CN110007788A - 非接触电容式虚拟鼠标控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非接触电容式虚拟鼠标控制系统，属于鼠标控制技术领域，具体包括近程电容传感器阵列的输入端与驱动电路相连接，近程电容传感器阵列的输出端与控制电路相连接，控制电路的输出端与计算机相连接；控制电路包括模拟开关、C/V转换电路、LPF电路、ADC电路、USB HID接口电路和FPGA中心控制器，模拟开关与近程电容传感器阵列的输出端相连接，模拟开关依次通过C/V转换电路、LPF电路与ADC电路相连接，USB HID接口电路与计算机相连接，模拟开关、ADC电路和USB HID接口电路还分别与FPGA中心控制器相连接；本发明结构简单，操作方便，能够利用近程电容传感器阵列感应手势控制鼠标。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触电容式虚拟鼠标控制系统，属于鼠标控制技术领域。
背景技术
在常规的基于处理器的系统（例如膝上型计算机、台式计算机、蜂窝电话、诸如游戏装置的媒体播放装置以及其它这样的装置）中，触摸屏输入的鼠标命令提供了对键盘或鼠标输入的光标命令的使用的备选方案。例如，鼠标命令可以被用来移动光标以便在显示屏上做出选择。常规地，用户的手中握着鼠标并且鼠标的移动会移动光标。在鼠标上的按钮上单击使能选择被光标叠压的显示的对象。但是在一些情况下，移动用户可能会发现使用鼠标是不方便的，因为需要携带可能比实际的基于处理器的装置（例如蜂窝电话）更大的附加装置。而且，使用小屏幕装置（例如在蜂窝电话上发现的那些），可能没有足够的屏幕空间来选择在屏幕上显示的一些更小的特征。另一个问题是在显示屏上小图标按钮或链接的情况下对用户来说可能难以精确地将鼠标光标放置在特定位置处。
发明内容
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种结构简单，操作方便，利用近程电容传感器阵列感应手势控制鼠标的非接触电容式虚拟鼠标控制系统。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为非接触电容式虚拟鼠标控制系统，包括两组近程电容传感器阵列、驱动电路、控制电路及计算机，所述近程电容传感器阵列的输入端与驱动电路相连接，所述近程电容传感器阵列的输出端与控制电路相连接，所述控制电路的输出端与计算机相连接；所述控制电路包括模拟开关、C/V转换电路、LPF电路、ADC电路、USB HID接口电路和FPGA中心控制器，所述模拟开关与近程电容传感器阵列的输出端相连接，所述模拟开关依次通过C/V转换电路、LPF电路与ADC电路相连接，所述USB HID接口电路与计算机相连接，所述模拟开关、ADC电路和USB HID接口电路还分别与FPGA中心控制器相连接；所述近程电容传感器阵列用于探测手部的运动轨迹；所述模拟开关用于切换不同的敏感电极分时复用工作；所述C/V转换电路用于将传感器的敏感端接收的交流激励电流转换为交流电压信号；所述LPF电路用于对交流电压信号整流为直流信号；所述ADC电路用于对直流信号的隔直；所述USB HID接口电路用于实现USB HID命令的解析，与计算机的鼠标相应操作；所述FPGA中心控制器用于负责各电路工作时序与USB接口通信外，并对传感器阵列信号进行处理，包含通过线性加权法得到较为手部运动方向与对鼠标单击、右击、双击手势的解析。
优选的，所述驱动电路包括有源振荡器和低通滤波电路，所述有源振荡器用于提供1MHz的交流信号，经过低通滤波电路滤波处理后，得到1MHz、1V的正弦电压。
优选的，所述模拟开关采用ADG1212，其供电为±15V，二通道。
优选的，所述USB HID接口电路采用PDIUSBDl2接口芯片。
优选的，所述近程电容传感器阵列采用导电材料铜皮或PCB制作，每组近程电容传感器阵列均主要由五个电极组成，其中四个电极环绕一中心电极均匀分布，中心电极为发射电极，其余为敏感电极。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明结构简单，操作方便，利用模拟开关对近程电容传感器阵列的敏感电极切换，检测的各电极敏感信息解算得到手部的运动信息；通过对特定手部信息解算，得到鼠标单击、右击、双击、各方向移动，然后控制器将解算信号对应的USB HID协议命令写入USB接口电路实现鼠标操作功能，灵敏度高，并且大大增加了人机交互的趣味性。
附图说明
图1 为本发明中的控制原理框图。
图2为本发明中C/V电路与LPF电路图。
图3为本发明中USB HID接口电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图3所示，非接触电容式虚拟鼠标控制系统，包括两组近程电容传感器阵列1、驱动电路2、控制电路3及计算机4，近程电容传感器阵列1的输入端与驱动电路2相连接，近程电容传感器阵列1的输出端与控制电路3相连接，控制电路3的输出端与计算机4相连接；控制电路3包括模拟开关5、C/V转换电路6、LPF电路7、ADC电路8、USB HID接口电路9和FPGA中心控制器10，模拟开关5与近程电容传感器阵列1的输出端相连接，模拟开关5依次通过C/V转换电路6、LPF电路7与ADC电路8相连接，USB HID接口电路9与计算机4相连接，模拟开关5、ADC电路8和USB HID接口电路9还分别与FPGA中心控制器10相连接，近程电容传感器阵列1用于探测手部的运动轨迹；模拟开关5用于切换不同的敏感电极分时复用工作；C/V转换电路6用于将传感器的敏感端接收的交流激励电流转换为交流电压信号；LPF电路7用于对交流电压信号整流为直流信号；ADC电路8用于对直流信号的隔直；USB HID接口电路9用于实现USB HID命令的解析，与计算机的鼠标相应操作；FPGA中心控制器10用于负责各电路工作时序与USB接口通信外，并对传感器阵列信号进行处理，包含通过线性加权法得到较为手部运动方向与对鼠标单击、右击、双击手势的解析。
