一种二维无线鼠标的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种二维无线鼠标，其包括远端子系统和主机端子系统，所述的远端子系统包括MEMS陀螺仪和加速度传感器、微控制器及无线射频传输模块，所述的主机端子系统包括无线收发模块、主控制器和USB接口，远端子系统采集的二维无线鼠标转动信号和加速度信号，经微控制器的滤波处理后，由无线射频传输模块发送至主机端子系统，主机端子系统的无线收发模块将接收到的无线射频信号发送给主控制器，主控制器对输入信号按照鼠标通讯协议进行编码处理，再通过USB接口与主机进行连接。本发明的二维无线鼠标能够在空间随意操作，且具有高灵敏度和扩展性能。
【专利说明】一种二维无线鼠标
【技术领域】
[0001]本发明是涉及一种二维无线鼠标，属于计算机辅助设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]人在进行人机交互的过程中，对计算机的系统状态和运行过程中的理解，都是通过人机界面来实现的。无论是在笔记本电脑还是在台式机市场，鼠标是现今除键盘外最为流行的以点击和移动为主要输入模式的输入设备。
[0003]总之，现有的鼠标都是通过按钮方式来控制设备的输入和响应，存在反应时间慢、灵敏度不高及局限于光滑平整的操作表面等缺陷问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种能够在空间随意操作的二维无线鼠标。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种二维无线鼠标，包括远端子系统和主机端子系统，所述的远端子系统包括MEMS陀螺仪和加速度传感器、微控制器及无线射频传输模块，所述的主机端子系统包括无线收发模块、主控制器和USB接口，远端子系统采集的二维无线鼠标转动信号和加速度信号，经微控制器的滤波处理后，由无线射频传输模块发送至主机端子系统，主机端子系统的无线收发模块将接收到的无线射频信号发送给主控制器，主控制器对输入信号按照鼠标通讯协议进行编码处理，再通过USB接口与主机进行连接。
[0007]所述的MEMS陀螺仪为二维无线鼠标的敏感元件，采集二维无线鼠标在空间的自由转动信号，通过I/o传送至微控制器。
[0008]所述的加速度传感器采集二维无线鼠标单击、双击时的加速度值，通过I/O传送至微控制器。
[0009]所述的无线射频传输模块采用跳频方式扩展频谱。
[0010]所述的微控制器包括径向基函数(RBF)神经网络、EMD分解模块、小波包分解模块和S-G平滑滤波器。
[0011]所述的微控制器进行滤波处理的过程包括如下步骤:
[0012]a)通过I/O接口获取MEMS陀螺仪和加速度传感器采集到的角速度和加速度信号并传输给RBF神经网络；
[0013]b)将经RBF神经网络预测分析后的信号传输给EMD分解模块；
[0014]c)将经EMD分解模块分解后的信号传输给小波包分解模块；
[0015]d)将经小波包分解模块再分解后的信号传输给S-G平滑滤波器；
[0016]e)将经S-G平滑滤波器进行滤波去噪后的信号传输给无线射频传输模块。
[0017]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0018]I)本发明以加速度传感器的运动来实现按键点击功能，从而增加了无线鼠标的灵敏度和扩展性能；
[0019]2)本发明采用MEMS陀螺仪作为二维无线鼠标的敏感器件，能不局限于光滑平整的操作表面，实现在空间随意操作；
[0020]3)本发明将RBF神经网络、小波包分解技术以引入到EMD方法中，能准确地反映出原信号的物理特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明提供的二维无线鼠标的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
[0023]实施例
[0024]图1为本发明提供的二维无线鼠标的电路原理框图，如图1所示:本发明提供的二维无线鼠标，包括远端子系统和主机端子系统，所述的远端子系统包括MEMS陀螺仪和加速度传感器、微控制器及无线射频传输模块，所述的主机端子系统包括无线收发模块、主控制器和USB接口，远端子系统对二维无线鼠标转动信号和加速度信号的采集，信号的放大、滤波处理，微控制器对无线射频传输的控制，将滤波处理后的信号传输至主机端子系统的无线收发模块，主控制器对无线收发模块的输入信号按照鼠标通讯协议进行编码处理，再通过USB接口与主机进行连接。
[0025]所述的MEMS陀螺仪为二维无线鼠标的敏感元件，采集二维无线鼠标在空间的自由转动信号，通过I/O传送至微控制器。本实施例的MEMS陀螺仪采用ADXRS450芯片。
[0026]所述的加速度传感器采集二维无线鼠标单击、双击时的加速度值，通过I/O传送至微控制器。本实施例的加速度传感器采用ADXL203芯片。
[0027]所述的微控制器包括径向基函数(RBF)神经网络、EMD分解模块、小波包分解模块和S-G平滑滤波器。
[0028]所述的微控制器进行滤波处理的过程包括如下步骤:
[0029]a)通过I/O接口获取MEMS陀螺仪和加速度传感器采集到的角速度和加速度信号并传输给RBF神经网络；
[0030]b)将经RBF神经网络预测分析后的信号传输给EMD分解模块；
[0031]c)将经EMD分解模块分解后的信号传输给小波包分解模块；
[0032]d)将经小波包分解模块再分解后的信号传输给S-G平滑滤波器；
[0033]e)将经S-G平滑滤波器进行滤波去噪后的信号传输给无线射频传输模块。
