专利名称：一种基于空间运动检测的鼠标无线控制装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种无线鼠标，具体是涉及基于空间运动检测的鼠标无线控制装置及其方 法，特别是涉及一种通过检测使用者手腕的空间运动轨迹、借助坐标映射从而达成无线控 制鼠标运动的方法。使用本发明，可以解决现有技术中的无线鼠标不能脱离桌面和无线文 稿演示装置使用按键控制鼠标的迟钝性和操作不便的问题。
背景技术：
随着科技的发展和技术的进步，计算机的应用领域日渐广泛，计算机外设也在不断改 善以适应社会发展的需要。就计算机外设而言，基本的输入设备，如鼠标等早以摆脱了有 线的束缚，出现了无线的设计。就计算机的应用领域而言，也早已涉足到办公自动化的领 域，典型的应用是无线文稿演示装置。
以现有的无线鼠标而言，这仅仅是一种通讯方式的改进，鼠标尽管是无线的，但是始 终不能离开一定的支承物使用。就现有技术而言，可以发现支承物的宽度和平整度将会直 接影响到鼠标的可用性。要确保鼠标的正常操作，至少要提供几倍于鼠标占用面积的平整 支承物。实际使用中，即使使用无线通讯摆脱了线长的束缚，但是由于缺少可用空间而影
响鼠标活动的情况时有发生。
以现有的基于按键或接近开关的无线文稿演示装置而言，通过无线传输、按键控制可 以脱离支承物使用，起到无线鼠标的作用，这是一大改进。但是对于无限的运动方向和有 限的按键而言，以独立的两个轴向坐标移动来描述整个平面的任意运动，控制难度相对较 高，鼠标定位需时较长。对于这种技术而言，可以发现，其定位精度与定位速率是一对矛 盾，很难取舍。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术使用无线鼠标受支承物限制、使用无线文稿演示设备 操作不便和迟钝性的缺点，提供一种定位精度高与定位速度快，不受支承物限制的的基于 空间运动检测的鼠标控制装置。
本发明的另一目的在于提供上述基于空间运动检测的鼠标无线控制方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现
一种基于空间运动检测的鼠标无线控制装置包括手持端和接收端；手持端包括依次信 号连接的运动传感装置、坐标变换电路和手持端无线通讯模块；接收端包括相互信号连接 的鼠标定位控制装置和接收端无线通讯模块；手持端与接收端通过手持端无线通讯模块和 接收端无线通讯模块组成的手持端到接收端的运动参数无线传输通道连接。
为进一步实现本发明的目的，所述运动传感装置为二轴运动传感装置，所述二轴运动 传感装置包括X轴运动检测传感电路和Y轴运动检测传感电路，所述X轴运动检测传感电 路和Y轴运动检测传感电路分别通过串行接口挂接在系统总线之上；X轴运动检测传感电 路的运动检测传感器通过稳压电路与电源连接；运动检测传感器的输出端还通过无源滤波 器与A/D转换器的输入端连接；A/D转换器通过稳压电路与电源连接；Y轴运动检测传感 电路与X轴运动检测传感电路相同。
所述的运动检测传感器包括角速度传感器、电子陀螺、速度传感器或加速度传感器。 所述的A/D转换器为微处理器内置A/D转换器或外置的10位或以上A/D转换器。 所述的坐标变换电路主要包括微处理器，微处理器为单片机、嵌入式微处理器或者 FPGA。
所述的鼠标定位控制装置包括微处理器二和USB从设备模块，微处理器二的通讯接口 和地址数据接口分别与系统总线二相连接，USB从设备模块的地址数据接口与系统总线二 连接，接收端无线通讯模块通讯接口端与系统总线二连接；电源电路二的输出端分别与无 线通讯模块二、 USB从设备模块和微处理器二的电源端连接，电源电路二输入端与电源二 连接。
所述的微处理器二为基于单片机、嵌入式微处理器、DSP或者FPGA。 本发明采用上述装置的基于空间运动检测的鼠标无线控制方法包括如下步骤
(1) 基于运动检测传感器的空间运动的检测通过固定在手持端的运动检测传感器对 手持端进行二轴或者是三轴的运动检测；
