專利名稱：一種基于mems加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維無(wú)線輸入裝置，具體說(shuō)，是涉及一種基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置。
背景技術(shù)：
人在正常進(jìn)行人機(jī)交互的過(guò)程中，對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)和運(yùn)行過(guò)程中的理解，都是通過(guò)人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前市面上的電腦輸入設(shè)備有:鍵盤、鼠標(biāo)、觸控板、指點(diǎn)桿、軌跡球和觸摸屏等。鍵盤輸入是用戶進(jìn)行字符敲擊輸入的主要輸入模式，市面上最常見的鍵盤是QWERT鍵盤，一般 采用I / 2in見方的按鍵，按鍵之間的空間為I / 4in。鍵面稍微下凹，采用磨沙面，減少了按鍵的光反射和手指打滑，讓指尖和按鍵有良好的接觸；無(wú)論是在筆記本電腦還是在臺(tái)式機(jī)市場(chǎng)，鼠標(biāo)是現(xiàn)今除鍵盤外最為流行的以點(diǎn)擊和移動(dòng)為主要輸入模式的輸入設(shè)備。與鼠標(biāo)點(diǎn)擊和移動(dòng)的輸入模式不同，觸控板(Touch Pad或Track Pad)是以手觸及移動(dòng)為主要輸入模式的輸入設(shè)備；觸摸屏是一種直接在屏幕上進(jìn)行操作的輸入模式；指點(diǎn)桿是另一種流行于筆記本電腦的輸入設(shè)備，是IBM公司專為ThinkPad研發(fā)的指取用戶輸入模式；軌跡球的工作原理和鼠標(biāo)相似，是一個(gè)倒置的鼠標(biāo)。其球體旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)量被轉(zhuǎn)換成XY方向的位移，來(lái)控制屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)。綜上所述，現(xiàn)有的無(wú)線輸入裝置都是通過(guò)按鈕的方式來(lái)控制設(shè)備的輸入和響應(yīng)，存在反應(yīng)時(shí)間慢、靈敏度不高及局限于光滑平整的操作表面等缺陷問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置，以MEMS替換機(jī)械控制部件，實(shí)現(xiàn)采用旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)的工作模式來(lái)操縱二維裝置的二維平動(dòng)，以增加輸入裝置的靈敏度和擴(kuò)展其使用范圍，使其能夠在任意空間隨意操作。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置，包括一個(gè)二維輸入系統(tǒng)和一個(gè)三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型；所述的二維輸入系統(tǒng)包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS加速度傳感器、微控制器和無(wú)線射頻傳輸模塊，以完成加速度信號(hào)的采集、處理和無(wú)線傳輸，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線射頻的接收和輸入信號(hào)的通訊協(xié)議編碼處理，并通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接；所述的三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型包括一個(gè)立方體載體及一個(gè)雙軸加速度計(jì)和一個(gè)單軸加速度計(jì)，所述的雙軸加速度計(jì)和單軸加速度計(jì)分別設(shè)置在立方體載體的兩個(gè)相互正交的平面上，且所述的雙軸加速度計(jì)和單軸加速度計(jì)均與遠(yuǎn)端子系統(tǒng)中的MEMS加速度傳感器相連接。作為一種優(yōu)選方案，所述的雙軸加速度計(jì)設(shè)置在立方體載體的頂面上，其兩個(gè)敏感軸分別指向水平方向的X軸和Y軸；所述的單軸加速度計(jì)設(shè)置在立方體載體的側(cè)面上，其敏感軸指向重力加速度的方向。作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的雙軸加速度計(jì)為ADXL203型雙軸加速度計(jì)，所述的單軸加速度計(jì)為ADXL103型單軸加速度計(jì)。作為一種優(yōu)選方案，所述的無(wú)線射頻傳輸模塊采用跳頻方式擴(kuò)展頻譜。作為一種優(yōu)選方案，所述的無(wú)線收發(fā)模塊采用GFSK調(diào)制模式提供傳輸速率。作為一種優(yōu)選方案，所述的無(wú)線收發(fā)模塊為nRF2401芯片。作為一種優(yōu)選方案，所述的微控制器包括徑向基函數(shù)(Radial basisfunction, RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、EMD分解模塊、小波包分解模塊和S-G(Savitzky-Golay)平滑濾波器。作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的微控制器進(jìn)行加速度信號(hào)的處理過(guò)程包括如下步驟:a)通過(guò)I/O接口獲取MEMS加速度傳感器采集到的加速度信號(hào)并傳輸給RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；b)將經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)分析后的加速度信號(hào)傳輸給EMD分解模塊；c)將經(jīng)EMD分解模塊分解后的加速度信號(hào)傳輸給小波包分解模塊；d)將經(jīng)小波包分解模塊再分解后的加速度信號(hào)傳輸給S-G平滑濾波器；e)將經(jīng)S-G平滑濾波器進(jìn)行濾波去噪后的加速度信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻傳輸模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置，利用MEMS加速度傳感器來(lái)敏感運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并集成無(wú)線射頻、嵌入式和ARM技術(shù)及USB通訊等技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)的二維輸入系統(tǒng)及利用加速度計(jì)各輸出軸之間的位置耦合關(guān)系建立的一個(gè)三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)了三維環(huán)境下的實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)了采用旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)的工作模式來(lái)操縱二維裝置的二維平動(dòng)，即:通過(guò)一個(gè)雙軸加速度計(jì)的前后、左右轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)控制屏幕上光標(biāo)的上下、左右移動(dòng)；這種工作模式既區(qū)別于一般鼠標(biāo)的平動(dòng)模式，又增加了輸入裝置的靈敏度，同時(shí)還擴(kuò)展了其使用范圍，使其不再局限于光滑平整的操作表面，而能夠在空間隨意操作，具有極強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是實(shí)施例中所述的二維輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例中所述的三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