CN101625607A

CN101625607A - 一种指戴式鼠标

Info

Publication number: CN101625607A
Application number: CN200910090961A
Authority: CN
Inventors: 何进
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2010-01-13

Abstract

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。

Description

一种指戴式鼠标

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，使用不是很方便、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，微电子机械系统)技术，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展起来的高科技产业。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，小汽车的安全气囊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囊，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。在数码相机和摄像机里，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，加速度测量范围从±2g到±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技术和无线鼠标技术相结合，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。

进一步地，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。

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；

去重力干扰模块，用于去除各方向加速度中的重力加速度分量，当所述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按键保持按下时，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侧面。

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，通过微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。

附图说明

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；

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轴方向执行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机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x₀，Y轴方向的加速度为y₀，Z轴方向的加速度为z₀。如果x₀ ²+y₀ ²+z₀ ²＝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g²(1-5％)≤x₀ ²+y₀ ²+z₀ ²≤g²(1+5％)，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x₀、y₀、z₀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，y₀＝-g而x₀和z₀都为0时，手指处于水平放置的姿态；z₀＝g而x₀和y₀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x₀、y₀、z₀且x₀ ²+y₀ ²+z₀ ²＝g²，而后鼠标进入运动状态，加速传感器输出的加速度为x₁、y₁、z₁且x₁ ²+y₁ ²+z₁ ²≠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＝x₁-x₀、y₂＝y₁-y₀、z₂＝z₁-z₀，通过对x₂和y₂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，通过对z₂进行波形分析抓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。假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轴正方向移动了一段距离，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认进入静止状态以后，速度清零。

对z₂进行波形分析抓取脉冲信号的方法如下。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a₁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t₁最小维持时间，只有当信号在阀值以上的时间超过t₁，才认为一个有效的脉冲被探测到。可将一个有效脉冲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；按键09用于实现通用鼠标的向上滚动；按键10用于实现通用鼠标的向下滚动；在圆形按键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、鼠标模式和手写模式，

(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10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，延长电池待机时间。

(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，进入鼠标模式，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。按键07作为通用鼠标的左键，按键08作为通用鼠标的右键，按键09作为通用鼠标的向上滚动，按键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

当手写输入模式按键06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，通过鼠标按键的点击来选择确定或取消。本发明中只有在手写输入模式按键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，通过指示灯等部件向用户报告设备的工作状态。用户的控制输入包括：鼠标的开关信号、滚动条的滚动信号、所有按键的控制信号、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按键开关、感应开关等组件产生。

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模块；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。

存储模块，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，且没有按键输入时，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。

Claims

1、一种指戴式鼠标，其特征在于，包括：

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：

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：

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；

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模块，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：手写输入模式按键，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，只有在手写输入模式按键保持按下时，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。