一种指戴式鼠标的制作方法

专利名称：一种指戴式鼠标的制作方法
技术领域：
本发明涉及鼠标技术领域，尤其涉及一种指戴式加速感应鼠标。
背景技术：
现有普通有线鼠标通常都需要桌面作为操作平台，采用有线设计，通过机 械部件或光电感应部件感应鼠标在桌面的移动，根据相对移动距离和速度来控 制光标在屏幕的移动，由于普通鼠标需要线路连接到主机，受到连接线长短及 桌面环境的限制，4吏用不是很方便、灵活。
无线鼠标通常通过无线模块与主机进行通信，从而避免了与主机之间的线 路连接，由于其活动自由、便携等特性受到用户的喜爱，但其仍然为桌面使用 而设计，如果没有平坦、具有一定空间的桌面，其也无法正常使用。
MEMS (Micro Electro Mechanical Systems,孩i电子才M^系统)4支术，是以 成熟的半导体制造工艺为基础，结合微电子技术和微结构器件而发M来的高 科技产业。以MEMS技术为基础的各类传感器和处理器，由于体积小、性能高、 成本低、安全可靠，因而在航空、航天、汽车、电子、生物、医疗、环境、军 事等众多领域都得到了广泛的应用。加速传感器(Accelerometer)是MEMS产 品线中应用最为广泛的产品之一，在我们日常生活中，小汽车的安全气嚢就是 通过利用加速传感器实现的，在发生撞车的一瞬间，会产生巨大的反向加速度， 加速传感器探测到此反向加速度并迅速通过控制器打开安全气嚢，从而保障乘 客的安全。在电子行业，加速传感器的应用也非常广泛。比如目前很多笔记本 电脑使用内置的加速传感器监测硬盘的振动，在剧烈振动时关闭硬盘，起到保 护硬盘和数据的作用。在数码相机和摄^4^里，使用加速传感器检测拍摄时机 体的晃动，通过处理可以得到高质量的影像资料。本发明就是要使用基于MEMS技术的加速传感器，作为光标移动的感应装置。
目前市场上，主流的单个加速传感芯片就可以完成三维空间三个自由度的
加速度测量，每秒钟可以采集数百次数据，加速度测量范围^2g到士8g (g为 一个重力加速度)，并有8位到12位的高分辨率。通过确定采样频率和测量得 到的加速度数据，通过一次积分就能得到传感器即时的移动方向和速度，通过 二次积分就能够得到传感器移动的方向和距离。
若能将MEMS技术和无线鼠标技 目结合，创造一种不依赖于桌面的无线 鼠标将使人们从桌面解放出来，在讲演和演示文稿时更加的方便自如。

发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种指戴式鼠标，用于解决现有鼠 标依赖于桌面，使用不灵活的技术缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 一种指戴式鼠标，包括
输入模块，用于接收用户的控制输入信号并将其传送给主处理单元；
加速传感器，用于感应X、 Y、 Z三维空间坐标上的加速度值，并将感应到 的加速度值传送给主处理单元；
主处理单元，用于对加速传感器输出的三维空间坐标方向上的加速度值进 行处理，转换为主^f几可识别的鼠标位移信号及点击信号；对输入模块产生的控 制输入信号进行处理，转换为主机可识别的鼠标控制信号；
无线接口模块，用于实现与主机间的无线通信，将主处理单元输出的鼠标 位移信号、鼠标点击信号及鼠标控制信号传输给主^U。
进一步地，所述主处理单元包含
位移处理单元，用于接^口速传感器输出的X轴和Y轴的加速度值，并根 据加速度与速度和位移之间的关系计算出所述指戴式鼠标在X轴和Y轴方向上 的移动距离，然后转换为主机可识别的位移信号输出给无线接口模块；
