一种定点姿态控制鼠标的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种定点姿态控制鼠标系统。

背景技术：

鼠标又称为MOUSE，港台叫作滑鼠，电子鼠等。第一个MOUSE是在1968年12月9日由美国斯坦福研究所(SRI)发明出来的，从此鼠标的使用使电脑的操作变的更为简单。

随着支持鼠标的操作平台的发展，鼠标有了很多的发展，演变出机械鼠标、光电鼠标等。光电式鼠标的优点是精度相对有所提高，但是它使用起来非常不便，特别是当底板磨损或丢失后，鼠标就无法使用。机械鼠标的缺点就是在鼠标使用一段时间后，一般都会出现光标移动缓慢、光标定位不准、鼠标移动时有疙疙瘩瘩的感觉，这是因为在接编码器的转轴上附有很多尘埃。

除了以上提到的现有鼠标的缺点外，现有鼠标还有一个致命缺陷，就是电脑的光标是随着实际鼠标的移动而移动的，因此鼠标必需占用大量的电脑桌面的面积才能正常工作，有的鼠标还必须提供一个鼠标垫才能精确操作。

这样苛刻的使用环境使得现有鼠标的使用非常不方便，好多时候无法正常使用，比如说在火车、飞机等无法提供鼠标移动桌面的地方使用鼠标。

为了解决以上鼠标使用中的问题，本领域技术人员亟需提供一种定点姿态控制鼠标系统，用于简化现有鼠标的复杂操作，以及缩小现有鼠标操作所需要占用的操作台面面积；

技术实现要素：

为了实现上述目的，本发明提供了一种定点姿态控制鼠标系统，简化了现有鼠标的复杂操作，以及缩小现有鼠标操作所需要占用的操作台面面积，可在电脑操作台面空间狭小以及操作台面环境不良的情况下使用该鼠标操作电脑，包括：

鼠标主体，用于与用户交互；

固定底座，所述固定底座的下表面与操作台面接触，固定所述定点姿态控制鼠标在操作台面上；

板间支撑点，所述板间支撑点连接所述固定底座的上表面与所述鼠标主体的下表面，所述鼠标主体可绕所述板间支撑点所在平面的X轴和Y轴方向自由转动；

多轴姿态检测芯片，设置于鼠标主体内，用于实时监测所述鼠标主体所处的姿态；

单片机，设置于鼠标主体内，用于采集所述多轴姿态监测芯片的姿态数据并转化为鼠标指针的运动向量，通过USB接口输出信号。

优选地，所述多轴姿态检测芯片实时监测所述鼠标主体的重力加速度在XYZ轴上的分量和角加速度在XYZ轴上的分量中的至少一项。

优选地，所述多轴姿态检测芯片为六轴姿态检测芯片。

优选地，所述多轴姿态检测芯片具有陀螺仪和加速度计，其中陀螺仪用于实时监测所述鼠标主体的角加速度在XYZ轴上的分量，加速度计用于实时监测所述鼠标主体的重力加速度在XYZ轴上的分量，并根据所述陀螺仪和所述加速度计的可靠性得到加权平均的姿态数据。

优选地，所述单片机将从所述多轴姿态检测芯片中采集到的数据通过卡尔曼滤波与四元数姿态解算得出欧拉角，通过XYZ轴的欧拉角的大小计算出鼠标指针的移动向量。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种电脑鼠标指针的控制方法，包括：

