一种新型无线光电鼠标设计

陈彪++马振++葛业静

摘 要随着时代的发展，多媒体设备已经成了我们生活中的一部分。而鼠标，无疑是十分重要的辅助设备。有线鼠标在一些场合使用不便，基于无线定位系的鼠标，可以有效的解决这些问题。无线鼠标不仅仅能够有效地解决在特殊场所有线鼠标使用困难的不利境地而且可以让鼠标使用更为便利，特别是无线光电式鼠标具有更多优势。

【关键词】无线 定位 数据采集 鼠标

1 引言

当前社会处于高速发展的信息化时代，因此鼠标作为计算机的重要辅助设备的被重视度是日益增加的。作为鼠标中广受欢迎的无线鼠标以其无线通信的优势而广泛使用。其中技术较为成熟的就是光电式无线鼠标，该鼠标以其使用稳定，可靠性高，相较其它类型鼠标也存在着一定的价格优势等优点被大众认可。

2 总体方案设计

2.1 定位实现

一般光电鼠标由以下几部分组成，即光学感应器、光学透镜、发光二极管、控制芯片、按键、滚轮、连线、PS/2或USB接口[1]。这些部件的作用相互补充，紧密协作，以此通过图像采集、图像分析和光标定位三个主要步骤，从而实现鼠标的定位功能。

本鼠标采用光电原理，主要采用采样图像来判断鼠标的相对位移。鼠标内设的发光二极管提供光源，进而使得鼠标底部的物体表面被照亮。表面被照亮之后，通过光学透镜光学感应器采集一组连续的图像。然后特定处理芯片对图像进行处理，普通光电式无线鼠标首先对图像选择特征点，再通过特征点的变化从而得到鼠标位置在方向和距离上的变化，最后把位置变化通过定位光标反映在在用户界面上。而本鼠标采用双摄像头采集数據，其一摄像头采集的图像选择特定的特征点，另一摄像头的采集的图像也选取与前一摄像头对应的特征点。特征点是事先确定好的，调整时钟使两摄像头同时采集图像。通过相应的特征点之间变化来确定鼠标位置在方向与距离上的变化。

2.2 无线模块原理

无线模块分为发送端和接收端。

发送端无线模块采用了4线SPI协议，先有主控芯片获取、分析摄像头采集的图像，计算出鼠标位移方向和速度，而后与按键、滚轮信号一起打包在一个数组中送至无线模块的数据缓冲区。无线模块将该数组再次打包，通过PCB天线，高频发送。

接收端无线模块采用与接收端同样的电路，也是4线SPI协议，不同的是，接收端先接收来自发送端的数据包，解包后存放至接收端的数据缓冲区，之后接收端主控芯片从接收端的数据缓冲区读取数据，接收端主控芯片由此获得鼠标位移方向、速度、按键、滚轮信号，最后通过USB串口将其送入计算机，计算机随之做出反应。

该无线模块可在3.3V低电压下工作，功耗小。无线通信速度可达2Mbps，数据包每次可传输 1～32Byte 的数据，内置2.4G天线，工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段，体积小，抗干扰能力强。

3 算法说明

3.1 位移测量的具体过程

光电鼠标通过将鼠标的实际位移映射到图形用户界面的坐标系统，以此实现鼠标移动与光标移动的变换，它们都采用了平面直角坐标系。平面直角坐标系所构成的坐标系统中，依据基本的数学知识可知如果想要确定鼠标坐标必须要具备完备的坐标体系，以及横纵坐标的具体值。那么坐标系统在图形用户界面选择特定的点作为原点，并且建立相应的直角坐标系。已知原坐标，通过偏移量就可以确定新位置的坐标。由于屏幕是由像素构成，这也是鼠标灵敏度的重要影响因素。针对像素边界和坐标系统边界可以通过软件编程来进行处理，从而消除。至于鼠标超越边界循环以及移动速率均可由软件编程进行处理。

图形用户界面将显示坐标分为M×NPPi，如Windows系统中的1024×768PPi。鼠标位移的X分量表示横向的位置，Y分量表示纵向的位移，两者不会相互影响，可以用算法分开处理。位移测量的难点在于如何解决显示坐标的上下界限阻碍鼠标不能跨度大距离的问题。首先就要明确的是鼠标移动的确切方向，例如向下持续的移动，便一定会到达下边界，若向上持续移动便一定会到达上边界。可以明确每次到边界时，将像素xi与yi均会依据边界位置被唯一确定，比如每次鼠标到达上边界时，像素yi便会被置零而xi值却保持不变。其次依据记录的超过边界的次数和当前精确坐标与初始设定坐标之差，便能够确切得出鼠标指针移动的像素距离。然后就可以比例因子μ将指针位移换算为实际位移，最终可以有效实现鼠标的实际测距。

4 数据处理流程

其整体系统数据处理流程如下：

先由鼠标主体底部的双摄像头获取图像并处理，得知鼠标的位移方向与速度，送至置于鼠标主体内部的发送端主控芯片中，同时送进来的还有鼠标按键和滚轮数据，发送端主控芯片对这些数据进行处理，综合出鼠标此时所有的动作。而后把这些数据通过无线模块送到插在电脑USB接口上的接收端。接收端接收到数据后解包送到接收端的主控芯片，接收端主控芯片得到鼠标位移方向、速度、按键、滚轮信号后直接利用USB串口发送至计算机，计算机由此做出反应。

参考文献

[1]高弘毅.光学鼠标的结构与工作原理[J].电子测试，2003（09）：108-113.

[2]林邓伟，邢文生.光电鼠标芯片组在无接触检测运动物体中的应用[J].微计算机信息，2006（20）：131-133.

[3]张劲波，曾昭江，李杏清，张仁忠.一种新型无线鼠标的定位算法研究[J].无线互联科技，2017（01）：14-15.

[4]昌学年，姚毅，闫玲.位移传感器的发展及研究[J].计量与测试技术，2009（09）：42-44.

作者简介

陈彪（1995-），男，安徽省阜阳市人。安徽师范大学物理与电子信息学院。研究方向为电子信息工程

马振（1994-），男，安徽省宿州市人。安徽师范大学物理与电子信息学院。研究方向为自动化

葛业静（1996-），女，安徽省宿州市人。南京邮电大学人文与社会科学学院。研究方向为人口学

通讯作者简介

葛业静（1996- ），女，安徽省宿州市人。南京邮电大学人文与社会科学学院。研究方向为人口学。

作者单位

1.安徽师范大学物理与电子信息学院 安徽省芜湖市 241000

2.南京邮电大学人文与社会科学学院 江苏省南京市 210000