(2) 空间运动到平面运动的映射处理通过采用数字坐标变换方法的坐标变换电路， 把运动检测传感器输出的对应于空间二轴或三轴运动的信号转换为被控鼠标平面运动坐标 信息；
(3) 手持端到接收端的无线通讯通过手持端无线通讯模块使用无线数字编码或者是 无线模拟调制的方法对鼠标坐标信息进行调制和无线传送，接收端通过一个符合手持端无
线通讯协议的无线通讯模块解调出鼠标坐标信息；
(4)接收端根据接收到的坐标信息通过对PC的通讯实现对鼠标位置进行控制。 所述的手持端到接收端的无线通讯是红外、射频、蓝牙或者无线数字通讯网无线通讯。 本发明的原理鼠标定位采用二轴或以上的运动传感器或者传感器组来检测手腕的运
动，然后转换为鼠标二维的运动轨迹，包含有鼠标运动信息的信号通过无线的方法传输到
鼠标位置控制装置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点
(1) 采用本发明基于空间运动检测的鼠标无线控制方法，鼠标的无线控制可以脱离于 支承物的制约，从而解决了传统无线鼠标对使用环境有特殊要求的问题；
(2) 本发明控制鼠标的移动采用独特的手腕运动检测，免去了传统无线文稿演示装置
的运动控制键，不仅提高了控制速度，定位精度，而且还更接近使用者的使用习惯，提高 操作效率。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明基于空间运动检测的鼠标无线控制装置示意框图2为图1中二轴运动传感装的X轴检测部分原理框图3_1是图1中手持端坐标转换电路与二轴运动传感装连接关系原理图3—2是图3 — 1中微处理器运行程序框图4一1是图1中接收端系统原理框图4一2是图4一1中微处理器二运行程序框图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明基于空间运动检测的鼠标包括手持端100和接收端101。手持端 100包括依次信号连接的二轴运动传感装置102、坐标变换电路103和手持端无线通讯模块 106;接收端101包括信号连接的鼠标定位控制装置105和接收端无线通讯模块107。手持 端100与接收端101通过手持端无线通讯模块106和接收端无线通讯模块107组成的手持 端到接收端的运动参数无线传输通道104连接。无线传输通道104的通讯方法是使用无线 通讯模块通过无线数字编码或者是无线模拟调制的手段对鼠标坐标信息进行调制和无线传 送的，接收端通过一个符合手持端无线通讯协议的无线通讯模块解调出鼠标坐标信息。建
立手持端到接收端的无线通讯的途径可以是红外、射频、蓝牙、无线数字通讯网等无线通 讯的方式。通讯模块与处理器之间大多采用串行接口进行连接。其中，手持端无线通讯模 块106和接收端无线通讯模块107都可采用红外通讯模块，如Vishay公司开发的TFDx4xxx 系列串行红外收发器及其控制器TOIM3292，最高的红外传输速度可达115.2Kbit/s;;也可 分别采用射频无线通讯模块，如TI公司的CC2xxx系列及其兼容产品nRF系列，无线通讯 速度可达2Mbit/s，甚至更高；还可分别采用蓝牙模块，则通讯速度为数十Kbit/s。手持端 无线通讯模块106和接收端无线通讯模块107如采用无线数字通讯网，如GPRS模块，则 通讯速度大致在20到70Kbit/s之间。
二轴运动传感装置102为空间运动的检测装置，用于监督持有手持端100的手腕在空 中的运动轨迹，并通过运动角速度、运动方向等运动特征，产生对应的电信号；反映运动 特征的信号产生以后被送到空间运动到平面运动的映射处理电路，即坐标变换电路103， 用于将来自运动检测传感器的电信号转换为鼠标运动信息；该信息输出后通过手持端到接 收端的运动参数无线传输通道104传递到接收端101;接收端获得包含鼠标运动信息的数 据后，通过鼠标定位控制装置105处理，并与PC机通讯，由PC机控制鼠标根据要求运动。
