3D无线射频鼠标的设计与实现_技术

　　0引言

　　鼠标作为电脑的一基本部件。扮演着重要的角色。随着科技的进步和市场的需求。鼠标也经历着快速的发展。传统的鼠标无论是有线鼠标还是无线鼠标。由于采用控制原理的原因，或者受到线缆的约束，或者离不开对桌面等载体的依赖，适用场合和范围受到限制。因此，市场上急需一种适用于多种场合。能满足不同人群特殊功能需求的鼠标，此时。3D无线鼠标的概念应运而生。本文通过对运用MEMS加速度传感器。触控模块和凌阳单片机完成鼠标3D控制原理的阐述。以及对实验中实际 *** 作的记录为现阶段多功能新型鼠标的制作提供参考依据。

　　1 3D无线鼠标的工作原理

　　无线射频鼠标总体分为发射模块（见图1）和接收模块（见图2）两个部分。发射部分模块集成在手持端，由使用者控制。接收模块与PC、笔记本等仪器相连。

　　图1 发射模块系统框图

　　图2接收模块系统框图

　　发射模块主要由电阻式触摸屏、MEMS加速度传感器、16位凌阳单片机和nRF2401发射模块组成，主要功能是实现对手势运动趋势信息的采集和发送。其中触摸屏用于检测使用时坐标X、Y的变化，通过对X、Y变化趋势的分析，完成对鼠标移动轨迹的模拟。MEMS加速度传感器则用于感知使用者的动作，通过将这些动作定义为特殊指令。实现鼠标的特殊功能键。同时发射模块与接收模块之间通过2.4GHz无线收发一体芯片完成两者之问的无线通信。最终由接收端的USB驱动电路实现PC端的鼠标控制功能。

　　其中在通过对X、Y坐标变化，进行算法处理时，需要对 *** 作过程中误差较大的坐标进行滤波，同时简化鼠标的移动方向。并通过固化匹配的方式，正确反映鼠标的整体的运动趋势。从而更好的完成对手势运动趋势的分析，实现鼠标的准确定位。

　　2 触屏检测装置与加速度传感器的硬件电路设计

　　在动作感应模块方面。采用鸭C2046作为四线电阻式触摸屏控制器。TSC2046以其低功耗和高速率等特性广泛应用于电池供电的小型手持设备。它与触摸屏连接的原理电路如图3所示。另一方面。采用型号为MXR9550的MEMS加速度传感器模块。它的体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、易于集成和实现智能化，其原理电路如图4所示，利用它来感知人的动作，如挥手、摆臂等，然后可以将不同的动作定义为特殊的功能，如实现演讲时PPT、PDF的翻页，关闭窗口，切换窗口等动作。

　　图3 TSC2046与触摸屏连接的硬件原理图

　　图4 MEMS加速度传感器原理电路

　　3系统流程设计

　　在发射端。当系统上电后，控制芯片会一直检测触摸屏和MEMS加速度传感器的状态。当滑动触摸屏或是摇动鼠标时，系统就会收到数据，同时凌阳单片机通过对这些数据的处理。就能判断出手指在触摸屏上移动的轨迹和是否摇动了鼠标。然后将这些动作定义为不同的指令。通过无线模块发射出去。程序流程如图5所示。

　　图5手持端程序流程图

　　在接收端，无线模块始终等待捕捉发射信号。在接收成功后。控制芯片根据接收到的不同指令，通过USB接口电路传送给电脑。完成鼠标动作。从而实现无线鼠标工作的整个过程。程序流程如图6所示。

　　图6接收端程序流程图

　　4 鼠标手势算法设计

　　由于每次采集的数据很多，其中有一小部分数据存在误差，如果不将这些误差数据过滤，肯定会影响鼠标的移动轨迹。如何得到准确的触摸屏数据。是优化鼠标移动轨迹的关键。因此，在程序设计中。提出了一种优化鼠标移动轨迹的算法。其大致思路如以下：①过滤鼠标移动动作。如图7（a）所示。这步将鼠标一连串移动动作中的小幅度波动动作给去掉，这一步是十分必要的；②限制鼠标移动方向，如图7（b）所示。对于简单的鼠标手势支持，只支持上下左右4个方向。就把其他方向的动作都归并到这4个方向中。一般就是比较一下上下方向和左右方向的差值，取大的那个作为最后的方向；③简化移动方向序列，如图7（c）所示。这步非常简单，原本是右右上上右上上的方向序列，简化后变成右上右上了；（多匹配动作序列，如图7（d）所示。这步是最困难的，表面是把夹杂在长距离移动动作中的短距离动作过滤掉。实际的做法是先把整个动作序列与一组预定义的动作序列匹配比较，如果匹配失败，就把这序列中最短幅度的动作过滤掉，再进行匹配，如此循环往复，直到最后匹配到为止。