一種適用于教學(xué)的紅外無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)

李杏清　王志兵

摘 要

本文針對(duì)教學(xué)翻頁(yè)筆只能翻頁(yè)，不能像鼠標(biāo)一樣選擇，拖拉等問(wèn)題，提出了一種適用于教學(xué)的紅外無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)制作方法，該方法以STC89C51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)角度傳感器和重力傳感器感知鼠標(biāo)的移動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)，通過(guò)紅外發(fā)射和接受完成無(wú)線通信，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)翻頁(yè)和鼠標(biāo)一體的功能。

【關(guān)鍵詞】翻頁(yè)筆 STC89C51單片機(jī) 角度傳感器 重力傳感器 紅外模塊 無(wú)線鼠標(biāo)

隨著信息化教學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，課堂教學(xué)越來(lái)越多地融入了各種信息化教學(xué)技術(shù)，例如電子任務(wù)單（課前、課堂、課后），課堂教學(xué)軟件、慕課課程平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)、3D動(dòng)畫(huà)、課堂教學(xué)錄像、微課視頻、網(wǎng)絡(luò)論壇、資源共享網(wǎng)站、作品評(píng)價(jià)系統(tǒng)、QQ平臺(tái)、微信平臺(tái)等手段實(shí)現(xiàn)教育信息化。通過(guò)以上教育信息化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)上課簽到、布置任務(wù)、資源共享、提交作業(yè)、師生互動(dòng)、課后交流、投票管理，效果評(píng)價(jià)等。為了在課堂上更好地應(yīng)用這些信息化教學(xué)技術(shù)，這就對(duì)多媒體、電腦、翻頁(yè)筆和無(wú)線控制鼠標(biāo)等的要求越來(lái)越高，教學(xué)中我們經(jīng)常應(yīng)用到翻頁(yè)筆來(lái)控制PPT，但是翻頁(yè)筆功能有限，雖然不少人對(duì)翻頁(yè)筆做了改進(jìn)和功能升級(jí)，但是仍缺乏像鼠標(biāo)一樣可以對(duì)電腦和投影儀等進(jìn)行靈活控制，不能隨意地進(jìn)行選擇、拖拉和空中移動(dòng)控制等，所以適用于教學(xué)的無(wú)線控制鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)就顯得十分有意義。

1 教學(xué)翻頁(yè)筆

教學(xué)翻頁(yè)筆又稱(chēng)為無(wú)線激光筆或者電子教鞭，它是專(zhuān)門(mén)為計(jì)算機(jī)及多媒體投影機(jī)設(shè)計(jì)的一種教學(xué)設(shè)備。教學(xué)翻頁(yè)筆由無(wú)線發(fā)射設(shè)備、無(wú)線接收設(shè)備和控制器組成，無(wú)線發(fā)送設(shè)備安裝在翻頁(yè)筆中，接收設(shè)備和電腦相連接，當(dāng)教師或者演講者在使用PPT進(jìn)行演講時(shí)，演講者不必一直守在電腦旁邊，可以通過(guò)教學(xué)翻頁(yè)筆來(lái)控制PPT的翻頁(yè)，返回、標(biāo)記重點(diǎn)和激光指示，對(duì)于電子教學(xué)十分的方便。隨著技術(shù)的進(jìn)步，許多人對(duì)翻頁(yè)筆做了改進(jìn)，使翻頁(yè)筆不僅可以對(duì)PPT進(jìn)行控制，對(duì)其它電子文檔也可以進(jìn)行控制，甚至增加了U盤(pán)存儲(chǔ)功能和錄音功能，這樣翻頁(yè)筆還可以當(dāng)U盤(pán)使用或者幫助演講者進(jìn)行錄音。

教學(xué)翻頁(yè)筆使教師可以一定距離控制電子文檔的播放、翻頁(yè)和重點(diǎn)標(biāo)記，增強(qiáng)了教師和學(xué)生的互動(dòng)，提高了教學(xué)的質(zhì)量和效率，但是翻頁(yè)筆并不能像鼠標(biāo)一樣來(lái)控制電腦，甚至不能夠?qū)﹄娮游臋n進(jìn)行內(nèi)容選擇，拖拉和一些常用的控制操作，比如說(shuō)復(fù)制，粘貼，插入等，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，難以滿足現(xiàn)代信息化教學(xué)。因此我們想在教學(xué)翻頁(yè)筆的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)一種外觀類(lèi)似教學(xué)翻頁(yè)筆，功能和鼠標(biāo)差不多的無(wú)線鼠標(biāo)來(lái)幫助教學(xué)和演講。

2 無(wú)線鼠標(biāo)

無(wú)線鼠標(biāo)主要由發(fā)射裝置、控制電路、接收裝置和調(diào)制解調(diào)電路組成，無(wú)線發(fā)射和接收技術(shù)可以是Wi-Fi、藍(lán)牙、紅外等，發(fā)送裝置和控制電路裝在鼠標(biāo)中，接收器通過(guò)USB或者其它接口和電腦相連，可以在一定的距離對(duì)電腦、電視、投影設(shè)備進(jìn)行無(wú)線控制，對(duì)電腦操作者非常的方便。