点击处理单元，用于接收加速传感器输出的Z轴方向的加速度值，对其进行波形分析，根据加速度阀值和最小维持时间g有效的脉冲信号，然后根据 有效的脉沖信号产生主机可识别的鼠标点击信号，并将其输出给无线接口模块。
进一步地，主处理单元还包含
静止判断模块，用于在采样点判断加速传感器是否处于静止状态，当X、 Y、 Z三个方向上加速度的矢量和为一个重力加速度时，则在该采样点所述加速 传感器处于静止状态，否则处于运动状态；
去重力干扰才莫块，用于去除各方向加速度中的重力加速度分量，当所^口 速传感器从静止状态变为运动状态以后，将当前测得的各方向上的加速度值减 去之前在静止状态下各个方向上的加速度值；当所述加速传感器从运动状态确 认进入静止状态以后，将各方向上的速度值置零；然后将处理结果输出给位移 处理单元处理和点击处理单元处理。
进一步地，所述输入模块包括
左键输入模块，用于产生鼠标左键按下时的控制输入信号； 右键输入模块，用于产生鼠标右键按下时的控制输入信号； 滚动轮输入模块，用于产生鼠标滚动轮滚动控制输入信号，以控制软件窗 口的滚动。
进一步地，所述输入模块进一步包括模式切换开关，该开关关闭时则鼠 标进入阅读模式，该开关打开时则鼠标进入鼠标模式。
进一步地，所述模式切换开关通过接近感应装置实现，接近感应模块用于 感应手指是否接近或接触到该模块，若是则使鼠标进入鼠标模式，否则鼠标进 入阅读模式。
进一步地，所述输入模块进一步包括手写输入模式按键，用于使鼠标进 入手写输入模式。
进一步地，只有在手写输入模式M保持按下时，产生的手写输入信号是 有效的。
进一步地，所述指戴式鼠标的壳体设计为指环状，输入控制面板位于壳体 的側面。本发明将以微电子机械系统技术为基础的加速传感器和无线鼠标技术相结
合，通过孩￡处理器对加速传感器感应的加速度进行处理后转换为鼠标的移动信 号及点击信号，通过本发明，人们在使用鼠标时不用必须坐在桌边，通过空间 手指的运动即可控制鼠标的移动，极大方便了人们的使用。


图1为本发明指戴式鼠标的空间坐标示意图； 图2为本发明指戴式鼠标的外观示意图3(a)为本发明加速传感器沿坐标轴移动时产生的加速度时间函数曲线； 图3 (b)为图3 (a)的加速度时间函数经积分后获得的速度时间函数曲线； 图3 (c)为图3 (b)的速度时间函数经积分后获得的位移时间函数曲线； 图4为本发明在Z轴方向执4亍点击动作时加速传感器产生的加速度时间函 数曲线；
图5为本发明指戴式鼠标的逻辑结构示意图。
具体实施例方式
本发明的核心思想是采用无线设计，以手指作为其载体，通过加速传感 器感应手指的运动，将加速传感器的输出信号转化成主才几可识别的标准鼠标接 口信号输出给主机，此外，结合手写识别技术实现文字输入功能。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明指戴式鼠标的空间坐标示意图，本发明优选实施例中采用三 向加速传感器作为指戴式鼠标的一部分固定在手指的背面(A平面)，指尖所指 的方向为Z轴的正方向，相反的方向为Z轴的负方向，手指在Z轴的运动可用 于实现鼠标的点击操作；手指的右边为X轴的正方向，而左边为X轴的负方向， 手指在X轴的运动可用于实现鼠标的横向控制；手指的上方为Y轴的正方向， 而下方为Y轴的负方向，手指在Y轴的运动可用于实现鼠标的纵向控制。在地球上， 一个g大小的重力加速度始终存在，而且指戴式鼠标在空间的