图2为图1中二轴运动传感装102的X轴检测部分原理图。Y轴检测部分原理图跟X轴相 同。X轴检测部分与Y轴检测部分部件的具体连接关系如图3 — 1所示。X轴运动检测传感电 路209和Y轴运动检测传感电路208分别通过串行接口挂接在系统总线206之上，通过系统总 线206与微处理器207连接。如图2所示，X轴运动检测传感电路209的角速度传感器202通过 稳压电路201与电源205连接；角速度传感器202的输出端还通过无源滤波器204与A/D转换 器203的输入端连接。A/D转换器与稳压电路连接以获取电源。A/D转换器203可以直接采用 微处理器内置的A/D转换器(如ATMEGA系歹ij、 MSP430系列或者ADiJC系列等单片机内部 自带的低功耗多路A/D转换器)，或采用外置的10位精度或以上A/D转换器。Y轴运动检测传 感电路208的电路与X轴运动检测传感电路209—致，唯一区别是X轴传感器是沿水平方向安 装的，而Y轴传感器是沿竖直方向安装的。事实上，上述二轴运动传感装置102也可以是三 轴运动检测传感器，该类运动检测传感器可以是角速度传感器、电子陀螺、速度传感器或 加速度传感器。所述的二轴或者三轴运动检测传感器是根据运动方向、运动角速度、速度 或位移等参数来产生跟空间运动相对位置成线性或者函数关系的模拟电平信号。典型的角 速度传感器如松下公司生产的"超小体积石英晶体角速度传感器EWTS82"，最好是采用集
成度更高的一体化传感器，诸如霍尼威尔公司生产的HCS01多功能传感器模块，其内部已 经集成了3轴磁传感器和3轴加速度传感器，能在完成运动检测的同时实现方位校正。
无源滤波器204由若干个电阻和电容元件构成，从传感器202输出的信号先经由并联的 阻容元件到地，起到平滑信号的作用，在经过一个典型的一阶的阻容无源滤波电路送到A/D 转换器203的输入端；角速度传感器202，如松下的EWTS82石英晶体角速度传感器，通过 由三端直流稳压芯片，如LM1117或类似芯片构成的稳压电路201从电源205处获得工作所需 的电压。在满足工作电压的条件下，角速度传感器202根据检测到的手持端100的运动方向 和相对速度参数，从输出端输出一个与运动的角速度成线性关系的电平信号。该电平信号 经过无源滤波器204处理，送到A/D转换器203进行采样，即可完成空间运动传感的过程。 A/D转换器203构成模拟信号到数字信号的通路。
图3 — 1是图1中手持端坐标转换电路103与二轴运动传感装102连接关系原理图。X 轴运动检测传感电路209和Y轴运动检测传感电路208分别通过串行接口挂接在系统总线 206之上。坐标转换电路103主要包括与系统总线206连接的微处理器207。微处理器207 通过采用数字坐标变换方法的信号处理电路或者是模拟的信号转换电路，把运动检测传感 器输出的对应于空间二轴或三轴运动的信号转换为被控鼠标平面运动坐标信息。该微处理 器207可以是基于单片机，如ATMEGA系列、MSP430系列或者是AD|JC系列；微处理器 207也可以是嵌入式微处理器，如AT91SAM系列；DSP，如TMS320系列；微处理器207 还可以是FPGA，如Altera公司的Cyclone系列等。稳压电路201输出端分别与微处理器 207、 X轴运动检测传感电路202和Y轴运动检测传感电路208连接，稳压电路201输入端 与电源205连接。
如图3—2所示，系统运行时，微处理器207先进行初始化，完成配置A/D转换器、 配置输入输出状态、配置并确保无线通讯通道正常等。随后通过A/D转换器的数字接口分 时间隔地读取X轴运动检测传感电路202和Y轴运动检测传感电路208的结果，再根据程 序内部的电平值一坐标转换公式进行坐标的直接转换，从而完成一次的坐标变换过程。微 处理器207根据上述转换过程，按照一定的周期，周而复始地执行上述子程序即可达到坐 标连续转换的目的。