步骤S1：上电并初始化所述单片机和所述多轴姿态检测芯片；

步骤S2：完成初始化后，采集一次当前所述鼠标主体的姿态作为起始姿态；

步骤S3：通过所述多轴姿态检测芯片实时量测所述鼠标主体的姿态数据；

步骤S4：所述单片机采集多轴姿态检测芯片中的数据；

步骤S5：所述单片机将多轴姿态检测芯片中的数据转化为鼠标指针的运动向量，通过USB接口输出信号到电脑。

优选地，所述步骤S1中，所述多轴姿态检测芯片为六轴姿态检测芯片。

优选地，所述步骤S3中，所述多轴姿态检测芯片具有陀螺仪和加速度计，其中陀螺仪用于实时监测所述鼠标主体的角加速度在XYZ轴上的分量，加速度计用于实时监测所述鼠标主体的重力加速度在XYZ轴上的分量，并根据所述陀螺仪和所述加速度计的可靠性得到加权平均的姿态数据，其中，所述陀螺仪的加权比重为40％,所述加速度计的加权比重为60％。

优选地，所述步骤S5中，所述单片机将从所述多轴姿态检测芯片中采集到的数据通过卡尔曼滤波进行滤波处理，再将所述数据进行四元数姿态解算处理得到欧拉角。

优选地，所述步骤S4中，所述单片机每隔4毫秒采集一次所述多轴姿态检测芯片中的数据

从上述技术方案可以看出，本专利提供了一种定点姿态控制鼠标系统，相对操作台面水平方向不动，通过改变鼠标主体的姿态便可以控制鼠标指针的位置，很好的解决了现有鼠标的各种弊端，大大缩小了因为操作鼠标所要占用的操作台面面积，以及很大程度上减小了使用鼠标对操作台面环境的苛刻要求，同时也极大的提高了鼠标操作的精度与灵敏度。

附图说明

图1为本发明定点姿态控制鼠标的结构示意图

图2为本发明定点姿态控制鼠标的硬件电路系统方块图

图3为本发明定点姿态控制鼠标的系统工作流程图

具体实施方式

体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。

以下结合附图1-3，通过具体实施例对本发明的定点姿态控制鼠标作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。

本实施案例的定点姿态控制鼠标系统，通过改变鼠标主体的姿态控制电脑光标的移动。下面通过定点姿态控制鼠标的机械结构方面和硬件电路系统方面对本发明实施例做出进一步的说明。

机械结构方面请参阅图1，图1为依照本发明中定点姿态控制鼠标的结构示意图，包括：

鼠标主体，用于与用户交互。鼠标主体上具有现有技术中的鼠标与用户交互的常见按键和滚轮等，在此不做限制。

固定底座，所述固定底座的下表面与操作台面接触，固定所述定点姿态控制鼠标在操作台面上。其中固定底座的下表面，也就是与操作台面接触的一面由摩擦系数较大的材料构成，例如仿皮塑料，增大该鼠标与操作台面的摩擦力，避免鼠标与操作台面的相对滑动。

板间支撑点，所述板间支撑点连接所述固定底座的上表面与所述鼠标主体的下表面，所述鼠标主体可绕所述板间支撑点所在平面的X轴和Y轴方向自由转动。

硬件电路系统方面请参阅图2，图2为本发明的硬件电路系统方块图，包括：

多轴姿态检测芯片，用于实时监测所述鼠标主体所处的姿态。本实施例中的多轴姿态检测芯片使用的是MPU6050六轴姿态检测芯片，用于量测鼠标主体的姿态数据；并且将所量测的姿态数据发送给处理器(单片机)。该多轴姿态检测芯片实时监测所述鼠标主体的重力加速度在XYZ轴上的分量和角加速度在XYZ轴上的分量中的至少一项。本实施例中的六轴姿态检测芯片具有陀螺仪和加速度计，其中陀螺仪用于实时监测所述鼠标主体的角加速度在XYZ轴上的分量，加速度计用于实时监测所述鼠标主体的重力加速度在XYZ轴上的分量。其中陀螺仪的数据在短时间内是比较稳定的，但随外界环境的变化较大，特别是对温度非常敏感，长时间使用时，数据的可靠性得不到保证。加速度计对环境的变化不敏感，可以在长时间内保持相对的稳定性，但加速度计受振动的影响比较大，也就是短时间内可能会产生很多不稳定因素，所以结合两个姿态传感器的数据就可以合成一个比较稳定的角度数据。通过计算陀螺仪数据和加速度计的数据的协方差，得到两个数据在同一时间的可靠程度，按照可靠程度去取两个数据的百分比。通过实验测算，陀螺仪数据占的百分比为40％，加速度计占的百分比为60％为最佳的加权比重。例如，陀螺仪数据为40，加速度计数据为60，则陀螺仪数据占的百分比为40％，加速度计占的百分比为60％，陀螺仪数据40*40％+加速度计数据60*60％，最终融合成一个相对可靠的角度数据，该角度数据作为姿态数据发送给处理器。姿态数据包括角度数据和方向数据等。其中，该加权平均的角度姿态数据可由多轴姿态检测芯片或单片机计算，也可以引入其他微处理器进行，在此不做限制。