姿态是不确定的，所以在鼠标静止的状况下，在X轴、Y轴、Z轴三个维度上的加速度矢量和应该等于一个g。本发明利用这一点判断鼠标是否处于静止状态。假设，在某时刻，X轴方向的加速度为xo， Y轴方向的加速度为y。， Z轴方向的加速度为zo。如果x^+y^+z -g2，也就是说三个方向加速度的矢量和大小，等于地球重力加速度的大小，也就可以在技术上判定该鼠标处于静止状态。在实际应用中，可以给定 一 定比例的误差范围，比如g、l-5。/。)^x^+y +zo^gS(l+5Q/。)，在该条件成立时，判定鼠标处于静止状态。否则，该鼠标处于运动状态，也就是执行光标控制的状态。
在静止状态时，三个方向的加速度xo、 yo、 zo准确的描述了该鼠标所处的姿态，也就是佩戴鼠标的手指所处的姿态。比如，ycr-g而xo和zo都为0时，手指处于水平放置的姿态；zo= g而xo和y。都为0时，手指处于指尖垂直往下的姿态。
为了实现该鼠标在任何姿态下，都能够快速正确的进入光标控制状态。该鼠标首先记录鼠标进入运动状态前的静止姿态，然后再以此姿态为参考，计算出X， Y， Z三个方向上的有效控制信号。例如，静止状态下加速传感器输出的加速度为xo、 yo、 zo且xo2+yo2+zo2=g2，而后鼠标ii7v运动状态，加速传感器输出的加i4A为x!、 yp z,且x卩+y，+z卩^g2,该鼠标在X， Y, Z三个方向上的有效控制信号(也就是不包含重力加速度成分的加速度数据)为x2=Xl - xo、 y2=yi-y0、 z2= Zl - zo,通过对X2和"进行两次积分能够得到光标在横轴和纵轴两个方向上的位移信号，通it^j" z2进行波形分析4^取脉冲就能得到鼠标的单击或双击信号。
光标沿X轴方向位移信号的计算方法如下，光标沿Y轴方向的位移信号同理。^f^设该加速感应指戴式鼠标的初始状态是静止不动的，该鼠标沿着X轴正方向移动了一斜巨离，再静止不动。在整个过程中，在去除了重力加速度以后，该鼠标在X轴的正方向上，经历了一个先加速再减速的过程。也就是说，在X轴方向上的有效控制信号X2随时间变化的过程。当加速传感器以每10毫秒检测一次的频率测量加速度，并通过计算得到每个时间点上X2加速信号的准确数
值，其时间函数如图3 (a)所示。速度等于加速度乘以时间，通过对加速度积 分可以得到该鼠标在某一时间点的速度，其时间函数如图3(b)所示。位移等 于速度乘以时间，通过对速度积分可以得到该鼠标的位移数据，其时间函数如 图3(c)所示。至此，我们利用加速传感器输出的相关数据，经过处理得到有 效控制信号，再通过两次积分得到鼠标在X轴方向上的位移。在实际应用中， 通过增加加速度采样的频率，可以提高积分计算的精确度。当该加速感应指戴 式鼠标再次确i人iiyV静止状态以后，速度清零。
对Z2进行波形分析4^脉沖信号的方法如下。假如得到的Z轴方向上的有
效控制信号Z2的时间函数如图4所示，可设定两个脉冲探测参数 一个是ai 加速度阀值，只有当信号绝对值大于该阀值，才认为是有效信号；另一个是^ 最小维持时间，只有当信号在阀值以上的时间超过t!，才认为一个有效的脉沖 被探测到。可将一个有效脉沖对应为鼠标的一次单击动作，将连续的两个有效 脉冲对应为鼠标的双击动作。
图2为本发明指戴式鼠标的一具体实施例的示意图，鼠标壳体01设计为指 环状，以方便固定或套接在手指上，输入控制面板位于壳体的左侧，以方便拇 指在输入控制面板上的操作；工作状态指示灯02用于指示鼠标处于何种工作状 态；电源开关03;向上翻页键04用于实现窗口向上翻页的控制或鼠标位移加 速的控制；向下翻页键05用于实现窗口向下翻页的控制或鼠标位移减速的控 制；手写输入模式按键06用于控制当前输入模式，当其按下时进入手写输入状 态；左键07及右键08用于实现通用鼠标的左右键功能；皿09用于实现通用 鼠标的向上滚动；掩建10用于实现通用鼠标的向下滚动；在圆形M区域下方 的接近感应器11用于监测手指是否接近或接触该按键区域，若接近或接触该区 域则使鼠标进入鼠标模式，否则使鼠标进入阅读模式；鼠标扣12用于将鼠标固 定在手指上。