图4一1是图1的接收端101系统原理图。接收端101包括鼠标定位控制装置105和接 收端无线通讯模块107，还包括电源电路二301、电源303和系统总线二 306。鼠标定位控制装置105可以是普通的鼠标控制芯片(如EC3576)，或者是基于微处理器(如AVR单片机、 ARM处理器、FPGA、 DSP等)和通用PC设备配置芯片(如PDIUSBD12)共同构成的电路。 如图4-1所示，接收端101的微处理器二 304和USB从设备模块305构成能够虚拟鼠标特 征的处理器平台，具有向PC设备描述鼠标运动的能力，并且能够在这个基础上通过与PC 设备的通讯实现PC机鼠标控制。微处理器二 304通讯接口和地址数据接口分别与系统总 线二 306连接，USB从设备模块305的地址数据接口与系统总线二 306连接，接收端无线 通讯模块107通讯接口端与系统总线二 306连接。电源电路二 301输出端分别与无线通讯 模块二 302、 USB从设备模块305和微处理器二 304的电源端连接，电源电路二 301输入 端与电源二 303连接。使用时，USB从设备模块305还需通过USB接口与PC机连接。鼠 标的无线控制方法适用于无线鼠标或者是无线文稿演示装置。如图4一2所示，系统开始运行以后，微处理器二 304首先由通讯接口通过系统总线二 306对接收端无线通讯模块107进行初始化，期间执行包括初始化接口、应答以及高级通 讯所要用到的MAC层初始化等步骤。此后，微处理器304监视USB接口的连接情况，连 接上了 ，则通过USB从设备模块305向PC机描述为USB输入设备，具体为USB鼠标， 从而获得对鼠标的控制权。初始化完成以后，微处理器304根据读取接收端无线通讯模块 107接收到的坐标信息，通过USB从设备模块305向PC发出鼠标控制的指令，即可实现 对PC机鼠标的控制。接收端鼠标位置的控制方法是鼠标定位装置根据接收到的坐标信息 通过与PC的接口对PC通讯实现对鼠标位置进行控制的方法。综上所述， 一种基于空间运动检测的鼠标无线控制方法，包括如下步骤(1) 基于二轴或者三轴的运动检测传感器的空间运动的检测是通过固定在手持端的二轴或三轴运动检测传感器对手持端进行二轴或者是三轴的运动检测；(2) 空间运动到平面运动的映射处理是一个通过采用数字坐标变换方法的坐标变换电路，把运动检测传感器输出的对应于空间二轴或三轴运动的信号转换为被控鼠标平面运动坐标信息；(3) 手持端到接收端的无线通讯是通过手持端无线通讯模块使用无线数字编码或者 是无线模拟调制的手段对鼠标坐标信息进行调制和无线传送，接收端通过一个符合手持端 无线通讯协议的无线通讯模块解调出鼠标坐标信息；(4) 接收端根据接收到的坐标信息通过对PC的通讯实现对鼠标位置进行控制。
本发明基于空间运动检测的鼠标无线控制方法， 一方面使鼠标可以脱离于支承物的制 约，从而解决了传统无线鼠标对使用场合有特殊要求的问题；另一方面，本发明控制鼠标 的移动采用独特的手腕运动检测，免去了传统无线文稿演示装置的运动控制键，不仅提高 了控制速度，定位精度，还更接近使用者的使用习惯，提高操作效率。本发明涉及的是一种基于空间运动检测的鼠标无线控制方法，可以有其他多种实施例， 以上的实施例只是应用本发明的其中一种情况，在不背离本发明精神及实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可以根据本发明的核心作出各种相应的变形或功能附加，但这些相 应的变形和功能附加都应属于本发明所附的权力要求的保护范围。
权利要求
1、一种基于空间运动检测的鼠标无线控制装置，其特征在于包括手持端和接收端；手持端包括依次信号连接的运动传感装置、坐标变换电路和手持端无线通讯模块；接收端包括相互信号连接的鼠标定位控制装置和接收端无线通讯模块；手持端与接收端通过手持端无线通讯模块和接收端无线通讯模块组成的手持端到接收端的运动参数无线传输通道连接。