其中，近程电容传感器阵列1采用导电材料铜皮或PCB制作，每组近程电容传感器阵列均主要由五个电极组成，其中四个电极环绕一中心电极均匀分布，中心电极为发射电极，其余为敏感电极。敏感电极不同时工作，通过控制电路中的模拟开关进行切换，这样减小功耗及降低电路成本。手部移动时，引起各方位传感器的敏感，但因手部与各传感器的距离不同产生敏感大小不同，通过个传感器敏感大小与电极的中心位置，利用线性加权法获得较为精确的手部空间位置。对不同时间的手部空间位置的解算或是手部的运动信息，从而解算鼠标的操作意图。
驱动电路2包括有源振荡器和低通滤波电路，有源振荡器用于提供1MHz的交流信号，经过低通滤波电路滤波处理后，得到1MHz、1V的正弦电压，提高敏感空间的场能。模拟开关5采用ADG1212，其供电为±15V，二通道，其导通电容较小，为1pF，对后续电容传感器影响较小。通过控制通道切换可以满足不同的驱动与敏感电极分时复用工作。
USB HID接口电路9采用PDIUSBDl2接口芯片。如图3所示。通过FPGA控制PDIUSBDl2来实现设备与PC机的通信，其中地址位A0为1 时，表示发送的是命令，A0为0时，发送或接受的为数据；读写信号RD-N和WR-N与中断信号lNT-N均为低有效；数据总线 D[7：O]为双向。GLN是芯片的工作指示灯。Ⅺ-ALl和 XTAL2接6MHz晶振。D+和D一是USB差分数据线接USB插头上。对于电源部分，由于PDIUSBDl2与FPGA连接，板上的电源可以从FPGA电路板上获得3．3V。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。
Claims (5)
1.非接触电容式虚拟鼠标控制系统，其特征在于：包括两组近程电容传感器阵列、驱动电路、控制电路及计算机，所述近程电容传感器阵列的输入端与驱动电路相连接，所述近程电容传感器阵列的输出端与控制电路相连接，所述控制电路的输出端与计算机相连接；所述控制电路包括模拟开关、C/V转换电路、LPF电路、ADC电路、USB HID接口电路和FPGA中心控制器，所述模拟开关与近程电容传感器阵列的输出端相连接，所述模拟开关依次通过C/V转换电路、LPF电路与ADC电路相连接，所述USB HID接口电路与计算机相连接，所述模拟开关、ADC电路和USB HID接口电路还分别与FPGA中心控制器相连接，所述近程电容传感器阵列用于探测手部的运动轨迹；所述模拟开关用于切换不同的敏感电极分时复用工作；所述C/V转换电路用于将传感器的敏感端接收的交流激励电流转换为交流电压信号；所述LPF电路用于对交流电压信号整流为直流信号；所述ADC电路用于对直流信号的隔直；所述USBHID接口电路用于实现USB HID命令的解析，与计算机的鼠标相应操作；所述FPGA中心控制器用于负责各电路工作时序与USB接口通信外，并对传感器阵列信号进行处理，包含通过线性加权法得到较为手部运动方向与对鼠标单击、右击、双击手势的解析。
2.根据权利要求1所述的非接触电容式虚拟鼠标控制系统，其特征在于：所述驱动电路包括有源振荡器和低通滤波电路，所述有源振荡器用于提供1MHz的交流信号，经过低通滤波电路滤波处理后，得到1MHz、1V的正弦电压。
3.根据权利要求1所述的非接触电容式虚拟鼠标控制系统，其特征在于：所述模拟开关采用ADG1212，其供电为±15V，二通道。
4.根据权利要求1所述的非接触电容式虚拟鼠标控制系统，其特征在于：所述USB HID接口电路采用PDIUSBDl2接口芯片。
5.根据权利要求1所述的非接触电容式虚拟鼠标控制系统，其特征在于：所述近程电容传感器阵列采用导电材料铜皮或PCB制作，每组近程电容传感器阵列均主要由五个电极组成，其中四个电极环绕一中心电极均匀分布，中心电极为发射电极，其余为敏感电极。
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|---|---|---|---|---|
| CN111416611A (zh) * | 2019-08-27 | 2020-07-14 | 神盾股份有限公司 | 电容感测装置 |
| CN112741621A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-04 | 深圳大学 | 一种基于电容传感器的姿势识别系统和方法 |
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| CN209803748U (zh) * | 2019-05-18 | 2019-12-17 | 叶勇 | 一种非接触电容式虚拟鼠标控制系统 |
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