专利名称：一种适用于移动终端的无线微型指环鼠标的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动终端鼠标，尤指通过无线传输方式，利用手指倾斜角度和 方向的变化来控制光标移动，可通用于任何具有对外数据接口的移动终端，体积微小， 佩带于手指之上的无线微型指环鼠标。
背景技术：
移动终端通常指的是可移动的便携式终端设备，包括智能手机、MP3/MP4播 放器、掌上游戏机(PSP)、掌上电脑(PDA)、平板电脑等。目前，移动终端上普逼使用 键盘、滚轮或触摸方式在屏幕上移动鼠标指针，为移动终端配备专门鼠标在市场上还没 有出现。随着网络通信和电子科技的飞速发展，移动终端的功能已经越来越多样化，有 的移动终端已经集成了摄像头、投影仪等更丰富的功能，并提供多种外围设备接口(如 USB)。随着移动终端的功能性飞速增强，其未来的应用范围将会急剧扩张到更多的行业 和领域，仅靠按键和触摸屏不能满足应用，需要光标移动的需求将越来越大，因此，为 移动终端配备一个小巧、灵活、便于使用的鼠标是非常有必要的。
公知的鼠标是为个人电脑设计的，分为有线和无线两种。无线鼠标虽然摆脱了 传输线的限制，但仍然存在的问题是采用光学原理，使用时需要寻找一块固定平坦的 地方来放置和移动鼠标，当空间有限或放置区域不平整时，鼠标的使用不方便，且影响 光标定位；体积较大，重量较重，不宜携带。还有一种不常见的无线鼠标，采用触摸 板方式，通过手指在触摸板上移动的方式实现鼠标指针移动。基于以上两种方式，也有 可佩戴于手指上的无线鼠标，由于其实现原理与传统鼠标一致，因此仍未摆脱传统鼠标 的问题采用光学原理的手指鼠标使用时仍需要一块固定平坦的地方来放置和移动，采 用触摸板方式的手指鼠标需要在极小范围的触摸板上通过触摸实现光标的移动，不易使 用，且体积仍然较大，没有得到广泛推广。
另外，在个人电脑的无线鼠标中，除以上所述的光电鼠标、触摸鼠标两种之 外，还有一种利用三轴动作传感器的鼠标，其基本原理是利用三轴动作传感器采集动作 信息，转换为位移信息，计算光标移动，具体来讲，如将其佩带于手指上，是采集动态 加速度信息记录手指在某个方向上移动产生的加速度。但是，由移动产生的加速度信息 不够精确，这是因为手指移动的瞬时加速度较大，而在移动过程中速度平缓，加速度信 息很小，光标的移动不够精确。发明内容
为了配合移动终端的便携、灵活特性，克服现有鼠标的以上不足，本发明提供 一种无线微型指环鼠标，该鼠标采用无线方式与移动终端通信，将微型指环佩戴于手指 上，通过倾斜手指，改变手指的倾斜方向和角度，不借助任何物体表面，也无需借助触 摸板，就能控制光标移动。使用过程具体来讲，改变手指的倾斜方向控制光标的移动方 向，改变手指的倾斜角度控制光标的移动速度；所述手指倾斜方向分为前后和左右四个方向，分别对应控制移动终端屏幕上光标的前后左右四个移动方向；所述手指倾斜角度 为在前述四个倾斜方向上倾斜幅度的大小，控制光标在对应方向上移动的速度。
该鼠标在外形结构上包括两个分离的部分，即带在手指上的佩戴终端和插在 移动终端数据接口上的适配器。佩带终端和适配器之间采用无线通信方式，佩带终端与 适配器间的信息传送是双向的，包括两部分，分别为由佩戴终端发送至适配器的光标位 移信息、按键和滚轮信息，以及由适配器发送至佩戴终端的移动终端键盘输入信息。
佩戴终端包括一条可调节长短的佩带和一个纽扣式主体，其中可调节长短的佩 带位于纽扣式主体的下方，与纽扣式主体连为一体，用于将此佩戴终端固定于手指上； 纽扣式主体内部放置微型电池，安装三轴动作传感器、控制电路、佩戴终端天线；纽扣 式主体外壳上嵌入滚轮、按键和左右两个指示灯，滚轮和按键并列位于纽扣式主体的侧 面，指示灯位于纽扣式主体的上表面。适配器包括对应移动终端的接口及主体部分，主 体部分内部安装控制电路、适配器天线。