2、 根据权利要求l所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制装置，其特征在于所述运 动传感装置为二轴运动传感装置，所述二轴运动传感装置包括X轴运动检测传感电路和Y 轴运动检测传感电路，所述X轴运动检测传感电路和Y轴运动检测传感电路分别通过串行 接口挂接在系统总线之上；X轴运动检测传感电路的运动检测传感器通过稳压电路与电源 连接；运动检测传感器的输出端还通过无源滤波器与A/D转换器的输入端连接；A/D转换 器通过稳压电路与电源连接；Y轴运动检测传感电路与X轴运动检测传感电路相同。
3、 根据权利要求2所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制方法，其特征在于，所述 的运动检测传感器包括角速度传感器、电子陀螺、速度传感器或加速度传感器。
4、 根据权利要求2所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制装置，其特征在于所述的 A/D转换器为微处理器内置A/D转换器或外置的10位或以上A/D转换器。
5、 根据权利要求l所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制装置，其特征在于所述的 坐标变换电路主要包括微处理器，微处理器为单片机、嵌入式微处理器或者FPGA。
6、 根据权利要求l所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制装置，其特征在于所述的 鼠标定位控制装置包括微处理器二和USB从设备模块，微处理器二的通讯接口和地址数据 接口分别与系统总线二相连接，USB从设备模块的地址数据接口与系统总线二连接，接收 端无线通讯模块通讯接口端与系统总线二连接；电源电路二的输出端分别与无线通讯模块 二、 USB从设备模块和微处理器二的电源端连接，电源电路二输入端与电源二连接。
7、 根据权利要求6所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制装置，其特征在于所述的 微处理器二为基于单片机、嵌入式微处理器、DSP或者FPGA。
8、 一种采用权利要求l所述装置的基于空间运动检测的鼠标无线控制方法，其特点在 于，包括如下步骤(1)基于运动检测传感器的空间运动的检测通过固定在手持端的运动检测传感器对 手持端进行二轴或者是三轴的运动检测；(2) 空间运动到平面运动的映射处理通过采用数字坐标变换方法的坐标变换电路， 把运动检测传感器输出的对应于空间二轴或三轴运动的信号转换为被控鼠标平面运动坐标 信息；(3) 手持端到接收端的无线通讯通过手持端无线通讯模块使用无线数字编码或者是 无线模拟调制的方法对鼠标坐标信息进行调制和无线传送，接收端通过一个符合手持端无 线通讯协议的无线通讯模块解调出鼠标坐标信息；(4) 接收端根据接收到的坐标信息通过对PC的通讯实现对鼠标位置进行控制。
9、根据权利要求8所述的基于空间运动检测的鼠标无线控制方法，其特征在于，所述 的手持端到接收端的无线通讯是红外、射频、蓝牙或者无线数字通讯网无线通讯。
全文摘要
本发明公开一种基于空间运动检测的鼠标无线控制装置及其方法。该装置包括手持端和接收端；手持端包括依次信号连接的二轴运动传感装置、坐标变换电路和手持端无线通讯模块；接收端包括相互信号连接的鼠标定位控制装置和接收端无线通讯模块；手持端与接收端通过手持端无线通讯模块和接收端无线通讯模块组成的手持端到接收端的运动参数无线传输通道连接。该方法包括空间运动的检测，空间运动到平面运动的映射处理，建立手持端到接收端的无线通讯，提供运动参数的无线传输以及鼠标位置的控制。本发明解决了现有技术中的无线鼠标不能脱离桌面和无线文稿演示装置使用按键控制鼠标的操作不便和迟钝性问题，且提高了控制的精度。
文档编号G06F3/033GK101110001SQ20071002987
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月24日 优先权日2007年8月24日
发明者徐向民 申请人:华南理工大学