专利名称：一种鼠标及其方法
技术领域：
本发明涉及计算机辅助设备领域，特别涉及为活动不便人士和使用环境受限的计算机辅助设备，具体的讲是一种鼠标及其方法。
背景技术：
随着计算机等智能终端的广泛应用，其功能越来越强大，人机界面越来越友好，使更多的用户可以方便的通过鼠标等计算机辅助设备对计算机等智能终端进行操作，并且目前各种移动智能终端，如掌上电脑PDA，正在越来越广泛的应用于日常生活。一般的信息输入是依靠按键，触摸屏或者鼠标等来输入，但是对于各种小型的移动智能终端由于体积的限制，不能够使用鼠标进行输入。而在计算机等终端使用上，很多行动不便的残疾人也可能会需要使用鼠标等辅助设备对计算机进行操控，但是如果没有手臂或者相关身体部分存在不便的情况下使用计算机就会很不方便，以至于不能够操作计算机。
针对于以上问题，现有技术中出现过一些基于红外线侦测的头戴式鼠标，其能够向计算机传送点头或者转向的头部运动数据，用装置在使用者前额的红外线感测设备，将头部的动作转化为鼠标的信号。这种装置具有两个红外线传感器，一个在用户面对的显示器上，另一个位于用户特殊的头盔上，两个传感器都连接于计算机的USB接口上，该装置可以用来做操作杆、鼠标或者通过矢量计算生成控制指令的USB模拟控制器。但是该装置的缺点在于需要复杂的侦测设备，并且造价太高。
公开于2003年6月18的中国专利02278190.0，公开了一种头戴式鼠标，由头夹和肩夹组成，在头夹上设有多个转动轴，转动轴内设有回位弹簧，转动绳一端固定在头夹上，另一端绕在转动轴上，该装置的可靠性较低，不利于头戴，使用上存在着不足。
公开于2001年5月16日的中国专利00243548.9，公开了一种穿戴式手持鼠标，利用轨迹球类型的鼠标结合吊环，以实现在不需要使用鼠标时可以将其吊挂在手背上，但是该方案的不足在于，对于双手有残疾或者移动智能终端来说，该鼠标的使用同样是不方便的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鼠标及其方法，以便残疾人士或者在移动智能终端上可以方便的实现鼠标功能。
本发明的目的在于提供一种鼠标，利用简单的机械结构对同一水平面内垂直的两个滚动轴的监控实现鼠标功能。
本发明的另一目的在于提供一种鼠标方法，监控滚动轴的转动，利用相应算法实现将用户的动作轨迹转换为屏幕上鼠标的移动轨迹。
一种鼠标，包括两个检测单元，相互垂直，分别代表屏幕上的X轴和Y轴，用于检测鼠标倾斜角度的变化；处理单元与所述检测单元相连接，用于将倾斜角度数据转换为X轴方向和Y轴方向上的位移数据；终端机与所述处理单元相连接，控制光标在屏幕上移动。
每个检测单元包括一固定部分和一转动部分，所述固定部分不随转动部分的转动而转动。
所述转动部分为一转动轴，所述固定部分为一滚轮，滚轮套接于转动轴，在所述滚轮的基准位置还具有一加重块，以使滚轮在转动轴转动时保持基准位置始终不变。
所述转动部分为一转动轴和一壳体；所述固定部分为一滚轮，滚轮套接于转动轴，所述转动轴固定于壳体；在所述滚轮的基准位置还具有一加重块，以使滚轮在转动轴和壳体转动时保持基准位置始终不变。
所述导电点设置于所述滚轮的内侧壁的多条刻度线上，所述电刷设置于所述转动轴上，所述导电点与电刷活动接触。
所述导电点位于所述转动轴的侧壁的多条刻度线上，所述电刷位于所述滚轮内侧壁上，所述导电点与电刷活动接触。
所述导电点位于所述滚轮的外侧壁的多条刻度线上，所述电刷位于所述壳体内侧壁上，所述导电点与电刷活动接触。
所述导电点位于所述壳体内侧壁的多条刻度线上，所述电刷位于所述滚轮外侧壁上，所述导电点与电刷活动接触。