佩戴终端的控制电路分为主控制模块、感应模块、I/O模块、射频模块。主控 制模块与各模块相连，协调控制各部分有序工作；感应模块与三轴动作传感器相连，对 三轴动作传感器的输出进行采样，并将采样数据送至主控制模块；I/O模块与按键、滚 轮、指示灯相连，当有键按下或滚轮滚动时，唤醒主控制模块对按键动作进行处理，并 根据当前状态控制指示灯的显示；射频模块与佩戴终端天线相连，一方面将主控制模块 传来的数据打包，通过佩戴终端天线将其发送出去，另一方面接收从适配器发送过来的 移动终端工作状态数据包，并根据移动终端工作状态控制佩戴终端的工作和休眠状态。
适配器的控制电路分为控制模块、射频模块、接口模块。控制模块分别与接口 模块和射频模块相连，协调控制各部分有序工作；射频模块与适配器天线连接，接收佩 戴终端发送过来的数据，再将数据交给控制模块；控制模块对数据进行处理，将其转化 为光标的移动信息，交给接口模块；接口模块与对应移动终端的接口相连，通过接口将 处理结果输入移动终端，控制光标移动；同时，适配器的控制模块通过接口模块检测移 动终端的实时工作状态，将不同的工作状态打包为不同的数据包，交给射频模块，通过 天线将其发送至佩戴终端，控制佩戴终端的工作和休眠状态。
该鼠标的动作感知原理为佩带终端内置三轴动作传感器，其输出有三组模拟 信号，分别是相对于传感芯片正面水平放置情况的x(左右)、Y(前后)、Z(上下)轴 的实时加速度信息；该鼠标将所述实时加速度信息区分为两个不同部分由移动造成的 动态加速度和由倾斜造成的静态加速度；所述两种加速度信息的区别在于动态加速度 信息由佩戴鼠标手指在某个方向上的平行移动产生，能够记录手指平行移动的方向和速 度变化；静态加速度信息由佩戴鼠标手指的倾斜产生，能够记录手指在原来位置上的倾 斜方向和倾斜角度。
该鼠标的动作感知算法为滤除芯片X、Y、Z轴上的动态加速度，仅以静态加 速度为输入，将静态加速度信息转化为控制光标移动的位移信息。通过静态加速度信息 来感知手指倾斜角度和方向的变化，继而通过固化在鼠标内部的非线性转换算法，映射 为鼠标指针的移动，所述非线性转换算法基于加速度与位移的转换公式，实现加速度到 位移的非线性转换。由静态加速度至光标位移信息的具体操作方法为将重力加速度分 解为在芯片X、Y、Z轴上的分量，将芯片X轴映射为光标移动的X轴，将芯片Y轴映射为光标移动的Y轴，不计芯片Z轴，仅通过芯片X、Y轴的分量来计算光标在屏幕X、 Y轴上的位移信息。
该鼠标在通过手指倾斜控制光标移动的操作过程中，也可能出现手指平移的情 况。为避免手指平移对光标移动造成的影响，在佩戴终端的控制模块中设计一个动态 加速度信息的滤除方法，设定一个判定准则，过滤掉动态加速度信息。判决条件为^Ja2x+a2y+a2z ，其中，知为芯片X轴上的实时加速度，Oy为芯片Y轴上的实时加速度，I为芯片Z轴上的实时加速度，g为常规的重力加速度，正常情况下其值为9.8。若^a2x+a2y+a] >g，则至少在芯片三轴方向之一含有动态加速度信息，则佩戴终端的控制模块将信息滤除；若於 2 =g，则佩戴终端的主控制模块对\和 进行采样，通过非线性转换算法，基于加速度与位移的转换公式，实现加速度信息到位移信息 的非线性转换。
该鼠标的佩戴终端佩戴于手指之上，可能会出现以下问题无需移动光标的时 候，由于手指的自然活动，可能导致光标在屏幕上无意识移动。为了避免光标失控，该 鼠标具有开启/休眠机制，分别为两个独立操作的机制，功能上互为补充，达到光标可 控、且节约电池能量的目标。
机制一以佩带终端的按键为启动/休眠机制的开关，以长按动作为触发动 作，将佩戴终端的射频模块在开启/休眠状态中进行切换。通过启动/休眠机制，控制 佩戴终端的状态，保证该鼠标在使用过程中的易用性。上述机制具体描述为在佩戴终 端正常工作的状态下，通过长按按键，佩戴终端进入休眠状态，手指的活动不再对光标 移动造成影响；在佩带终端休眠状态下，长按按键，佩戴终端进入正常工作状态，手指 的倾斜映射为光标移动，同时按键的短按、滚轮滚动都可正常工作。实现过程为佩戴 终端的主控制模块通过I/O模块检测到按键的长按状态，再检测实时的射频模块状态， 若射频模块处于开启状态，则关闭射频模块，使鼠标休眠；若射频模块处于关闭状态， 则开启射频模块，使鼠标开启。
