基于CC3200的漫步鼠標(biāo)設(shè)計(jì)

引 言

長(zhǎng)期使用電腦和鼠標(biāo)，容易引發(fā)腕關(guān)節(jié)綜合癥（鼠標(biāo)手）其致病原因是由于長(zhǎng)期使用電腦鍵盤和鼠標(biāo)，出現(xiàn)食指或中指疼痛、麻木和拇指肌肉無(wú)力感等狀況，發(fā)展下去可能導(dǎo)致神經(jīng)受損，進(jìn)而引起手部肌肉萎縮。每天重復(fù)在鍵盤上打字或移動(dòng)鼠標(biāo)，手腕關(guān)節(jié)長(zhǎng)期、密集、反復(fù)和過(guò)度活動(dòng)，導(dǎo)致周圍神經(jīng)損傷或受壓迫，使神經(jīng)傳導(dǎo)被阻斷，從而造成手掌的感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)發(fā)生障礙。據(jù)調(diào)查，女性腕關(guān)節(jié)癥患者比男性多，這是因?yàn)榕允滞笸ǔ１饶行孕。蟛空猩窠?jīng)易受到壓迫。針對(duì)上述問(wèn)題，許多公司采用激光投影鼠標(biāo)來(lái)解決“鼠標(biāo)手”的問(wèn)題但對(duì)于習(xí)慣使用鼠標(biāo)的人群來(lái)說(shuō)并不方便。為有效解決該問(wèn)題本項(xiàng)目基于輕便靈活的手部貼合控制及物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線信號(hào)采集與傳輸，通過(guò)貼合手指的實(shí)體觸感來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鼠標(biāo)的控制

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

漫步鼠標(biāo)由立體循環(huán)鍵、確定鍵、選擇鍵、前進(jìn)鍵和后退鍵組成。經(jīng)過(guò) CC3200 內(nèi)置的 Cortex-M4 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，由CC3200 內(nèi)置的 WiFi 模塊控制數(shù)據(jù)傳輸，最終在電腦端進(jìn)行控制。系統(tǒng)的總體框圖如圖 1 所示

                                                                      圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊

系統(tǒng)主控制模塊選用Cortex-M4，它是 ARM 家族中一款增強(qiáng)型系列的單片機(jī)，使用高性能 RISC 內(nèi)核，運(yùn)行頻率為80 MHz，該芯片集成了最大 256 kB 的RAM 存儲(chǔ)器及 32 位通道直接存儲(chǔ)內(nèi)存訪問(wèn)（DMA），具有豐富的增強(qiáng) I/O 口和專門針對(duì)高級(jí)快速安全性的硬件加密引擎

2.2 傳輸模塊

CC3200 包含了 WiFi 網(wǎng)絡(luò)處理器子系統(tǒng)，專用的 ARM MCU 完全解除應(yīng)用控制器的WiFi 和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議處理負(fù)擔(dān)WiFi 網(wǎng)絡(luò)處理器（CC3100）包含一個(gè) WiFi 片上互聯(lián)網(wǎng)和一個(gè)可完全免除應(yīng)用 MCU 處理負(fù)擔(dān)的專用 ARM MCU。WiFi 片上互聯(lián)網(wǎng)包含 MCU 射頻、基帶和具有搶答加密引擎的MAC，可實(shí)現(xiàn)支持 256 位加密的快速安全互聯(lián)網(wǎng)連接。WiFi 片上互聯(lián)網(wǎng)還包括嵌入式 TCP/IP 和 TLS/SSL 協(xié)議棧，HTTP 服務(wù)和多種應(yīng)用協(xié)議。CC3200 支持站點(diǎn)，接入點(diǎn)和 WiFi 直連三種模式，支持WPA2 個(gè)人和企業(yè)安全性及 WPS2。每個(gè)配置點(diǎn)的類別和特性見(jiàn)表 1 所列

2.3 ADNS5030光學(xué)傳感器

漫步鼠標(biāo)的控制端采用 ADNS-5030 光學(xué)傳感器，該傳感器是一款低功耗、尺寸小的光學(xué)鼠標(biāo)傳感器，包括一個(gè)新的低功耗架構(gòu)和自動(dòng)電源管理模式，ADNS-5030 能夠高速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)多達(dá) 14 個(gè)IPS 和 2G。此外，它有一個(gè)片上振蕩器和 LED 驅(qū)動(dòng)器， 以減少外部組件。ADNS-5030 配合ADNS-5100 /ADNS-5100-001 光 學(xué)鏡 片，ADNS-5200 固定夾和 HLMP-ED80 LED 組成一個(gè)完整而小巧的鼠標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。光學(xué)鼠標(biāo)直接控制接地面，并檢測(cè)鼠標(biāo)移動(dòng)所構(gòu)成的接地面。光學(xué)鼠標(biāo)由Coer 感測(cè)單元、LED 光源，光學(xué)鏡片與感測(cè) IC 等組件構(gòu)成LED 產(chǎn)生的光線穿過(guò)與棱鏡形成一體的模造鏡片并照射鼠標(biāo)的接地面，由于傳感器讀取表面凹凸不均，因此光線只能以很淺的角度照射凹凸面的最高點(diǎn)，接著傳感器通過(guò)鏡片讀取接地面的影像。光學(xué)傳感器工作時(shí)序如圖 2 所示

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件初始化后，軟件實(shí)現(xiàn)觸控點(diǎn)、ARM 處理器、WiFi、電腦之間的數(shù)據(jù)交換，單片機(jī)對(duì)所采集的物理信息進(jìn)行處理，再通過(guò) ARM 處理器與 WiFi 模塊之間進(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)電腦終端的控制。系統(tǒng)流程如圖 3 所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)利用 ARM 單片機(jī)技術(shù)，將按鍵控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、WiFi 通信技術(shù)、手勢(shì)編輯軟件等技術(shù)進(jìn)行綜合。整體設(shè)計(jì)體現(xiàn)了 WiFi 傳感器和 ARM 處理器體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)及鼠標(biāo)不在受固定形態(tài)的影響。提高了鼠標(biāo)的距離和無(wú)形態(tài)化，減少了現(xiàn)代人的鼠標(biāo)病，提供健康的生活方式。

            圖 3 系統(tǒng)流程框圖