基于mems加速度传感器的多功能穿戴式人机交互输入设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于计算机人机交互输入接口领域，其特征是:具有鼠标、手柄、四向滚轮、自定义键盘多种PC外设的控制功能，提供用户一种全新的交互模式。
【背景技术】
[0002]近年来，平板移动设备、三维浏览器、数字化机顶盒的流行，使得传统的机械式、光电式、激光式鼠标已满足不了飞速发展的电子产品的需要。传统的鼠标必须依靠相对平整的桌面才能正常使用，缺点是限制了使用者的范围，长时间使用还会造成手部关节的肿胀甚至“鼠标手”。人们更愿意脱离桌面，利用手部姿势与计算机、平板、导航仪或者其他智能设备进行交互。人手可以自由的在三维空间移动、旋转、摆手势，操控电脑变得更加生动形象舒适。
[0003]鉴于此，专利公开号202838201公开了一种《基于重力加速度传感器实现运动传感的空中鼠标》。该设计通过手持端的加速度传感器探测重力加速度信息，再由数据处理电路处理信息后经无线模块发送至计算机无线接收端，结合按键的操作驱动计算机光标，比如鼠标左右键、屏幕局部放大。但此设计的缺点是显而易见的，首先功能比较单一且不易拓展，其次硬件设计复杂成本高，再者获取的信息经无线模块发送后再驱动光标则抖动大不易控制。
【发明内容】
[0004]针对专利公开号202838201设计的缺点，软件上采用图形化虚拟仪器编程软件LabVIEff (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)，设计鼠标、手柄、四向滚轮以及自定义键盘的模拟控制算法，硬件上采用MEMS (Micro-Electro-MechanicalSystem)加速度传感器和CC2540低功耗蓝牙系统采集并发送加速度信息，实现多功能可切换的人机交互输入设备。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案具体如下:
[0006]设计采用MMA7361加速度传感器感应手掌在X轴、Y轴方向上的加速度，再将加速度传感器输出的模拟信号处理转换成用户手掌的倾角姿态、转动角速度、转动加速度等运动状态参数，根据操作者选择的功能模式(鼠标、手柄、四向滚轮以及自定义键盘)动态调用相应的控制算法对手势运动进行分析处理，实现不同的输入设备功能。
[0007]本设计分为两个部分，手持端硬件的设计和PC端软件的设计。
[0008]手持端硬件主要由MMA7361传感器模块、按键组、指示灯、CC2540低功耗蓝牙系统以及锂电池组成。它被设计成手环的形式，其中传感器、处理器、蓝牙、指示灯、锂电池集成在一个微型PCB板上，安置于手环的最上方，佩戴时与食指所在直线垂直。按键组安置于手环的左侧，佩戴时贴于手掌心，四指弯曲正好可以操作按键。其中按键组由两组按键组成，I组按键有三个按键，对应鼠标、手柄、滚轮这三个功能模式；11组按键有两个按键，为辅助按键，比如设备工作于鼠标模式时，对应于鼠标的左右按键功能。
[0009]CC2540低功耗蓝牙系统的两路AD端口分别连接MMA7361传感器模块的X轴、Y轴模拟电压输出端，五路1端口连接五个按键。设计的两个微型LED指示灯分别用作电源指示和通讯指示，锂电池用于系统供电。
[0010]实际工作时，操作者的右手(或左手)手掌所在平面，既要垂直于电脑屏幕又要垂直于桌面，也即MMA7361加速度传感器的X轴平行于屏幕，Y轴垂直于屏幕。操作者的手掌向左偏转、向右偏转、向上偏转、向下偏转正好对应于屏幕光标向左、向右、向上、向下移动。
[0011]PC端软件采用图形化虚拟仪器编程软件LabVIEW进行编程，整个程序采用多线程编程的方式，结合事件结构、消息处理、队列与通知技术以及生产者消费者模式，搭建程序框架。首先由蓝牙数据采集程序接收手持端发送来的数据包，经过信号处理，将X轴Y轴的电压值转换成相应的角度、角速度等信息。再根据用户按键选择的工作模式，动态调用相应的工作模式控制算法，实现相应的计算机外设功能。其中，工作模式控制算法调用的是Windows系统下mouse_event API外设驱动程序。此外，软件上提供自定义键盘功能，用户可以在软件界面的两个下拉列表中选择键盘按键，比如选择PageUp、PageDown，实际工作时，II组按键对应的功能即为键盘PageUp、PageDown所表达的功能。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0013]1.设计采用姿态感应控制的方式，将多种功能算法融合在一起，实现多种计算机外设的控制功能，形式新颖，结构简单，定位精准，交互性强。
[0014]2.一种设备、多种交互功能，避免了使用者在特定场合来回转换的麻烦，而且体积小、成本低、操作方便。
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:
[0016]图1为本实用新型立体结构示意图；
[0017]图2为本实用新型主控板电路结构框图；
[0018]图3为本实用新型系统结构框图；
[0019]图4为鼠标工作模式控制算法流程图；
[0020]图5为手柄工作模式控制算法流程图；
[0021]图6为四向滚轮工作模式控制算法流程图。
[0022]图中，1-电源指示灯，2-通讯指示灯，3-主控电路，4-功能按键，5-辅助按键，6-手环扣，7-Micro USB充电接口
【具体实施方式】
[0023]下面所描述的具体实施例仅用于说明本实用新型，并不作为限定。
[0024]参照图1，本实用新型硬件部分设计成一个手环，穿戴于操作者的手掌。手环的材料可以使用医用硅橡胶，不仅轻巧、易加工，而且穿戴舒适、无毒无害。手环主要由按键组和
(3)主控电路两个部分组成。在按键组中，靠近手指的三个按键为(4)功能按键，分别是鼠标按键、手柄按键和滚轮按键。设置的三个按键位置方便操作者食指、中指和无名指的动作，按键类型可以选择薄膜按键或者轻触按键，本实用新型暂且选择轻触按键。设备上电工作时，若没有任何按键按下，系统处于空闲模式，按下鼠标按键，系统跳转到鼠标工作模式，此时若同时按下任意两个按键，系统跳回空闲模式，若同时按下三个按键，系统跳转到自定义键盘工作模式。剩余两个按键是(5)辅助按键，比如系统工作于鼠标模式时，这两个键充当鼠标左右键。(4)功能按键、(5)辅助按键与(3)主控电路连接。(I)电源指示灯、(2)通讯指示灯是设计在(3)主控电路上的两个指示灯。(I)电源指示灯作为设备电源指示，
(2)通讯指示灯指示通讯是否建立。(6)手环扣使得手环更加牢固的系于操作者手上。(7)Micro U