CN104503602A - 一种基于立体感应的无线鼠标 - Google Patents

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程新功
耿欣
刘恒涛
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
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Abstract

一种基于立体感应的无线鼠标，包括鼠标外壳与置于鼠标外壳内部的感应装置和电源模块，其特征是，所述鼠标外壳的下半部为椭球形，所述鼠标外壳内部底设有配重块，所述鼠标外壳顶部为球形弧面，所述球形弧面上设有左键、DPI切换键与右键；所述感应装置包括：六轴运动处理传感器、微处理器、无线发送装置与无线接收装置；所述六轴运动处理传感器感应立体空间位置并依次通过微处理器、无线发送装置与无线接收装置将信息传递给计算机；所述无线接收装置通过USB接口与计算机连接。它解决了现有鼠标对于使用平面的依赖，能够适用于任何场合，使用灵活方便。

Description

一种基于立体感应的无线鼠标
技术领域
本发明涉及一种无线鼠标，尤其涉及一种基于立体感应的无线鼠标。
背景技术
随着社会科技水平迅速发展，多媒体技术在生活、工作中的应用越来越广，鼠标的出现使得操纵电脑更加的方便灵活。但是目前市场上存在的鼠标适用范围窄、品种少等问题。
传统鼠标是用一根数据线和计算机通信的，这就限定了用户不能够远距离的操作计算机。最近几年，市场上出现了多种无线的鼠标。有基于光电传感技术、射频技术等等的鼠标，给用户带来了全新的体验。
光电传感技术摆脱了鼠标使用距离短的缺点，但是它仍然只能在桌面上使用，射频技术的鼠标在无线传输方面更为成熟，但也没能使鼠标脱离开桌面的限制，从而可以看出市场上存在的鼠标都不能摆脱固定平面的束缚，平面的不光滑或不平整都会使鼠标不能正常的使用，从而给使用者带来很大的不便。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种立体感应的无线鼠标，避免了依赖平面移动鼠标在使用过程中造成的不便。
为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于立体感应的无线鼠标，包括鼠标外壳与置于鼠标外壳内部的感应装置和电源模块，所述鼠标外壳的下半部为椭球形，所述鼠标外壳内部底设有配重块，所述鼠标外壳顶部为球形弧面，所述球形弧面上设有左键、DPI切换键与右键；所述感应装置包括：六轴运动处理传感器、微处理器、无线发送装置与无线接收装置；所述六轴运动处理传感器感应立体空间位置并依次通过微处理器、无线发送装置与无线接收装置将信息传递给计算机；所述无线接收装置通过USB接口与计算机连接。
所述六轴运动处理传感器包括一个三轴加速度传感器、一个三轴陀螺仪和一个能够扩展的数字运动处理器。
所述六轴运动处理传感器为MPU-6050，所述MPU-6050的第1引脚接地，所述MPU-6050的第1引脚与第8引脚之间接电容C4，所述MPU-6050的第8引脚接降压电路输出端，所述MPU-6050的第10引脚与第11引脚之间接电容C6，所述MPU-6050的第11引脚接地，所述MPU-6050的第13引脚通过电容C9接地，所述MPU-6050的第13引脚接降压电路输出端，所述MPU-6050的第18引脚接地，所述MPU-6050的第18引脚与第20引脚之间接电容C5，所述MPU-6050的第23、24引脚分别通过电阻R2、R1与降压电路输出端连接。
所述无线发送装置与无线发送装置采用NRF24L01单片无线收发器芯片。
所述USB接口的电路采用PDIUSBD12芯片。
所述降压电路采用的AMS1117正向低压降稳压器，所述AMS1117输入端连接升压电路输出端，所述升压电路采用的LTC1872升压DC/DC控制器。
所述升压电路具体结构为：所述LTC1872的输入端口连接3.0V电压源，所述LTC1872的输入端口与SENSE端口之间连接电阻R6，所述LTC1872的输入端口通过电容C20接地，所述LTC1872的NGATE端接MOS管M1的栅极，所述LTC1872的VFB端通过电阻R9接地，所述LTC1872的SENSE端与MOS管M1漏极端连接电感L4，所述MOS管M1的漏极通过稳压二极管D3连接升压电路输出端，所述MOS管M1端的源极接地，所述MOS管M1的源极与升压电路输出端之间接电容C27，所述升压电路输出端与LTC1872的VFB端之间接电阻R12。
所述微处理器为MC9S12XS128单片机。
本发明的有益效果为：
1、利用空间姿态感应鼠标的姿态，实现鼠标的移动，摆脱了鼠标对于平面光滑度的依赖，使鼠标可以应用于光滑，不光滑以及不平整的环境下；
2、鼠标的灵敏度可调，灵敏度高时，使用者只需稍微改变倾角就可以控制，适用于各种特殊场合；
3、用六轴运动处理传感器去精确测量鼠标的空间倾角是该鼠标的关键性技术，通过六轴运动处理传感器感知空间鼠标姿态的前倾后仰或是左倾右倾就可以控制鼠标的上下左右的移动，当鼠标的倾角大于一定范围时鼠标动作，这就避免了由于使用者拿在手中时的轻微震动而引起的鼠标误操作；