、立方體載體；2、雙軸加速度計(jì)；3、單軸加速度計(jì)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)闡述:本發(fā)明提供的一種基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置，包括一個(gè)二維輸入系統(tǒng)(如圖1所示)和一個(gè)三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型(如圖2所示)，所述的二維輸入系統(tǒng)包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS加速度傳感器、微控制器和無(wú)線射頻傳輸模塊，以完成加速度信號(hào)的采集、處理和無(wú)線傳輸，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線射頻的接收和輸入信號(hào)的通訊協(xié)議編碼處理，并通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接；所述的三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型包括一個(gè)立方體載體I及一個(gè)雙軸加速度計(jì)2和一個(gè)單軸加速度計(jì)3，所述的雙軸加速度計(jì)2和單軸加速度計(jì)3分別設(shè)置在立方體載體I的兩個(gè)相互正交的平面上，且所述的雙軸加速度計(jì)2和單軸加速度計(jì)3均與遠(yuǎn)端子系統(tǒng)中的MEMS加速度傳感器相連接。作為一種優(yōu)選方案，所述的雙軸加速度計(jì)設(shè)置在立方體載體的頂面上，其兩個(gè)敏感軸Acl和Ac2分別指向水平方向的X軸和Y軸；所述的單軸加速度計(jì)設(shè)置在立方體載體的側(cè)面上，其敏感軸Ac3指向重力加速度的方向；由此可得到三維MEMS加速度計(jì)模型的運(yùn)動(dòng)方程組:
權(quán)利要求
1.一種基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:包括一個(gè)二維輸入系統(tǒng)和一個(gè)三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型；所述的二維輸入系統(tǒng)包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)端子系統(tǒng)包括MEMS加速度傳感器、微控制器和無(wú)線射頻傳輸模塊，以完成加速度信號(hào)的采集、處理和無(wú)線傳輸，所述的主機(jī)端子系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)模塊、主控制器和USB接口，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線射頻的接收和輸入信號(hào)的通訊協(xié)議編碼處理，并通過(guò)USB接口與主機(jī)進(jìn)行連接；所述的三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型包括一個(gè)立方體載體及一個(gè)雙軸加速度計(jì)和一個(gè)單軸加速度計(jì)，所述的雙軸加速度計(jì)和單軸加速度計(jì)分別設(shè)置在立方體載體的兩個(gè)相互正交的平面上，且所述的雙軸加速度計(jì)和單軸加速度計(jì)均與遠(yuǎn)端子系統(tǒng)中的MEMS加速度傳感器相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:所述的雙軸加速度計(jì)設(shè)置在立方體載體的頂面上，其兩個(gè)敏感軸分別指向水平方向的X軸和Y軸；所述的單軸加速度計(jì)設(shè)置在立方體載體的側(cè)面上，其敏感軸指向重力加速度的方向。
3.如權(quán)利要求2所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:所述的雙軸加速度計(jì)為ADXL203型雙軸加速度計(jì)，所述的單軸加速度計(jì)為ADXL103型單軸加速度計(jì)。
4.如權(quán)利要求 1所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:所述的無(wú)線射頻傳輸模塊采用跳頻方式擴(kuò)展頻譜。
5.如權(quán)利要求1所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:所述的無(wú)線收發(fā)模塊采用GFSK調(diào)制模式提供傳輸速率。
6.如權(quán)利要求5所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:所述的無(wú)線收發(fā)模塊為nRF2401 芯片。
7.如權(quán)利要求1所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于:所述的微控制器包括徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、EMD分解模塊、小波包分解模塊和S-G平滑濾波器。
8.如權(quán)利要求7所述的三維無(wú)線輸入裝置，其特征在于，所述的微控制器進(jìn)行加速度信號(hào)的處理過(guò)程包括如下步驟: a)通過(guò)I/O接口獲取MEMS加速度傳感器采集到的加速度信號(hào)并傳輸給RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； b)將經(jīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)分析后的加速度信號(hào)傳輸給EMD分解模塊； c)將經(jīng)EMD分解模塊分解后的加速度信號(hào)傳輸給小波包分解模塊； d)將經(jīng)小波包分解模塊再分解后的加速度信號(hào)傳輸給S-G平滑濾波器； e)將經(jīng)S-G平滑濾波器進(jìn)行濾波去噪后的加速度信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻傳輸模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MEMS加速度計(jì)的三維無(wú)線輸入裝置，其包括一個(gè)二維輸入系統(tǒng)和一個(gè)三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型；所述的二維輸入系統(tǒng)包括遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)，所述的三維加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)模型包括一個(gè)立方體載體及一個(gè)雙軸加速度計(jì)和一個(gè)單軸加速度計(jì)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)采用旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)的工作模式來(lái)操縱二維裝置的二維平動(dòng)，即通過(guò)一個(gè)雙軸加速度計(jì)的前后、左右轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)控制屏幕上光標(biāo)的上下、左右移動(dòng)；這種工作模式既區(qū)別于一般鼠標(biāo)的平動(dòng)模式，又增加了輸入裝置的靈敏度，同時(shí)還擴(kuò)展了其使用范圍，使其不再局限于光滑平整的操作表面，而能夠在空間隨意操作，具有極強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G06F3/03GK103235649SQ20131017051
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者錢莉 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)