一種二維無(wú)線鼠標(biāo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二維無(wú)線鼠標(biāo)，其包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS陀螺儀和加速度傳感器、微控制器及無(wú)線射頻傳輸模塊，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，遠(yuǎn)端子系統(tǒng)采集的二維無(wú)線鼠標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)和加速度信號(hào)，經(jīng)微控制器的濾波處理后，由無(wú)線射頻傳輸模塊發(fā)送至主機(jī)端子系統(tǒng)，主機(jī)端子系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊將接收到的無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器對(duì)輸入信號(hào)按照鼠標(biāo)通訊協(xié)議進(jìn)行編碼處理，再通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接。本發(fā)明的二維無(wú)線鼠標(biāo)能夠在空間隨意操作，且具有高靈敏度和擴(kuò)展性能。
【專利說(shuō)明】一種二維無(wú)線鼠標(biāo)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種二維無(wú)線鼠標(biāo)，屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]人在進(jìn)行人機(jī)交互的過(guò)程中，對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)和運(yùn)行過(guò)程中的理解，都是通過(guò)人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。無(wú)論是在筆記本電腦還是在臺(tái)式機(jī)市場(chǎng)，鼠標(biāo)是現(xiàn)今除鍵盤外最為流行的以點(diǎn)擊和移動(dòng)為主要輸入模式的輸入設(shè)備。
[0003]總之，現(xiàn)有的鼠標(biāo)都是通過(guò)按鈕方式來(lái)控制設(shè)備的輸入和響應(yīng)，存在反應(yīng)時(shí)間慢、靈敏度不高及局限于光滑平整的操作表面等缺陷問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在空間隨意操作的二維無(wú)線鼠標(biāo)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種二維無(wú)線鼠標(biāo)，包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS陀螺儀和加速度傳感器、微控制器及無(wú)線射頻傳輸模塊，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，遠(yuǎn)端子系統(tǒng)采集的二維無(wú)線鼠標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)和加速度信號(hào)，經(jīng)微控制器的濾波處理后，由無(wú)線射頻傳輸模塊發(fā)送至主機(jī)端子系統(tǒng)，主機(jī)端子系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊將接收到的無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器對(duì)輸入信號(hào)按照鼠標(biāo)通訊協(xié)議進(jìn)行編碼處理，再通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接。
[0007]所述的MEMS陀螺儀為二維無(wú)線鼠標(biāo)的敏感元件，采集二維無(wú)線鼠標(biāo)在空間的自由轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)I/o傳送至微控制器。
[0008]所述的加速度傳感器采集二維無(wú)線鼠標(biāo)單擊、雙擊時(shí)的加速度值，通過(guò)I/O傳送至微控制器。
[0009]所述的無(wú)線射頻傳輸模塊采用跳頻方式擴(kuò)展頻譜。
[0010]所述的微控制器包括徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、EMD分解模塊、小波包分解模塊和S-G平滑濾波器。
[0011]所述的微控制器進(jìn)行濾波處理的過(guò)程包括如下步驟:
[0012]a)通過(guò)I/O接口獲取MEMS陀螺儀和加速度傳感器采集到的角速度和加速度信號(hào)并傳輸給RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
[0013]b)將經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)分析后的信號(hào)傳輸給EMD分解模塊；
[0014]c)將經(jīng)EMD分解模塊分解后的信號(hào)傳輸給小波包分解模塊；
[0015]d)將經(jīng)小波包分解模塊再分解后的信號(hào)傳輸給S-G平滑濾波器；
[0016]e)將經(jīng)S-G平滑濾波器進(jìn)行濾波去噪后的信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻傳輸模塊。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018]I)本發(fā)明以加速度傳感器的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵點(diǎn)擊功能，從而增加了無(wú)線鼠標(biāo)的靈敏度和擴(kuò)展性能；
[0019]2)本發(fā)明采用MEMS陀螺儀作為二維無(wú)線鼠標(biāo)的敏感器件，能不局限于光滑平整的操作表面，實(shí)現(xiàn)在空間隨意操作；
[0020]3)本發(fā)明將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波包分解技術(shù)以引入到EMD方法中，能準(zhǔn)確地反映出原信號(hào)的物理特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明提供的二維無(wú)線鼠標(biāo)的電路原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023]實(shí)施例