4、鼠标的移动速度是由倾角的变化速度来决定的，使鼠标的操作更灵活，更加智能化，人性化。
附图说明
图1 鼠标外壳示意图；
图2 感应装置框图；
图3 MPU-6050运动处理传感器；
图4 NRF2401工作电路；
图5 USB接口电路；
图6 5V转3.3V电路；
图7 3.0V升5V电路；
图8 MC9S12XS128的最小系统。
其中，1鼠标外壳；2配重块；3左键；4DPI切换键；5右键。
具体实施方式
如图1所示，一种基于立体感应的无线鼠标，包括鼠标外壳1与置于鼠标外壳内部的感应装置和电源模块，所述鼠标外壳的下半部为椭球形，所述鼠标外壳内部底设有配重块2，所述鼠标外壳顶部为球形弧面，所述球形弧面上设有左键3、DPI切换键4与右键5。
如图2所示，所述感应装置包括：六轴运动处理传感器、微处理器、无线发送装置与无线接收装置；所述六轴运动处理传感器感应立体空间位置并依次通过微处理器、无线发送装置与无线接收装置将信息传递给计算机；所述无线接收装置通过USB接口与计算机连接。
所述六轴运动处理传感器包括一个三轴加速度传感器、一个三轴陀螺仪和一个能够扩展的数字运动处理器。
如图3所示，所述六轴运动处理传感器为MPU-6050，所述MPU-6050的第1引脚接地，所述MPU-6050的第1引脚与第8引脚之间接电容C4，所述MPU-6050的第8引脚接降压电路输出端，所述MPU-6050的第10引脚与第11引脚之间接电容C6，所述MPU-6050的第11引脚接地，所述MPU-6050的第13引脚通过电容C9接地，所述MPU-6050的第13引脚接降压电路输出端，所述MPU-6050的第18引脚接地，所述MPU-6050的第18引脚与第20引脚之间接电容C5，所述MPU-6050的第23、24引脚分别通过电阻R2、R1与降压电路输出端连接。
MPU-6050集成了一个三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，加速度传感器用于测量角度，但是加速度传感器抗干扰能力低，通过加速度传感器数据和陀螺仪数据相互融合提高了角度的精确性，同时也减小了零飘和温飘。通过六轴运动处理传感器可以感知鼠标姿态变化从而计算出鼠标的倾斜角度。
如图4所示，所述无线发送装置与无线发送装置采用NRF24L01单片无线收发器芯片。NRF24L01通过SPI总线与控制器进行通信，ANT1和ANT2是天线接口，VDD_PA则是给天线匹配网络供电的。IREF连接一个22K的电阻，用于给放大器提供参考电流。DVDD是内部电源输出，用于去耦，需连接一个33nF的电容接地。本发明中使用的nRF24L01模块采用两层板，板基采用环氧树脂。在靠近芯片电源引脚的地方放置去耦电容，再并联上一个10nF的钽电容，这样可以保证nRF24L01的供电电源经过良好的滤波。
如图5所示，所述USB接口的电路采用PDIUSBD12芯片。它集成了USB接口协议。它支持DMA数据传输协议，这种传输协议的传输速度快，接口方便，最高传输速度可达2MB/s，并支持并行传输协议，通过并口能够与单片机方便的连接在一起，并能带来更快的传输速度。PDIUSBD12的供电范围为4.5V-5.5V，工作电流很小，所以它的功耗也是较低的。它采用双列直插封装，这样散热性能会好，可以在-40～+85℃的环境下正常工作。
PDIUSBD12的数据接口与MC9S12XS128的PB接口连接，构成数据总线。INT_N是一个中断请求引脚，在本发明中它与单片机的外部中断引脚PH0相连接，INT_N引脚为中断引脚，低电平有效，当有数据需要通过并口传送时，中断引脚向MC9S12XS128单片机发出中断请求。由于MC9S12XS128单片机并不适合用DMA控制方式，所以直接用并口连接，此时可以直接将PDIUSBD12看成一个并口的存储器，进行通信即可。地址位A0接单片机PH1。PDIUSBD12根据A0的值的不同，来判断单片机发送的数据是命令还是数据。若A0＝0时，则判断是数据；若A0＝1时，则判断是命令。GL_N是通信指示灯，在有数据传输的情况下它会不停的亮暗交替。如果PDIUSBD12出现问题或无数据传输时，则LED会关闭。
由于没有使用DMA总线控制方式，所以DMACK_N和DMREQ_N等DMA模块的引脚没有使用到，悬空处理就可以。
如图6所示，所述降压电路采用的AMS1117正向低压降稳压器，所述AMS1117输入端连接升压电路输出端，所述升压电路采用的LTC1872升压DC/DC控制器。AMS1117是一个正向低压降稳压器，其内部集成过热保护和限流电路，输出电压精度在1％之内。该稳压芯片功耗低，精度高，适合为本设计中的3.3v供电端供电。同样在输入电压端和输出电压端各并联一个电容，作用是滤波。
如图7所示，所述升压电路具体结构为：所述LTC1872的输入端口连接3.0V电压源，所述LTC1872的输入端口与SENSE端口之间连接电阻R6，所述LTC1872的输入端口通过电容C20接地，所述LTC1872的NGATE端接MOS管M1的栅极，所述LTC1872的VFB端通过电阻R9接地，所述LTC1872的SENSE端与MOS管M1漏极端连接电感L4，所述MOS管M1的漏极通过稳压二极管D3连接升压电路输出端，所述MOS管M1端的源极接地，所述MOS管M1的源极与升压电路输出端之间接电容C27，所述升压电路输出端与LTC1872的VFB端之间接电阻R12。
