基于單片機和觸控模塊的3D無線射頻鼠標的設計與實現(xiàn)

引言

鼠標作為電腦的一基本部件。扮演著重要的角色。隨著科技的進步和市場的需求。鼠標也經(jīng)歷著快速的發(fā)展。傳統(tǒng)的鼠標無論是有線鼠標還是無線鼠標。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，此時。3D無線鼠標的概念應運而生。本文通過對運用MEMS加速度傳感器。觸控模塊和凌陽單片機完成鼠標3D控制原理的闡述。以及對實驗中實際操作的記錄為現(xiàn)階段多功能新型鼠標的制作提供參考依據(jù)。

1 3D無線鼠標的工作原理

無線射頻鼠標總體分為發(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位凌陽單片機和nRF2401發(fā)射模塊組成，主要功能是實現(xiàn)對手勢運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X、Y的變化，通過對X、Y變化趨勢的分析，完成對鼠標移動軌跡的模擬。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。實現(xiàn)鼠標的特殊功能鍵。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)動電路實現(xiàn)PC端的鼠標控制功能。

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

2 觸屏檢測裝置與加速度傳感器的硬件電路設計

在動作感應模塊方面。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用于電池供電的小型手持設備。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，如實現(xiàn)演講時PPT、PDF的翻頁，關閉窗口，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)流程設計

在發(fā)射端。當系統(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)。當滑動觸摸屏或是搖動鼠標時，系統(tǒng)就會收到數(shù)據(jù)，同時凌陽單片機通過對這些數(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。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。完成鼠標動作。從而實現(xiàn)無線鼠標工作的整個過程。程序流程如圖6所示。

圖6接收端程序流程圖

4 鼠標手勢算法設計

由于每次采集的數(shù)據(jù)很多，其中有一小部分數(shù)據(jù)存在誤差，如果不將這些誤差數(shù)據(jù)過濾，肯定會影響鼠標的移動軌跡。如何得到準確的觸摸屏數(shù)據(jù)。是優(yōu)化鼠標移動軌跡的關鍵。因此，在程序設計中。提出了一種優(yōu)化鼠標移動軌跡的算法。其大致思路如以下：①過濾鼠標移動動作。如圖7（a）所示。這步將鼠標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限制鼠標移動方向，如圖7（b）所示。對于簡單的鼠標手勢支持，只支持上下左右4個方向。就把其他方向的動作都歸并到這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。實際的做法是先把整個動作序列與一組預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，再進行匹配，如此循環(huán)往復，直到最后匹配到為止。

圖7 手勢算法演示

5結束語

本文闡述了一種3D無線射頻鼠標設汁的新思路，對傳統(tǒng)的鼠標不但進行了實現(xiàn)原理的創(chuàng)新，同時對其操作方式進行了補充，使鼠標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，本文設計的無線鼠標也能順應了移動辦公的潮流。