不同刻度线上的导电点为不同的序列，当电刷接触不同序列的导电点时，产生不同信号以代表不同倾角。
所述不同序列的导电点是指，在不同刻度线上设置不相同数目的导电点或者设置具有不相同电压值的导电点。
一种鼠标方法，包括以下步骤
设置步骤，初始化代表屏幕上X轴和Y轴的两个检测单元；采集步骤，当检测单元沿水平面倾斜时，采集两个检测单元倾斜角度的变化数据；处理步骤处理单元接收所述倾角数据，并将其转换为X轴方向和Y轴方向的位移数据；显示步骤，处理单元将所述位移数据传送到终端机，由终端机根据位移数据控制光标在屏幕上移动。
在所述采集步骤中包括以下具体步骤通过检测单元中的一固定部分和一转动部分采集该检测单元所对应X轴或Y轴方向的倾角数据。
在所述采集步骤中还包括判断鼠标按键的步骤，当检测单元保持当前倾斜角度一段时间内不变则由处理单元产生一鼠标按键信号。
在所述采集步骤中还包括判断鼠标按键的步骤，当一段时间内检测单元变化值超过一预定值则由处理单元产生一鼠标按键信号。
本发明的有益效果在于，成本低、结构简单，并且通过立体的输入鼠标数据，增加了鼠标的功能，将本发明设置于头部或手背或其他位置都可以减轻操作计算机、便携终端的不便，还可以方便身体上有残疾的用户，使他们操作计算机成为可能。
图1为本发明一实施例框图；图2为图1实施例检测单元结构示意图；图3为图2滚轮刻度示例图；图4A和图4B为图2壳体倾斜导致电刷与滚轮导电点接触位置变化示意图；图5为本发明方案另一实施例框图；图6为本发明方法的流程图；图7为本发明单片机向PC机传输数据的流程图。
具体实施例方式
下面，结合附图对于本发明进行如下详细说明。
如图1所示，为本发明一实施例框图。本实施例鼠标由检测单元部分(机械部分)和单片机控制部分组成。单片机通过检测单元部分采集当前机械部分相对水平面的倾斜角度，将该角度信息转换成位移信息并按照PS/2协议编码打包成三个字节的数据包，然后按照PS/2协议的时序通过PC的PS/2鼠标接口要求发送给PC，从而控制PC端鼠标箭头的运行轨迹。本实施例可以用于头盔和帽子上。
如图2所示，为本发明检测单元结构示意图。该检测单元可以测量水平面上X轴或Y轴两个方向的倾斜角度，两部分的结构是完全相同的，下面只阐述如何测量一个方向的倾斜角度。
检测单元外侧可以具备有壳体(图未示)，该壳体为4cm×4cm×4cm的正方形大小，其作用是把其内部的功能部件集成在一起，构成一个完整的装置。X轴和Y轴两个方向上的检测单元也可以安装于头盔或者帽子的正前方帽沿和与正前方成直角的帽沿处。检测单元分为两个部分固定部分和转动部分，其中转动部分为转动轴201，固定于壳体或者是帽沿部分，当使用者头部倾斜时壳体或者帽沿随之倾斜，转动轴也随壳体或者帽沿的倾斜而倾斜；固定部分为相对于转动部分的倾斜而转动的滚轮202，滚轮的某一基准位置203在使用者头部倾斜(带动整个检测单元发生倾斜)时，绕转动轴转动而保持基准位置方向不变。导电点204在本例中位于滚轮内壁，还具有电刷205在本例中一端设于转动轴201另一端活动接触于导电点204。当然，转动部分和固定部分都是相对的。
壳体中央也可具有两个互相垂直的转动轴(即把X轴Y轴方向的两个检测单元置于同一壳体内)，分别对应X轴和Y轴，两个轴均位于水平面上。在每个轴上均安装一滚轮，该滚轮可绕轴自由转动。在滚轮四周的某一点放一加重块从而使滚轮的重心在该点附近，将该点作为滚轮的基准位置，这样当检测单元发生倾斜与水平面产生倾角时，带动转动轴偏离水平面，并由于重力作用，滚轮会绕轴旋转，而基准位置总是在最下方。这样在滚轮上标上刻度，通过读取刻度的值就能获知当前转动轴线相对水平面的倾斜角度信息。其中一个检测单元检测左右方向的倾斜角度，另一个检测前后方向的倾斜角度，根据用户头或者手等的倾斜来判断屏幕上鼠标的移动方向和距离。