LTC1872是一款电流模式升压DC/DC控制器,其工作频率550KHz、输入电压范围2.5V～9.8V、负载电流高达2A。此器件的具有高工作频率，低功耗和高效率等优点。LTC1872保证输出电压精度±2.5％。输出出电压只受外部元件性能的限制。输出电压的计算公式位VOUT＝VIN*(1+R9/R7)，所以输入电压为3v，要使输出电压为5v，需配置R7为147k，R9为98k。在输入电压端和输出电压端各并联一个电容，作用是滤波。
如图8所示，所述微处理器为MC9S12XS128单片机。其最小系统包括单片机以及与单片机连接的晶振电路，指示电路，重置电路以及滤波电路。MC9S12XS128单片机为是汽车级16为微处理芯片，它有丰富的配置，有一个12位精度的A/D转换器，它的总线频率最高可超频至80MHz，支持S12的模糊指令集，所以也能进行较为复杂的数学运算。
本发明用六轴运动处理传感器去精确测量鼠标的空间倾角是该鼠标的关键性技术，通过六轴运动处理传感器感知空间鼠标姿态的前倾后仰或是左倾右倾就可以控制鼠标的上下左右的移动，当鼠标的倾角大于一定范围时鼠标动作，这就避免了由于使用者拿在手中时的轻微震动而引起的鼠标误操作，鼠标的移动速度是由倾角的变化速度来决定的，空间无线鼠标灵敏度可调，灵敏度高时，使用者只需稍微改变倾角就可以控制，适应各种特殊的场合。本发明鼠标的外形不同于现有鼠标，鼠标底部为椭圆形球体，同时配有配重块，这种设计即可使倾角变化灵敏也可使鼠标在不使用的情况下仍然保持平衡状态。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于立体感应的无线鼠标，包括鼠标外壳与置于鼠标外壳内部的感应装置和电源模块，其特征是，所述鼠标外壳的下半部为椭球形，所述鼠标外壳内部底设有配重块，所述鼠标外壳顶部为球形弧面，所述球形弧面上设有左键、DPI切换键与右键；所述感应装置包括：六轴运动处理传感器、微处理器、无线发送装置与无线接收装置；所述六轴运动处理传感器感应立体空间位置并依次通过微处理器、无线发送装置与无线接收装置将信息传递给计算机；所述无线接收装置通过USB接口与计算机连接。
2.如权利要求1所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述六轴运动处理传感器包括一个三轴加速度传感器、一个三轴陀螺仪和一个能够扩展的数字运动处理器。
3.如权利要求1或2所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述六轴运动处理传感器为MPU-6050，所述MPU-6050的第1引脚接地，所述MPU-6050的第1引脚与第8引脚之间接电容C4，所述MPU-6050的第8引脚接降压电路输出端，所述MPU-6050的第10引脚与第11引脚之间接电容C6，所述MPU-6050的第11引脚接地，所述MPU-6050的第13引脚通过电容C9接地，所述MPU-6050的第13引脚接降压电路输出端，所述MPU-6050的第18引脚接地，所述MPU-6050的第18引脚与第20引脚之间接电容C5，所述MPU-6050的第23、24引脚分别通过电阻R2、R1与降压电路输出端连接。
4.如权利要求3所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述无线发送装置与无线发送装置采用NRF24L01单片无线收发器芯片。
5.如权利要求3所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述USB接口的电路采用PDIUSBD12芯片。
6.如权利要求3所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述降压电路采用的AMS1117正向低压降稳压器，所述AMS1117输入端连接升压电路输出端，所述升压电路采用的LTC1872升压DC/DC控制器。
7.如权利要求3所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述升压电路具体结构为：所述LTC1872的输入端口连接3.0V电压源，所述LTC1872的输入端口与SENSE端口之间连接电阻R6，所述LTC1872的输入端口通过电容C20接地，所述LTC1872的NGATE端接MOS管M1的栅极，所述LTC1872的VFB端通过电阻R9接地，所述LTC1872的SENSE端与MOS管M1漏极端连接电感L4，所述MOS管M1的漏极通过稳压二极管D3连接升压电路输出端，所述MOS管M1端的源极接地，所述MOS管M1的源极与升压电路输出端之间接电容C27，所述升压电路输出端与LTC1872的VFB端之间接电阻R12。
8.如权利要求2或6或7任一所述的一种基于立体感应的无线鼠标，其特征是，所述微处理器为MC9S12XS128单片机。
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