本发明一优选实施例中，将鼠标的工作模式分为三种，分别是阅读模式、 鼠标才莫式和手写才莫式，(1 )阅读模式
阅读模式是系统默认的工作模式，如图2所示，在接近感应器11开关没有 被打开时，也就是手指没有接近06、 07、 08、 09和IO组成的按键区域时，鼠 标处于阅读模式。在阅读模式下，加速传感器处于休眠状态，相关处理程序停 止工作，只有04和05上下翻页键仍然处于正常工作状态，特别适合阅读文档， 或在讲演过程中控制幻灯片的播放。该模式一方面防止手移动导致的鼠标误操 作，另一方面降低能耗，延长电、M机时间。
(2)鼠标模式
鼠标模式用于实现标准通用鼠标的鼠标操作，如图2所示，在用户大拇指 接近感应器11时，接近感应器开关被打开，^鼠标模式，在鼠标模式下，根 据加速传感器感应的X、 Y和Z的加速信号控制光标的移动和点击。掩建07 作为通用鼠标的左键，4务建08作为通用鼠标的右键，M09作为通用鼠标的 向上滚动，掩建10作为通用鼠标的向下滚动，配合实现通用鼠标的主要功能。 (3 )手写模式
当手写输入才莫式M06被按下时，鼠标处于手写输入模式，在手写输入模 式下，主机实时将鼠标轨迹与字库相匹配，用户可通过左键07和右键08在候 选字中进行选择，通过上键09和下键10在候选字中上下翻页，通过鼠标M 的点击来选择确定或取消。本发明中只有在手写输入才莫式,06保持按下状态 时，手写输入的内容才是有效的，这样可以避免在鼠标操作和选字的过程中所 产生的多余输入；
图5为本发明指戴式鼠标的逻辑结构示意图，主要包括输入模块、主处理 单元、加速传感器、无线接口模块、存储模块、电源管理模块。
输入才莫块，用于接收用户的控制输入信号并将其传送给主处理单元，通过 指示灯等部件向用户才艮告i更备的工作状态。用户的控制输入包括鼠标的开关 信号、滚动条的滚动信号、所有M的控制信号、以及接近感应器的探测信号 等。如图2所示，所述控制输入信号由鼠标侧面的控制面板上的M开关、感 应开关等组件产生。
10加速传感器，用于感应X轴、Y轴、Z轴三维空间上的加速度，并将测量 得到的三个方向上的加速度值传输给主处理单元；
主处理单元，用于对加速传感器输出的三个方向上的加速度值进行处理， 将X轴和Y轴方向上的加速度值转化为主机可识别的鼠标位移信号，将Z轴方 向上的加速度值经信号处理后转化为主机可识别的鼠标点击信号(例如单击或 双击信号)，并将所产生的鼠标位移信号和鼠标点击信号传输给无线接口才莫块； 此外，主处理单元还用于对输入模块的信号进行处理，将其转化为主机可识别 的鼠标控制信号传输给无线接口模块；主处理单元可使用具有一定运算和程序 执行能力的微处理器MCU来实现，若主处理单元具有内置的存储单元，则可 省略添加单独的存储模块。
无线接口模块，用于实现与主机间的无线通信，将主处理单元输出的鼠标 位移信号、鼠标点击信号及鼠标控制信号传输给主机；该模块可采用蓝牙、 ZigBee等短距离无线通讯技术来实现。本发明所述主机指具备相应无线传输能 力的个人电脑、笔记本等能够接入鼠标进行控制的数码设备。
存储才莫块，用于存储系统的主控程序，以及主处理单元在数据处理、信号 控制、数据存储等过程中提供存储空间。