雖然說(shuō)無(wú)線鼠標(biāo)相對(duì)于有線鼠標(biāo)來(lái)說(shuō)非常的方便，但是在教學(xué)和演講中仍然存在著問(wèn)題，那就是無(wú)線鼠標(biāo)必須在桌子上或者鼠標(biāo)墊上使用，不能像翻頁(yè)筆一樣在空中翻轉(zhuǎn)使用。在桌子上或者鼠標(biāo)墊上我們可以很方便的滑動(dòng)鼠標(biāo)滾輪，但是在空中卻沒(méi)有著力點(diǎn)，而且在空中對(duì)投影儀上播放的電子檔案中的內(nèi)容進(jìn)行定位要比在電腦屏幕上難很多，我們必須要通過(guò)手勢(shì)動(dòng)作和重力感應(yīng)才能對(duì)特定點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和定位，并且要通過(guò)相應(yīng)的濾波處理和手勢(shì)識(shí)別算法來(lái)判別指令。所以說(shuō)如果能把翻頁(yè)筆和普通無(wú)線鼠標(biāo)的功能結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)一種適應(yīng)于教學(xué)和演講的無(wú)線鼠標(biāo)，相信能夠大大地提高教學(xué)和演講的效果。

3 適用于教學(xué)的紅外無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種適用于教學(xué)的紅外無(wú)線鼠標(biāo)，主要由發(fā)射模塊、接收模塊、濾波電路、解調(diào)電路和控制電路組成，其中，控制芯片為AT89C51，發(fā)射模塊和接收模塊之間通過(guò)紅外發(fā)射和接收模塊實(shí)現(xiàn)兩者之間的無(wú)線通信，發(fā)射模塊集成在手持端，接收模塊通過(guò)USB接口與PC終端相連，最終由控制芯片和接收端的USB驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)無(wú)線鼠標(biāo)的控制功能。

如圖1所示，發(fā)射模塊主要由角度傳感器、重力傳感器、AT89C51單片機(jī)、紅外發(fā)射模塊組成，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)手勢(shì)動(dòng)作趨勢(shì)信息的采集和發(fā)送。其中角度傳感器和重力傳感器用于檢測(cè)使用時(shí)X、Y坐標(biāo)的變化，通過(guò)感知使用者的動(dòng)作并就動(dòng)作定義為特殊指令，最后由控制芯片對(duì)X、Y坐標(biāo)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，完成對(duì)鼠標(biāo)移動(dòng)軌跡的模擬。

如圖2所示，接受模塊主要由紅外接受模塊、濾波電路、解調(diào)電路、AT89C51單片機(jī)、USB接口組成，主要功能是等待捕捉發(fā)送端的信號(hào)并進(jìn)行處理。接收端在接收信號(hào)成功后通過(guò)對(duì)X、Y坐標(biāo)變化，進(jìn)行算法處理時(shí)，需用對(duì)動(dòng)作過(guò)程中誤差較大的坐標(biāo)進(jìn)行濾波，簡(jiǎn)化鼠標(biāo)的移動(dòng)方向，并通過(guò)手勢(shì)匹配的方式，正確反映鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而更好地完成對(duì)手勢(shì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的空中準(zhǔn)確定位。

在動(dòng)作感應(yīng)模塊方面，采用三維角度傳感MPU6050模塊和ADXL345 三軸重力傳感器模塊。其中，MPU6050模塊抗感染能力強(qiáng)，測(cè)量精度高，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系統(tǒng)，連接方便，穩(wěn)定性極高，MPU6050模塊通過(guò)處理器讀取測(cè)量數(shù)據(jù)然后通過(guò)串口輸出。ADXL345 是一款小巧纖薄的低功耗三軸加速度計(jì)，可以對(duì)高達(dá)±16 g的加速度進(jìn)行高分辨率（13 位）測(cè)量。ADXL345 非常適合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用。它可以在傾斜檢測(cè)應(yīng)用中測(cè)量靜態(tài)重力加速度，還可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)或沖擊導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)加速度它具有高分辨率，能夠測(cè)量約 0.25°的傾角變化。

用MPU6050角度傳感器和ADXL345 重力傳感器來(lái)感知手勢(shì)動(dòng)作，如揮手，擺臂，上移，下移等，然后通過(guò)紅外發(fā)射器把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，再由接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，解調(diào)和手勢(shì)算法處理，最后將不同的動(dòng)作定義為特殊的功能，如實(shí)現(xiàn)教學(xué)演講時(shí)PPT、Word以及其它電子文檔等的上翻、下翻、前進(jìn)、返回、切換窗口，拖拉、選擇、復(fù)制、粘貼等無(wú)線鼠標(biāo)功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)教學(xué)翻頁(yè)筆只能翻頁(yè)，不能像鼠標(biāo)一樣選擇，拖拉等問(wèn)題，提出了一種適用于教學(xué)的紅外無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)制作方法，該方法以STC89C51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)角度傳感器和重力傳感器感知鼠標(biāo)的移動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)，通過(guò)紅外發(fā)射和接受完成無(wú)線通信，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)翻頁(yè)和鼠標(biāo)一體的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]陶志成，張海.MPU6050和STM32L52的微功耗三維無(wú)線鼠標(biāo)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015（12）：1-4.

[2]詹杰，王勁松，李仕瑤.基于CC2500收發(fā)器和AVR單片機(jī)的無(wú)線鼠標(biāo)設(shè)計(jì)[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，34（01）：42-45.

[3]曹青，歐陽(yáng)紅林，胡彪.基于角速率陀螺儀的無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微機(jī)電技術(shù)應(yīng)用，2008，24（12）：230-232.

[4]吳大中.一種用于多媒體教學(xué)的無(wú)線鼠標(biāo)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009（02）：91-94.

[5]周成虎，李小魁，韓大偉.無(wú)線鼠標(biāo)電路設(shè)計(jì)及算法實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，201220（12）：3329-3331.

作者簡(jiǎn)介

李杏清（1983-），女，云南省保山市人。研究生學(xué)歷。研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、傳感器技術(shù)。

作者單位

1.廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 廣東省東莞市 523960

2.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東省東莞市 523808