机制二 在佩戴终端正常工作的状态下，如果移动终端需要通过自身按键或者 键盘键入信息，那么这种情况下光标的移动会造成信息输入的不便。以移动终端的键盘 输入状态为开关，有键盘输入为触发动作，将佩戴终端的射频模块置于休眠状态，则移 动终端的光标停止移动。实现过程为适配器的控制模块通过接口模块监测移动终端的 键盘输入状态，若检测有信息输入，则控制模块生成休眠信息由射频模块发送至佩戴终 端，佩带终端的主控制模块关闭射频模块，使鼠标休眠。
该鼠标的有益效果是为移动终端配备微型的鼠标设备，增加移动终端使用的 便利性。摆脱了传统鼠标对空间和介质的要求，通过在空中倾斜手指、不借助任何物体 表面就能控制光标移动，灵活性很高。在拇指和食指间操作，使用时只需倾斜手指就能 控制鼠标指针移动，简单易操作。
下面结合附图和实施例对该鼠标进一步说明。5
图1为无线微型指环鼠标的系统组成框图。
图2为无线微型指环鼠标的结构示意图。
图3为无线微型指环鼠标的佩戴终端倾斜方向示意图。
图4为无线微型指环鼠标启动/休眠机制佩戴终端的状态示意图。
图5为无线微型指环鼠标启动/休眠机制适配器的状态示意图。
图6为静态加速度信息转位移的非线性转换算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对该鼠标作进一步描述
参照图1和图2，该鼠标包括带在手指上的佩戴终端(19)和插在移动终端 (21)上的适配器00)两部分。佩戴终端(19)包括纽扣式主体0 和可调节长短的佩 带(23)，其中纽扣式主体内部安装三轴动作传感器(1)、控制电路(7)、佩戴终端天线 (2)；纽扣式主体外壳上嵌入滚轮G)、按键(3)、左指示灯( 和右指示灯(6)，滚轮 (4)和左键(3)并列位于纽扣式主体02)侧面，左指示灯(5)和右指示灯(6)位于纽扣 式主体0 的上表面。控制电路(7)包括感应子模块(8)、射频子模块(9)、I/O子模 块(10)和主控制模块(11)；适配器OO)包括适配器天线(1 、控制电路(1 和与移动 终端的接口(14)。适配器OO)和佩戴终端(19)之间的双向折线箭头(18)表示适配器 (20)和佩戴终端(19)之间进行双向信息传送。适配器的控制模块(1 通过与移动终端 的接口(14)检测移动终端的工作状态(如键盘输入状态)，并将检测到的状态信息打包， 通过适配器天线(1 发送至佩戴终端(19)，控制佩戴终端(19)的工作状态。佩戴终端 (19)检测手指倾斜信息及鼠标按键状态信息，并将其打包发送至适配器OO)，通过适配 器OO)转发至移动终端，控制光标移动。当适配器OO)的控制模块(1 检测到移动终 端有按键信息输入时，适配器OO)将该检测信息打包，并通过适配器天线(12)发送至佩 戴终端(19)，佩戴终端(19)的主控制模块(11)将射频模块(9)置于休眠状态；佩戴终 端(19)通过佩戴终端天线(2)将生成的鼠标移动控制信息发送至适配器00)，控制光标 移动。
参照图3佩戴终端倾斜方向示意图，通过可调节长度的佩带将佩戴终端固定于 右手食指，图中X、Y、Z轴是相对于芯片水平正面放置的，其中Y轴为佩戴时手指进入 指环扣的方向。X轴与Y轴垂直，当手指绕Y轴倾斜时，重力加速度在X轴上的分量发 生变化，由固化在鼠标内部的非线性转换算法将静态加速度转化为位移信息，控制屏幕 上的光标左右移动；绕Y轴向X轴的正方向旋转时，光标向左移动，向X轴的负方向旋 转时，光标向右移动。同理，当手指绕X轴旋转时，重力加速度在Y轴上的分量发生变 化，向Y轴的正方向旋转时，光标向上移动，向Y轴的负方向旋转时，光标向下移动。 并且，在某一方向上倾斜的幅度越大，此方向的静态加速度的绝对值就越大，通过非线 性转换算法转换所得的位移就越大，屏幕上的光标移动速度越快。
参照图4，佩带终端启动/休眠机制佩戴终端的状态转换如下