[0024]圖1為本發(fā)明提供的二維無(wú)線鼠標(biāo)的電路原理框圖，如圖1所示:本發(fā)明提供的二維無(wú)線鼠標(biāo)，包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS陀螺儀和加速度傳感器、微控制器及無(wú)線射頻傳輸模塊，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，遠(yuǎn)端子系統(tǒng)對(duì)二維無(wú)線鼠標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)和加速度信號(hào)的采集，信號(hào)的放大、濾波處理，微控制器對(duì)無(wú)線射頻傳輸?shù)目刂?，將濾波處理后的信號(hào)傳輸至主機(jī)端子系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊，主控制器對(duì)無(wú)線收發(fā)模塊的輸入信號(hào)按照鼠標(biāo)通訊協(xié)議進(jìn)行編碼處理，再通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接。
[0025]所述的MEMS陀螺儀為二維無(wú)線鼠標(biāo)的敏感元件，采集二維無(wú)線鼠標(biāo)在空間的自由轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)I/O傳送至微控制器。本實(shí)施例的MEMS陀螺儀采用ADXRS450芯片。
[0026]所述的加速度傳感器采集二維無(wú)線鼠標(biāo)單擊、雙擊時(shí)的加速度值，通過(guò)I/O傳送至微控制器。本實(shí)施例的加速度傳感器采用ADXL203芯片。
[0027]所述的微控制器包括徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、EMD分解模塊、小波包分解模塊和S-G平滑濾波器。
[0028]所述的微控制器進(jìn)行濾波處理的過(guò)程包括如下步驟:
[0029]a)通過(guò)I/O接口獲取MEMS陀螺儀和加速度傳感器采集到的角速度和加速度信號(hào)并傳輸給RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
[0030]b)將經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)分析后的信號(hào)傳輸給EMD分解模塊；
[0031]c)將經(jīng)EMD分解模塊分解后的信號(hào)傳輸給小波包分解模塊；
[0032]d)將經(jīng)小波包分解模塊再分解后的信號(hào)傳輸給S-G平滑濾波器；
[0033]e)將經(jīng)S-G平滑濾波器進(jìn)行濾波去噪后的信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻傳輸模塊。
[0034]1998年Norden E.Huang等人提出了一種適合于分析非平穩(wěn)與非線性信號(hào)的自適應(yīng)的分解方法:經(jīng)驗(yàn)?zāi)７纸?Empirical Mode Decomposit1n)EMD方法,該方法僅依據(jù)數(shù)據(jù)本身的信息進(jìn)行分解，在分辨率上能消除小波分析的模糊和不清晰，還能準(zhǔn)確地反映出原信號(hào)的物理特征。但在EMD方法多信號(hào)逐個(gè)分解并獲得MF分量的過(guò)程中，信號(hào)的上、下包絡(luò)在信號(hào)數(shù)據(jù)序列的兩端會(huì)不可避免地出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，并且這種發(fā)散的結(jié)果會(huì)隨著“篩分”過(guò)程的不斷進(jìn)行逐漸向內(nèi)“污染”整個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)序列，進(jìn)而使得分析結(jié)果嚴(yán)重失真。同時(shí)，EMD方法根據(jù)局部特征時(shí)間尺度將信號(hào)分解成包含從高頻到低頻的IMF分量。對(duì)于復(fù)雜的寬帶噪聲信號(hào)，首先分解的高頻MF分量往往包含過(guò)多的高頻頻率信號(hào)成分，對(duì)其直接濾波會(huì)影響濾波的性能。
[0035]針對(duì)EMD分析方法自身的缺陷——邊界效應(yīng)和高頻分辨率低，本發(fā)明采用徑向基函數(shù)(Radial basis funct1n, RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決EMD方法的邊界效應(yīng)問(wèn)題,利用其強(qiáng)大的模型辨識(shí)能力對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行建模預(yù)測(cè)和延拓。針對(duì)EMD分解中IMF包含過(guò)多高頻頻率信號(hào)成分的問(wèn)題，將小波包分解技術(shù)引入其中，對(duì)高頻頂F分量進(jìn)行小波包窄帶再分解。同時(shí)，結(jié)合S-G濾波器，提出了一種改進(jìn)EMD方法的混合信號(hào)分析策略，并利用其對(duì)加速度計(jì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理與分析，能最大程度的抑制噪聲，提高信號(hào)的信噪比，以獲得有用的信號(hào)。
[0036]微控制器首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行自學(xué)習(xí)逼近和辨識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原始信號(hào)的預(yù)測(cè)和延拓，再利用EMD方法對(duì)延拓信號(hào)進(jìn)行分解，分解之后利用小波分解技術(shù)對(duì)聞?lì)lIMF分量再進(jìn)一步分解來(lái)解決EMD分解后IMF分量中高頻成分多的問(wèn)題。最后利用S-G濾波器對(duì)分解得到的信號(hào)濾波處理得到濾波信號(hào)。濾波過(guò)程中采用EMD方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及S-G濾波組合起來(lái)，對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行處理，濾除噪聲和干擾信號(hào)，將這幾種理論方法組合起來(lái)的作用，是為了優(yōu)化濾波效果。例如EMD能處理非線性信號(hào)，適用于本發(fā)明的傳感器信號(hào)；而小波包分解在高頻信號(hào)處理方面有優(yōu)勢(shì)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則能解決邊界效應(yīng)問(wèn)題。