如图3所示，为本发明滚轮刻度示例图。在滚轮上标上刻度206，将整个圆周分为32份(可根据需要分为不同份数)，每份对应360/32＝11.25度，这样整个检测单元测角的精度也就是11.25度，如果有更高的精度要求将圆周分配更多的刻度即可。当转动轴位于水平面上时基准位置处的刻度为0，对应倾角为0，当转动轴倾斜时基准位置处的刻度就代表了当前的倾角信息，例如基准位置处当前刻度为2，则当前的倾角就是2*11.25＝22.5度。
图4A和图4B为本发明壳体的倾斜导致电刷与滚轮导电点接触位置变化示意图。单片机需要读取当前的刻度值，这是该检测单元的关键内容。目前的设计中一个圆周有32个刻度，这样在每个刻度处放置最多5个导电点，就可以通过这几个导电点的个数、放置的位置来区别不同的刻度值。在壳体的基准位置处放置5个电刷205，也可以在转动轴上设置5个电刷，如果电刷205设置在壳体上则导电点(图未示)设置于滚轮外侧壁上，如果电刷205设置于转动轴上则导电点设置在滚轮内侧壁上；当然，电刷205和导电点的设置可以具有更大的灵活性，在滚轮上设置电刷205，在壳体上设置导电点也是可以的，主要利用电刷205与导电点相结合实现这种转动部分与固定部分倾角角度检测的目的。电刷与基准位置之间的夹角，鼠标在用户的操作下倾斜后电刷与基准位置之间的夹角，两个角度的差值为α。
电刷205分别接到单片机的5个数据IO口上，滚轮上的导电点则均连接到壳体的地线上。在单片机程序中设置这5个数据IO口为漏极开路输出形式，并赋初始值为1。这样电刷205如果接触到导电点，因为导电点处的电压为0，则单片机读取该IO口的值将是0，否则将是1。因为上述所述32个刻度点，通过将刻度进行5位二进制编码(代表32个刻度点)，刻度0对应00000，刻度1对应00001...依此类推，其中在编码为0的位置放置导电点，编码为1的位置不放置，例如刻度0为5个导电点，刻度1为四个导电点，单片机读到的5位IO口的值就对应了当前基准位置处的刻度值。同样可以根据鼠标的精度设置不同的滚轮刻度，所对应的二进制编码的数位也将改变。
表1为本发明处理单元向计算机传送数据格式的数据结构。
单片机读取到刻度值后将通过PS/2协议与PC通信。PC与单片机之间传输的信号包括时钟信号CLK和串行双向的命令/数据信号(COMM/DATA)，采用的是PS/2协议，这是一种同步串行通信协议。时钟信号CLK由单片机产生。PC向单片机发出命令，单片机接收到合法命令后向PC发出应答信号，如果命令要求还会接着向PC发送数据信号。PC对来自单片机的信号无需回应，并且能够通过将时钟线CLK置为低电平来终止由单片机到PC机的通信。单片机向PC发送的数据信号采用3字节数据包格式。
如图5所示，为本发明方案另一实施例框图。本系统的处理单元采用C8051F021单片机，角度检测单元采用MSIN-H3DXX-F系列高精度数字倾角传感器。使用两个倾角传感器采集模拟信号并进行计算和处理从而获得鼠标在PC屏幕上水平方向和垂直方向的相对位移，然后将获得的位移数据通过RS232串口发送至单片机。单片机对这两个方向上的倾角数据进行一系列处理，分析得出这两组位移数据，通过PS/2接口发送数据包使鼠标箭头移动一定的位移。采用12V直流电源供电，板上经过一电源模块XR10/12S05将12V输入转为5V，作为倾角传感器的电源，单片机C8051F021所需的3.3V电源由LM1086电源芯片将5V转为3.3V提供。