该鼠标的佩带终端的主控制模块实时监测射频模块的工作状态，射频模块若处 于关闭状态，
i)当I/O模块(10)检测到滚轮滚动及按键短按时，主控制模块(11)不做出任何反应。
ii)当I/O模块(10)检测到按键长按，主控制模块(11)则唤醒射频模块(9)，进 入开启状态。
该鼠标的佩带终端的主控制模块实时监测射频模块的工作状态，射频模块若处 于开启状态，
i)主控制模块(11)则开始监测三轴动作传感器(1)的输出，首先产生时钟信号 开始计时，以固定的采样间隔时间控制感应模块(8)分别对重力加速度信息在三轴动作 传感器(1)X、Y轴方向上的分量输出进行连续采样，每次采样结束后，主控制模块将采 样的结果传送至射频模块(9)。射频模块(9)将此次采样数据加上包头、包尾，通过佩戴 终端天线( 将数据包发送到该鼠标的适配器00)。适配器天线(1 接收到数据包后， 将其传送到控制模块(1 。控制模块(1 首先将数据包的包头和包尾去掉，提取采样数 据，根据加速度计算出光标位移，并将此位移通过与移动终端的接口(14)传送到移动终 端01)，控制光标移动。
)当I/O模块(10)检测到滚轮滚动时，主控制模块(11)发送滚动表示符及滚 动的方向速度信息至射频模块(9)，由射频模块(9)将滚动表示符发送到该鼠标的适配器 (20),由适配器的控制模块(16)将其转换成移动终端可识别的滚动表示，传送到移 动终端01)，实现页面的滚动操作。
iii)当I/O模块(10)检测到按键短按，类似滚动处理流程，发送单击表示符至射 频模块(9)，由射频模块(9)将单击表示符发送到该鼠标的适配器OO)，由适配器的控制 模块(16)将其转换成移动终端可识别的单击表示，传送到移动终端，实现光标 位置上的单击操作。
iv)当I/O模块(10)检测到按键按下后，如果是长按，关闭佩戴终端的射频模块 (9)，佩戴终端进入休眠状态。
参照图5，佩带终端启动/休眠机制适配器的状态转换如下适配器OO)的接 口模块(1 通过与移动终端的接口(14)监测移动终端的键盘状态，当监测到有键 盘录入的时候，接口模块(1 发送该信息至控制模块(16)，控制模块(16)生成休眠表 示符由射频模块(17)经适配器天线(12)发送至佩带终端(19)，佩戴终端的射频模块(9) 进入休眠状态；若监测没有键盘录入的时候，返回监测状态，继续监测。
参照图6，图中平面为移动终端屏幕上光标移动平面，图中的上下左右标识为光 标移动的四个方向。通过非线性转换算法，将三轴动作传感器感知的静态加速度转换为 在屏幕X、Y轴方向上的位移信息，控制光标移动。
三轴动作传感器感知的静态加速度由佩戴鼠标手指的倾斜产生，倾斜的角度和 方向对应控制感知的静态加速度的大小和方向。手指的倾斜分为前后左右四个方向，分 别一一对应控制光标的上下左右四个移动方向。鼠标指针移动的左右方向为X轴方向， 其中右为正方向，上下方向为Y轴方向，其中上为正方向。当手指左右倾斜时，产生X 轴正负方向的加速度，当手指前后倾斜时，产生Y轴正负方向的加速度。在固定方向上 倾斜的幅度越大，感知的静态加速度的绝对值就越大，鼠标在该方向上的移动速度也就 越大。
固化在鼠标内部的非线性转换算法基于加速度与位移的转换公式，实现加速度7到位移的非线性转换，具体实现为如下以鼠标开始移动的时刻为零时刻，假设零时刻 Ttl = 0鼠标在X、Y轴的移动速度和位移均为零，At为采样间隔，Tc^ T1-Tn-^ 二为 采样时刻，％、ν··νι、ι为每个采样时刻的加速度。依据加速度计算Tn时刻的速度和位移的公式为^ = 1^,0^=1^ + 1^^^2，运用迭代算法可计算出Tn时刻无线鼠标在X、Y轴方向上的速度\ 和"》^以及Tn_jljTn时间内无线鼠标在X、Y轴方向上的移动距离Δ Sxn和Δ Syn，将此位移映射到屏幕上鼠标指针的位移，便可得知Tn时刻 鼠标指针的位置，从而得知鼠标指针的移动轨迹。
以上所述，仅为本发明的优选实例而已，非因此即局限本发明的权利范围，凡 运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均理同包含于本发明的权利要求范围 内。
