基于CC3200的漫步鼠標(biāo)設(shè)計(jì)

李欣威 邱達(dá) 劉世焯 黃漢卿

摘 要：針對(duì)高質(zhì)量、遠(yuǎn)距離無(wú)線鼠標(biāo)的研究，設(shè)計(jì)出基于CC3200模塊的WiFi無(wú)形態(tài)式鼠標(biāo)，系統(tǒng)通過(guò)CC3200控制前端感知點(diǎn)，五個(gè)指端感知點(diǎn)分別包括不同的基礎(chǔ)功能。采用IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制類(lèi)數(shù)據(jù)的傳輸，并內(nèi)置了手勢(shì)設(shè)定程序。其次通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，最后通過(guò)硬件控制協(xié)議棧芯片進(jìn)行手勢(shì)圖像分析，滿足新型鼠標(biāo)的要求。

關(guān)鍵詞：CC3200；手勢(shì)識(shí)別；WiFi通信；無(wú)形態(tài)鼠標(biāo)；TCP

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2018）09-0-02

0 引 言

長(zhǎng)期使用電腦和鼠標(biāo)，容易引發(fā)腕關(guān)節(jié)綜合癥（鼠標(biāo)手）。其致病原因是由于長(zhǎng)期使用電腦鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，出現(xiàn)食指或中指疼痛、麻木和拇指肌肉無(wú)力感等狀況，發(fā)展下去可能導(dǎo)致神經(jīng)受損，進(jìn)而引起手部肌肉萎縮。每天重復(fù)在鍵盤(pán)上打字或移動(dòng)鼠標(biāo)，手腕關(guān)節(jié)長(zhǎng)期、密集、反復(fù)和過(guò)度活動(dòng)，導(dǎo)致周?chē)窠?jīng)損傷或受壓迫，使神經(jīng)傳導(dǎo)被阻斷，從而造成手掌的感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)發(fā)生障礙。據(jù)調(diào)查，女性腕關(guān)節(jié)癥患者比男性多，這是因?yàn)榕允滞笸ǔ１饶行孕?，腕部正中神?jīng)易受到壓迫。針對(duì)上述問(wèn)題，許多公司采用激光投影鼠標(biāo)來(lái)解決“鼠標(biāo)手”的問(wèn)題，但對(duì)于習(xí)慣使用鼠標(biāo)的人群來(lái)說(shuō)并不方便。為有效解決該問(wèn)題，本項(xiàng)目基于輕便靈活的手部貼合控制及物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線信號(hào)采集與傳輸，通過(guò)貼合手指的實(shí)體觸感來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鼠標(biāo)的控制。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

漫步鼠標(biāo)由立體循環(huán)鍵、確定鍵、選擇鍵、前進(jìn)鍵和后退鍵組成。經(jīng)過(guò)CC3200內(nèi)置的Cortex-M4控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，由CC3200內(nèi)置的WiFi模塊控制數(shù)據(jù)傳輸，最終在電腦端進(jìn)行控制。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊

系統(tǒng)主控制模塊選用Cortex-M4，它是ARM家族中一款增強(qiáng)型系列的單片機(jī)，使用高性能RISC內(nèi)核，運(yùn)行頻率為80 MHz，該芯片集成了最大256 kB的RAM存儲(chǔ)器及32位通道直接存儲(chǔ)內(nèi)存訪問(wèn)（DMA），具有豐富的增強(qiáng)I/O口和專門(mén)針對(duì)高級(jí)快速安全性的硬件加密引擎。

2.2 傳輸模塊

CC3200包含了WiFi網(wǎng)絡(luò)處理器子系統(tǒng)，專用的ARM MCU完全解除應(yīng)用控制器的WiFi和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議處理負(fù)擔(dān)。WiFi網(wǎng)絡(luò)處理器（CC3100）包含一個(gè)WiFi片上互聯(lián)網(wǎng)和一個(gè)可完全免除應(yīng)用MCU處理負(fù)擔(dān)的專用ARM MCU。WiFi片上互聯(lián)網(wǎng)包含MCU射頻、基帶和具有搶答加密引擎的MAC，可實(shí)現(xiàn)支持256位加密的快速安全互聯(lián)網(wǎng)連接。WiFi片上互聯(lián)網(wǎng)還包括嵌入式TCP/IP和TLS/SSL協(xié)議棧，HTTP服務(wù)和多種應(yīng)用協(xié)議。CC3200支持站點(diǎn)，接入點(diǎn)和WiFi直連三種模式，支持WPA2個(gè)人和企業(yè)安全性及WPS2。每個(gè)配置點(diǎn)的類(lèi)別和特性見(jiàn)表1所列。

2.3 ADNS5030光學(xué)傳感器

漫步鼠標(biāo)的控制端采用ADNS-5030光學(xué)傳感器，該傳感器是一款低功耗、尺寸小的光學(xué)鼠標(biāo)傳感器，包括一個(gè)新的低功耗架構(gòu)和自動(dòng)電源管理模式，ADNS-5030能夠高速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)多達(dá)14個(gè)IPS和2G。此外，它有一個(gè)片上振蕩器和LED驅(qū)動(dòng)器，以減少外部組件。ADNS-5030配合ADNS-5100 /

ADNS-5100-001光學(xué)鏡片，ADNS-5200固定夾和HLMP-ED80 LED組成一個(gè)完整而小巧的鼠標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。光學(xué)鼠標(biāo)直接控制接地面，并檢測(cè)鼠標(biāo)移動(dòng)所構(gòu)成的接地面。光學(xué)鼠標(biāo)由Coer感測(cè)單元、LED光源，光學(xué)鏡片與感測(cè)IC等組件構(gòu)成。LED產(chǎn)生的光線穿過(guò)與棱鏡形成一體的模造鏡片并照射鼠標(biāo)的接地面，由于傳感器讀取表面凹凸不均，因此光線只能以很淺的角度照射凹凸面的最高點(diǎn)，接著傳感器通過(guò)鏡片讀取接地面的影像。光學(xué)傳感器工作時(shí)序如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件初始化后，軟件實(shí)現(xiàn)觸控點(diǎn)、ARM處理器、WiFi、電腦之間的數(shù)據(jù)交換，單片機(jī)對(duì)所采集的物理信息進(jìn)行處理，再通過(guò)ARM處理器與WiFi模塊之間進(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)電腦終端的控制。系統(tǒng)流程如圖3所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)利用ARM單片機(jī)技術(shù)，將按鍵控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、WiFi通信技術(shù)、手勢(shì)編輯軟件等技術(shù)進(jìn)行綜合。整體設(shè)計(jì)體現(xiàn)了WiFi傳感器和ARM處理器體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)及鼠標(biāo)不在受固定形態(tài)的影響。提高了鼠標(biāo)的距離和無(wú)形態(tài)化，減少了現(xiàn)代人的鼠標(biāo)病，提供健康的生活方式。

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