单片机的P0.0与P0.1配置成串口，分别与倾角传感器的TX和RX管脚相连。P2.1与PC机的PS/2接口的DATA口相接，P2.0与PC机的PS/2接口的CLK口相接。串口0用来与倾角检测单元通信。定时器0为延时函数提供时间基准；定时器1作为串口0的波特率发生器；看门狗定时器在软件进入死循环时实现软件复位；其它IO端口与硬件定义相同，其中未用的IO口引出留作以后功能扩展使用。
如图6所示，为本发明方法的流程图。系统开始，步骤S11；首先系统进行初始化，步骤S12；通过检测单元进行倾角采样，步骤S13；单片机处理单元对数据进行处理，步骤S14；单片机与PC机进行数据传输，步骤S15；PC机根据接收到的数据控制屏幕上的光标，步骤S16。其中，PC机可以是任何具有光标处理能力的终端，手机、PDA等。
两个检测单元所测得的倾角为鼠标倾斜后X轴Y轴与Z轴的夹角，且互相垂直，也就是XOZ，YOZ平面上的夹角，设为α和β，那么根据α和β的大小发送相对位移量X轴相对位移ΔX＝K*α，Y轴相对位移ΔY＝K*β，K是比例系数，可根据鼠标精度和灵敏度来设定。
当用户需要确认本发明鼠标选定内容，即，鼠标左右键的功能，是通过以下步骤来实现的。当鼠标在某一段时间内(例如0.2秒)保持倾斜角度不变化，则代表选中光标所在位置，如果光标只是经过某些控制区域则不代表选中。如果鼠标在很短时间内变化的倾角很大，则设定为鼠标右键功能，或者可以检测单元的倾角和方向作为鼠标按键的设定，当但某个时间内倾角达到某个特定值，再结合倾角的方向作为鼠标的某个按键，比如鼠标从左往右很快移动作为左键，从右往左作右键，从前往后作为中键。如此实现鼠标左右键功能的设定很多，不做一一举例。
如图7所示，为本发明方法单片机到PC机数据传输流程图。传输过程开始，步骤S21；检测时钟线是否为高(时钟线为高表明当前主机允许单片机发送数据)，步骤S22；如果为高，即，PC机端要求检测鼠标输入信号，则单片机检测数据线是否为高，步骤S23，否则进入步骤S22，循环检测时钟线是否为高。如果单片机检测数据线为高，则将数据线拉低，作为发送起始位，步骤S24；如果数据线为低则接收PC机数据，进入步骤S29；单片机将经过加工的数据向PC机进行传输，步骤S25；判断是否传输完一个完整的信息，步骤S26；如果传送完毕则单片机将时钟线拉低以便PC机进行光标移动，步骤S27，如果没有传送完毕则进行步骤25，继续传输；单片机释放时钟线(释放时钟线表示将时钟线对应的IO口置为1，这样主机方能将时钟线拉低)，允许传输下一数据包，步骤S28；所有数据传输完成后回到步骤S22。
本发明的有益效果在于，成本低、结构简单，并且通过立体的输入鼠标数据，不需要现有鼠标必须接触而产生X轴和Y轴的位移，特别是在一些便携式终端上增加了便利性；增加了鼠标的功能，将本发明设置于头部或手背或其他位置可以减少操作计算机、便携终端的不便，还可以方便身体上有残疾的用户，使他们操作计算机成为可能。
以上具体实施方式
仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
权利要求
1.一种鼠标，其特征在于两个检测单元，相互垂直，分别代表屏幕上的X轴和Y轴，用于检测鼠标倾斜角度的变化；处理单元与所述检测单元相连接，用于将倾斜角度数据转换为X轴方向和Y轴方向上的位移数据；终端机与所述处理单元相连接，控制光标在屏幕上移动。
2.根据权利要求1所述的一种鼠标，其特征在于，每个检测单元包括一固定部分和一转动部分，所述固定部分不随转动部分的转动而转动。