[0034]1998年Norden E.Huang等人提出了一种适合于分析非平稳与非线性信号的自适应的分解方法:经验模分解(Empirical Mode Decomposit1n)EMD方法,该方法仅依据数据本身的信息进行分解，在分辨率上能消除小波分析的模糊和不清晰，还能准确地反映出原信号的物理特征。但在EMD方法多信号逐个分解并获得MF分量的过程中，信号的上、下包络在信号数据序列的两端会不可避免地出现发散现象，并且这种发散的结果会随着“筛分”过程的不断进行逐渐向内“污染”整个信号数据序列，进而使得分析结果严重失真。同时，EMD方法根据局部特征时间尺度将信号分解成包含从高频到低频的IMF分量。对于复杂的宽带噪声信号，首先分解的高频MF分量往往包含过多的高频频率信号成分，对其直接滤波会影响滤波的性能。
[0035]针对EMD分析方法自身的缺陷——边界效应和高频分辨率低，本发明采用径向基函数(Radial basis funct1n, RBF)神经网络解决EMD方法的边界效应问题,利用其强大的模型辨识能力对原始信号进行建模预测和延拓。针对EMD分解中IMF包含过多高频频率信号成分的问题，将小波包分解技术引入其中，对高频頂F分量进行小波包窄带再分解。同时，结合S-G滤波器，提出了一种改进EMD方法的混合信号分析策略，并利用其对加速度计信号进行滤波处理与分析，能最大程度的抑制噪声，提高信号的信噪比，以获得有用的信号。
[0036]微控制器首先对输入信号进行自学习逼近和辨识，从而实现对原始信号的预测和延拓，再利用EMD方法对延拓信号进行分解，分解之后利用小波分解技术对闻频IMF分量再进一步分解来解决EMD分解后IMF分量中高频成分多的问题。最后利用S-G滤波器对分解得到的信号滤波处理得到滤波信号。滤波过程中采用EMD方法、神经网络以及S-G滤波组合起来，对采样的信号进行处理，滤除噪声和干扰信号，将这几种理论方法组合起来的作用，是为了优化滤波效果。例如EMD能处理非线性信号，适用于本发明的传感器信号；而小波包分解在高频信号处理方面有优势，神经网络则能解决边界效应问题。
[0037]所述的无线射频传输模块使二维无线鼠标摆脱了导线的冗余，并且采用的射频收发器通过跳频方式来扩展频谱，可大大提高其抗电磁干扰的能力，使得无线数据传输更加可靠。
[0038]本实施例中的无线射频传输模块采用nRF24El芯片，该芯片在2.4GHz的ISM频段工作，抗干扰能力强，数据传输速率可达1Mbps，其有效数据传输距离超过10m，不受障碍物的影响。
[0039]与无线射频传输模块相对应的，主机端子系统的无线收发模块选定Nordic公司生产的nRF24El芯片。nRF24El芯片适用于各种无线设备的短距离互连应用场合，工作于ISM频段，该芯片有125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来避免干扰。采用GFSK调制模式提供传输速率
[0040]主控制器采用基于ARM操作系统，实现数据打包、无线发送和接收、USB通讯等微控制器程序。在主控制器中，对接收到的转动信号及单击、双击信号按照鼠标通讯协议编码处理，处理后的结果利用USB接口传输给主机以达到控制光标的同步移动。如，MEMS陀螺仪向右转动一定角度，则光标向右移动一定距离。
[0041]总之，本发明通过采用MEMS陀螺仪作为鼠标的主要敏感元件，以陀螺仪的动作来操纵屏幕光标的移动，即通过一个陀螺仪的空间动作，来控制屏幕上光标的上下、左右移动。同时，用加速度传感器来模拟按键的相关动作，即以加速度传感器的快速上下振动，来模拟单击，双击的按键，以加速度传感器的转动模拟滚轮的动作。这种方式既区别于一般鼠标的平动模式，又增加了鼠标的灵敏度，同时还扩展了其使用范围，使其不再局限于光滑平整的操作表面，而能够在空间随意操作。
[0042]最后有必要在此说明的是:以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种二维无线鼠标，其特征在于:包括远端子系统和主机端子系统，所述的远端子系统包括MEMS陀螺仪和加速度传感器、微控制器及无线射频传输模块，所述的主机端子系统包括无线收发模块、主控制器和USB接口，远端子系统采集的二维无线鼠标转动信号和加速度信号，经微控制器的滤波处理后，由无线射频传输模块发送至主机端子系统，主机端子系统的无线收发模块将接收到的无线射频信号发送给主控制器，主控制器对输入信号按照鼠标通讯协议进行编码处理，再通过USB接口与主机进行连接。
2.如权利要求1所述的二维无线鼠标，其特征在于:所述的MEMS陀螺仪为二维无线鼠标的敏感元件，采集二维无线鼠标在空间的自由转动信号，通过I/O传送至微控制器。
3.如权利要求1所述的二维无线鼠标，其特征在于:所述的加速度传感器采集二维无线鼠标单击、双击时的加速度值，通过I/o传送至微控制器。
4.如权利要求1所述的二维无线鼠标，其特征在于:所述的无线射频传输模块采用跳频方式扩展频谱。
5.如权利要求1所述的二维无线鼠标，其特征在于:所述的微控制器包括径向基函数(RBF)神经网络、EMD分解模块、小波包分解模块和S-G平滑滤波器。
6.如权利要求5所述的二维无线鼠标，其特征在于，所述的微控制器进行滤波处理的过程包括如下步骤: a)通过I/O接口获取MEMS陀螺仪和加速度传感器采集到的角速度和加速度信号并传输给RBF神经网络； b)将经RBF神经网络预测分析后的信号传输给EMD分解模块； c)将经EMD分解模块分解后的信号传输给小波包分解模块； d)将经小波包分解模块再分解后的信号传输给S-G平滑滤波器； e)将经S-G平滑滤波器进行滤波去噪后的信号传输给无线射频传输模块。
【文档编号】G06F3/0354GK104267837SQ201410522951
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月4日 优先权日:2014年10月4日
【发明者】黄文 , 钱莉 申请人:上海工程技术大学