单片机(MCU)，用于采集多轴姿态检测芯片(MPU6050六轴姿态检测芯片)的姿态数据并转化为鼠标指针的运动向量，通过USB接口输出信号。本实施案例中，单片机可采用的型号为32位STM32F103ZET6，该单片机将从所述多轴姿态检测芯片中采集到的数据通过卡尔曼滤波进行滤波处理，再将所述数据进行了四元数姿态解算，融合重力加速度数据和角加速度，得到了相对可靠的欧拉角数据。最后，单片机将得到的欧拉角通过规定好的协议转化为USB接口上的数据；

USB接口，该物理接口与单片机的USB接口通过VBUS，D+,D-,GND相连接，单片机运算得到的欧拉角数据传输到该接口上，该USB接口将鼠标的相关数据传送到电脑；

电源管理模块，用于给整个鼠标系统提供电源。该鼠标系统的电源来自于USB接口上电源。

其中，多轴姿态检测芯片(MPU6050六轴姿态检测芯片)通过I2C接口(包括SCL时钟线和SDA数据线)与单片机连接，并且与单片机采用相同的电源供电。

图3为本发明的定点姿态控制鼠标系统的工作流程图，参阅图3，包括：

步骤S1：上电并初始化所述单片机和所述多轴姿态检测芯片；

步骤S2：完成初始化后，采集一次当前所述鼠标主体的姿态作为起始姿态(即参考姿态)；

步骤S3：通过所述多轴姿态检测芯片实时量测所述鼠标主体的姿态数据；

步骤S4：所述单片机采集多轴姿态检测芯片中的数据；

步骤S5：所述单片机将多轴姿态检测芯片中的数据转化为鼠标指针的运动向量(即鼠标指针移动的方向与速度)，通过USB接口输出信号到电脑。

在本实施例中，具体的，在步骤S1中，所述多轴姿态检测芯片为六轴姿态检测芯片(MPU6050六轴姿态检测芯片)。在步骤S3中，所述多轴姿态检测芯片具有陀螺仪和加速度计，其中陀螺仪用于实时监测所述鼠标主体的角加速度在XYZ轴上的分量，加速度计用于实时监测所述鼠标主体的重力加速度在XYZ轴上的分量，并根据所述陀螺仪和所述加速度计的可靠性得到加权平均的姿态数据，其中，所述陀螺仪的加权比重为40％,所述加速度计的加权比重为60％。在步骤S4中，单片机每隔4毫秒采集一次多轴姿态检测芯片中的数据，所述单片机通过I2C接口协议采集MPU6050六轴姿态检测芯片中的数据。步骤S5中，单片机先初始化USB硬件模块(USB2.0)，再将四元数姿态解算得到的欧拉角按照规定好的通讯时序通过自带的USB接口发送出去。步骤S5之后，还包括：鼠标的单片机与电脑的USB握手信号处理以及建立正常通讯的步骤。

本实施例很好的解决了现有鼠标的各种弊端，大大缩小了因为操作鼠标所要占用的操作台面面积，以及很大程度上减小了使用鼠标对操作台面环境的苛刻要求。同时也极大的提高了鼠标操作的精度与灵敏度。

以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。