3.根据权利要求2所述的一种鼠标，其特征在于，所述转动部分为一转动轴，所述固定部分为一滚轮，滚轮套接于转动轴，在所述滚轮的基准位置还具有一加重块，以使滚轮在转动轴转动时保持基准位置始终不变。
4.根据权利要求2所述的一种鼠标，其特征在于，所述转动部分为一转动轴和一壳体；所述固定部分为一滚轮，滚轮套接于转动轴，所述转动轴固定于壳体；在所述滚轮的基准位置还具有一加重块，以使滚轮在转动轴和壳体转动时保持基准位置始终不变。
5.根据权利要求3所述的一种鼠标，其特征在于还具有导电点和电刷，所述导电点设置于所述滚轮的内侧壁的多条刻度线上，所述电刷设置于所述转动轴上，所述导电点与电刷活动接触。
6.根据权利要求3所述的一种鼠标，其特征在于还具有导电点和电刷，所述导电点位于所述转动轴的侧壁的多条刻度线上，所述电刷位于所述滚轮内侧壁上，所述导电点与电刷活动接触。
7.根据权利要求4所述的一种鼠标，其特征在于还具有导电点和电刷，所述导电点位于所述滚轮的外侧壁的多条刻度线上，所述电刷位于所述壳体内侧壁上，所述导电点与电刷活动接触。
8.根据权利要求4所述的一种鼠标，其特征在于还具有导电点和电刷，所述导电点位于所述壳体内侧壁的多条刻度线上，所述电刷位于所述滚轮外侧壁上，所述导电点与电刷活动接触。
9.根据权利要求5或6或7或8中任意一项所述的一种鼠标，其特征在于，不同刻度线上的导电点为不同的序列，当电刷接触不同序列的导电点时，产生不同信号以代表不同倾角。
10.根据权利要求9所述的一种鼠标，其特征在于，所述不同序列的导电点是指，在不同刻度线上设置不相同数目的导电点或者设置具有不相同电压值的导电点。
11.一种鼠标方法，其特征在于包括以下步骤设置步骤，初始化代表屏幕上X轴和Y轴的两个检测单元；采集步骤，当检测单元沿水平面倾斜时，采集两个检测单元倾斜角度的变化数据；处理步骤处理单元接收所述倾角数据，并将其转换为X轴方向和Y轴方向的位移数据；显示步骤，处理单元将所述位移数据传送到终端机，由终端机根据位移数据控制光标在屏幕上移动。
12.根据权利要求11所述的一种鼠标方法，其特征在于，在所述采集步骤中包括以下具体步骤通过检测单元中的一固定部分和一转动部分采集该检测单元所对应X轴或Y轴方向的倾角数据。
13.根据权利要求11所述的一种鼠标方法，其特征在于，在所述采集步骤中还包括判断鼠标按键的步骤，当检测单元保持当前倾斜角度一段时间内不变则由处理单元产生一鼠标按键信号。
14.根据权利要求11所述的一种鼠标方法，其特征在于，在所述采集步骤中还包括判断鼠标按键的步骤，当一段时间内检测单元变化值超过一预定值则由处理单元产生一鼠标按键信号。
全文摘要
手暂时不能应用鼠标的用户，和在小型移动终端上使用鼠标的困难，本发明提出了一种鼠标和方法，其中鼠标的特征在于两个检测单元，分别代表屏幕上的X轴和Y轴，用于检测鼠标倾斜角度的变化；处理单元与所述检测单元相连接，用于将倾斜角度数据转换为X轴方向和Y轴方向上的位移数据；终端机与所述处理单元相连接，控制光标在屏幕上移动。本发明有益效果在于，成本低、结构简单，并且通过立体的输入鼠标数据，不需要现有鼠标必须接触而产生X轴和Y轴的位移，特别是在一些便携式终端上增加了便利性；还可以方便身体上有残疾的用户，使他们操作计算机成为可能。
文档编号G06F3/033GK1979392SQ20051010528
公开日2007年6月13日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者聂进 申请人:西门子(中国)有限公司