电源管理模块，用于为鼠标提供电源供应及执行电源管理，在鼠标长时间 处于静止状态，且没有M输入时，使各模块进入待机或者休眠模式，以节省 电能、延长待机时间。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1、一种指戴式鼠标，其特征在于，包括输入模块，用于接收用户的控制输入信号并将其传送给主处理单元；加速传感器，用于感应X、Y、Z三维空间坐标上的加速度值，并将感应到的加速度值传送给主处理单元；主处理单元，用于对加速传感器输出的三维空间坐标方向上的加速度值进行处理，转换为主机可识别的鼠标位移信号及点击信号；对输入模块产生的控制输入信号进行处理，转换为主机可识别的鼠标控制信号；无线接口模块，用于实现与主机间的无线通信，将主处理单元输出的鼠标位移信号、鼠标点击信号及鼠标控制信号传输给主机。
2、 根据权利要求1所述的指戴式鼠标，其特征在于，所述主处理单元包含 位移处理单元，用于接收加速传感器输出的X轴和Y轴的加速度值，并根据加速度与速度和位移之间的关系计算出所述指戴式鼠标在X轴和Y轴方向上 的移动距离，然后转换为主机可识别的位移信号输出给无线接口模块；点击处理单元，用于接收加速传感器输出的Z轴方向的加速度值，对其进 行波形分析，根据加速度阀值和最小维持时间抓取有效的脉冲信号，然后根据 有效的脉冲信号产生主机可识别的鼠标点击信号，并将其输出给无线接口模块。
3、 根据权利要求2所述的指戴式鼠标，其特征在于，主处理单元还包含 静止判断模块，用于在采样点判断加速传感器是否处于静止状态，当X、Y、 Z三个方向上加速度的矢量和为一个重力加速度时，则在该采样点所述加速 传感器处于静止状态，否则处于运动状态；去重力干扰才莫块，用于去除各方向加速度中的重力加速度分量，当所迷加 速传感器从静止状态变为运动状态以后，将当前测得的各方向上的加速度值减去之前在静止状态下各个方向上的加速度值；当所述加速传感器从运动状态确 认ii^静止状态以后，将各方向上的速度值置零；然后将处理结果输出给位移 处理单元处理和点击处理单元处理。
4、 根据权利要求1所述的指戴式鼠标，其特征在于，所述输入模块包括 左键输入模块，用于产生鼠标左键按下时的控制输入信号； 右键输入模块，用于产生鼠标右键按下时的控制输入信号； 滚动轮输入才莫块，用于产生鼠标滚动轮滚动控制输入信号，以控制软件窗口的滚动。
5、 根据权利要求4所述的指戴式鼠标，其特征在于，所述输入模块进一步 包括模式切换开关，该开关关闭时则鼠标进入阅读模式，该开关打开时则鼠 标进入鼠标模式。
6、 根据权利要求5所述的指戴式鼠标，其特征在于，所述模式切换开关通 过接近感应装置实现，接近感应模块用于感应手指是否接近或接触到该才莫块， 若是则使鼠标进入鼠标模式，否则鼠标进入阅读模式。
7、 根据权利要求4所述的指戴式鼠标，其特征在于，所述输入模块进一步 包括手写输入模式掩建，用于使鼠标进入手写输入模式。
8、 根据权利要求7所述的指戴式鼠标，其特征在于，只有在手写输入才莫式 皿保持按下时，产生的手写输入信号是有效的。
9、 根据权利要求1所述的指戴式鼠标，其特征在于，所述指戴式鼠标的壳 体设计为指环状，输入控制面板位于壳体的侧面。
全文摘要
本发明公开了一种指戴式鼠标，通过采用加速感应技术感应手指在空中的动作，从而完成通用鼠标的功能，此外，还结合手写识别技术实现手写板的功能，使得鼠标的使用更加灵活、更加小巧轻便、更加节能环保。
文档编号G06F3/033GK101625607SQ20091009096
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者进 何 申请人:进 何