权利要求
1.一种适用于移动终端的无线微型指环鼠标，其特征是所述鼠标为两个分离的部 分，分别为带在手指上的佩戴终端及插在移动终端上的适配器，所述佩戴终端包括一个 纽扣式主体和一个可调节长短的佩带，所述佩带位于纽扣式主体的下方，与纽扣式主体 连为一体，用于将佩戴终端环绕于手指上；所述纽扣式主体外壳上嵌入一个按键、一个 滚轮、两个指示灯，按键和滚轮并列位于纽扣式主体侧面，指示灯位于纽扣式主体的上 表面；所述纽扣式主体包括微型电池、三轴动作传感器、控制电路、佩戴终端天线；所 述适配器与移动终端的连接通过数据接口实现，包括一个对应移动终端的接口及一个主 体部分，主体部分包括控制电路、适配器天线；所述鼠标采用无线传输方式，将微型 指环佩戴于手指上，通过倾斜手指控制光标移动，由手指的倾斜方向控制光标的移动方 向，由手指的倾斜角度控制光标的移动速度；所述手指倾斜方向分为前后左右四个方 向，分别对应控制光标的前后左右四个移动方向；所述手指倾斜角度为在前述四个倾斜 方向上倾斜幅度的大小，控制光标在对应方向上移动的速度。
2.如权利要求1所述的无线微型指环鼠标，通过内置三轴动作传感器感知手指的动 作，映射为光标的移动，所述三轴为相对于传感芯片正面水平放置情况的X、Y、Z轴 方向，其特征在于所述鼠标将动作传感器输出的三轴实时加速度信息区分为由移动造 成的动态加速度信息和由倾斜造成的静态加速度信息；滤除由移动造成的动态加速度信 息，仅以静态加速度信息为输入确定手指倾斜角度和方向的变化，将静态加速度信息转 化为光标移动的位移信息；由静态加速度信息转化为光标位移信息的具体方法为将该 鼠标重力加速度分解为在芯片X、Y、Z轴上的分量，将芯片X轴映射为光标在屏幕上移动的X轴，将芯片Y轴映射为光标在屏幕上移动的Y轴；^O1x+a]+a] >芗，其为芯片X轴上的实时加速度，Oy为芯片Y轴上的实时加速度，az为芯片Z轴上的实时加 速度，g为常规的重力加速度，则至少在芯片三轴方向之一含有动态加速度信息，则佩戴终端的控制模块将信息滤除；若如 2 =@，则佩戴终端的主控制模块对\和 进行采样，通过非线性转换算法，基于加速度与位移的转换公式，实现加速度信息到位移 信息的非线性转换。
3.如权利要求1所述的无线微型指环鼠标，具有开启/休眠机制，其特征是以佩带 终端的按键为启动/休眠机制的开关，以长按动作为触发动作，将佩戴终端的射频模块 在开启/休眠状态中进行切换，当佩戴终端的主控制模块通过I/O模块检测到按键的长按 状态时，再检测实时的射频模块状态，若射频模块处于开启状态，则关闭射频模块，使 鼠标休眠；若射频模块处于关闭状态，则开启射频模块，使鼠标开启；或以移动终端的 键盘输入状态为开关，以键盘输入为触发动作，适配器的控制模块通过接口模块监测移 动终端的键盘输入状态，若检测有键盘输入，则控制模块生成休眠信息由射频模块发送 至佩戴终端，佩带终端的主控制模块关闭射频模块，使鼠标休眠。
全文摘要
一种适用于移动终端的无线微型指环鼠标，体积微小，无线传输，利用手指倾斜角度和方向的变化来控制光标移动，可通用于任何具有对外数据接口的移动终端。该鼠标包括带在手指上的佩戴终端和插在移动终端数据接口上的适配器两部分，佩戴终端内置三轴动作传感器。该鼠标将三轴动作传感器输出的三轴实时加速度信息区分为由移动造成的动态加速度信息和由倾斜造成的静态加速度信息，滤除由移动造成的动态加速度信息，仅以静态加速度信息为输入确定手指倾斜角度和方向的变化，通过非线性转换算法，基于加速度与位移的转换公式，实现加速度信息到位移信息的非线性转换。
文档编号G06F3/033GK102023731SQ201010624289
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者刘元安, 吴帆, 唐碧华, 安静怡, 李娜, 杨洋, 胡鹤飞, 范文浩, 袁东明, 黎淑兰 申请人:北京邮电大学