法則定義，即右手大拇指指向軸向，四指彎曲的方向即為繞該軸旋轉的方向。

單元電路的簡述

本設計使用了芯片STM32F030C8T6，引腳1（ VDD）接3.3V供電，2～4引腳（ PC13～PC15）接D4、D5、D6小燈，作信號燈。

MPU6050芯片經過必要的外圍電路后，將翻頁筆運動的信息轉化為電信號通過INT引腳傳輸給STM32芯片（以下簡述為芯片）的第35引腳（PF6）。

發射端晶振選為8M，經兩個電容濾波后，輸入芯片5、6引腳。

信號發生/接收都選用了NRF24L01芯片，LDO電壓穩壓器選用SPX3819芯片穩壓，使用TP4056芯片為電池充電。

信號接收電路原理與發射大同小異，不再贅述。