[0037]所述的無(wú)線射頻傳輸模塊使二維無(wú)線鼠標(biāo)擺脫了導(dǎo)線的冗余，并且采用的射頻收發(fā)器通過(guò)跳頻方式來(lái)擴(kuò)展頻譜，可大大提高其抗電磁干擾的能力，使得無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。
[0038]本實(shí)施例中的無(wú)線射頻傳輸模塊采用nRF24El芯片，該芯片在2.4GHz的ISM頻段工作，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbps，其有效數(shù)據(jù)傳輸距離超過(guò)10m，不受障礙物的影響。
[0039]與無(wú)線射頻傳輸模塊相對(duì)應(yīng)的，主機(jī)端子系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊選定Nordic公司生產(chǎn)的nRF24El芯片。nRF24El芯片適用于各種無(wú)線設(shè)備的短距離互連應(yīng)用場(chǎng)合，工作于ISM頻段，該芯片有125個(gè)頻點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信，同時(shí)可采用改頻和跳頻來(lái)避免干擾。采用GFSK調(diào)制模式提供傳輸速率
[0040]主控制器采用基于ARM操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打包、無(wú)線發(fā)送和接收、USB通訊等微控制器程序。在主控制器中，對(duì)接收到的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)及單擊、雙擊信號(hào)按照鼠標(biāo)通訊協(xié)議編碼處理，處理后的結(jié)果利用USB接口傳輸給主機(jī)以達(dá)到控制光標(biāo)的同步移動(dòng)。如，MEMS陀螺儀向右轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，則光標(biāo)向右移動(dòng)一定距離。
[0041]總之，本發(fā)明通過(guò)采用MEMS陀螺儀作為鼠標(biāo)的主要敏感元件，以陀螺儀的動(dòng)作來(lái)操縱屏幕光標(biāo)的移動(dòng)，即通過(guò)一個(gè)陀螺儀的空間動(dòng)作，來(lái)控制屏幕上光標(biāo)的上下、左右移動(dòng)。同時(shí)，用加速度傳感器來(lái)模擬按鍵的相關(guān)動(dòng)作，即以加速度傳感器的快速上下振動(dòng)，來(lái)模擬單擊，雙擊的按鍵，以加速度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)模擬滾輪的動(dòng)作。這種方式既區(qū)別于一般鼠標(biāo)的平動(dòng)模式，又增加了鼠標(biāo)的靈敏度，同時(shí)還擴(kuò)展了其使用范圍，使其不再局限于光滑平整的操作表面，而能夠在空間隨意操作。
[0042]最后有必要在此說(shuō)明的是:以上實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種二維無(wú)線鼠標(biāo)，其特征在于:包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS陀螺儀和加速度傳感器、微控制器及無(wú)線射頻傳輸模塊，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，遠(yuǎn)端子系統(tǒng)采集的二維無(wú)線鼠標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)和加速度信號(hào)，經(jīng)微控制器的濾波處理后，由無(wú)線射頻傳輸模塊發(fā)送至主機(jī)端子系統(tǒng)，主機(jī)端子系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊將接收到的無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器對(duì)輸入信號(hào)按照鼠標(biāo)通訊協(xié)議進(jìn)行編碼處理，再通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接。
2.如權(quán)利要求1所述的二維無(wú)線鼠標(biāo)，其特征在于:所述的MEMS陀螺儀為二維無(wú)線鼠標(biāo)的敏感元件，采集二維無(wú)線鼠標(biāo)在空間的自由轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)I/O傳送至微控制器。
3.如權(quán)利要求1所述的二維無(wú)線鼠標(biāo)，其特征在于:所述的加速度傳感器采集二維無(wú)線鼠標(biāo)單擊、雙擊時(shí)的加速度值，通過(guò)I/o傳送至微控制器。
4.如權(quán)利要求1所述的二維無(wú)線鼠標(biāo)，其特征在于:所述的無(wú)線射頻傳輸模塊采用跳頻方式擴(kuò)展頻譜。
5.如權(quán)利要求1所述的二維無(wú)線鼠標(biāo)，其特征在于:所述的微控制器包括徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、EMD分解模塊、小波包分解模塊和S-G平滑濾波器。
6.如權(quán)利要求5所述的二維無(wú)線鼠標(biāo)，其特征在于，所述的微控制器進(jìn)行濾波處理的過(guò)程包括如下步驟: a)通過(guò)I/O接口獲取MEMS陀螺儀和加速度傳感器采集到的角速度和加速度信號(hào)并傳輸給RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； b)將經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)分析后的信號(hào)傳輸給EMD分解模塊； c)將經(jīng)EMD分解模塊分解后的信號(hào)傳輸給小波包分解模塊； d)將經(jīng)小波包分解模塊再分解后的信號(hào)傳輸給S-G平滑濾波器； e)將經(jīng)S-G平滑濾波器進(jìn)行濾波去噪后的信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻傳輸模塊。
【文檔編號(hào)】G06F3/0354GK104267837SQ201410522951
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月4日
【發(fā)明者】黃文 , 錢莉 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)