一種適用于教學的紅外無線鼠標的設計

李杏清　王志兵

摘 要

本文針對教學翻頁筆只能翻頁，不能像鼠標一樣選擇，拖拉等問題，提出了一種適用于教學的紅外無線鼠標的設計制作方法，該方法以STC89C51單片機為控制核心，通過角度傳感器和重力傳感器感知鼠標的移動動作，同時，通過紅外發射和接受完成無線通信，從而實現教學翻頁和鼠標一體的功能。

【關鍵詞】翻頁筆 STC89C51單片機 角度傳感器 重力傳感器 紅外模塊 無線鼠標

隨著信息化教學技術的不斷發展，課堂教學越來越多地融入了各種信息化教學技術，例如電子任務單（課前、課堂、課后），課堂教學軟件、慕課課程平臺、網絡課程平臺、3D動畫、課堂教學錄像、微課視頻、網絡論壇、資源共享網站、作品評價系統、QQ平臺、微信平臺等手段實現教育信息化。通過以上教育信息化手段來實現上課簽到、布置任務、資源共享、提交作業、師生互動、課后交流、投票管理，效果評價等。為了在課堂上更好地應用這些信息化教學技術，這就對多媒體、電腦、翻頁筆和無線控制鼠標等的要求越來越高，教學中我們經常應用到翻頁筆來控制PPT，但是翻頁筆功能有限，雖然不少人對翻頁筆做了改進和功能升級，但是仍缺乏像鼠標一樣可以對電腦和投影儀等進行靈活控制，不能隨意地進行選擇、拖拉和空中移動控制等，所以適用于教學的無線控制鼠標的設計就顯得十分有意義。

1 教學翻頁筆

教學翻頁筆又稱為無線激光筆或者電子教鞭，它是專門為計算機及多媒體投影機設計的一種教學設備。教學翻頁筆由無線發射設備、無線接收設備和控制器組成，無線發送設備安裝在翻頁筆中，接收設備和電腦相連接，當教師或者演講者在使用PPT進行演講時，演講者不必一直守在電腦旁邊，可以通過教學翻頁筆來控制PPT的翻頁，返回、標記重點和激光指示，對于電子教學十分的方便。隨著技術的進步，許多人對翻頁筆做了改進，使翻頁筆不僅可以對PPT進行控制，對其它電子文檔也可以進行控制，甚至增加了U盤存儲功能和錄音功能，這樣翻頁筆還可以當U盤使用或者幫助演講者進行錄音。

教學翻頁筆使教師可以一定距離控制電子文檔的播放、翻頁和重點標記，增強了教師和學生的互動，提高了教學的質量和效率，但是翻頁筆并不能像鼠標一樣來控制電腦，甚至不能夠對電子文檔進行內容選擇，拖拉和一些常用的控制操作，比如說復制，粘貼，插入等，功能相對簡單，難以滿足現代信息化教學。因此我們想在教學翻頁筆的基礎上進行改進和創新，設計一種外觀類似教學翻頁筆，功能和鼠標差不多的無線鼠標來幫助教學和演講。

2 無線鼠標

無線鼠標主要由發射裝置、控制電路、接收裝置和調制解調電路組成，無線發射和接收技術可以是Wi-Fi、藍牙、紅外等，發送裝置和控制電路裝在鼠標中，接收器通過USB或者其它接口和電腦相連，可以在一定的距離對電腦、電視、投影設備進行無線控制，對電腦操作者非常的方便。

雖然說無線鼠標相對于有線鼠標來說非常的方便，但是在教學和演講中仍然存在著問題，那就是無線鼠標必須在桌子上或者鼠標墊上使用，不能像翻頁筆一樣在空中翻轉使用。在桌子上或者鼠標墊上我們可以很方便的滑動鼠標滾輪，但是在空中卻沒有著力點，而且在空中對投影儀上播放的電子檔案中的內容進行定位要比在電腦屏幕上難很多，我們必須要通過手勢動作和重力感應才能對特定點進行識別和定位，并且要通過相應的濾波處理和手勢識別算法來判別指令。所以說如果能把翻頁筆和普通無線鼠標的功能結合起來，設計一種適應于教學和演講的無線鼠標，相信能夠大大地提高教學和演講的效果。

3 適用于教學的紅外無線鼠標的設計

本文設計了一種適用于教學的紅外無線鼠標，主要由發射模塊、接收模塊、濾波電路、解調電路和控制電路組成，其中，控制芯片為AT89C51，發射模塊和接收模塊之間通過紅外發射和接收模塊實現兩者之間的無線通信，發射模塊集成在手持端，接收模塊通過USB接口與PC終端相連，最終由控制芯片和接收端的USB驅動電路實現無線鼠標的控制功能。

如圖1所示，發射模塊主要由角度傳感器、重力傳感器、AT89C51單片機、紅外發射模塊組成，主要功能是實現對手勢動作趨勢信息的采集和發送。其中角度傳感器和重力傳感器用于檢測使用時X、Y坐標的變化，通過感知使用者的動作并就動作定義為特殊指令，最后由控制芯片對X、Y坐標變化趨勢進行分析，完成對鼠標移動軌跡的模擬。

如圖2所示，接受模塊主要由紅外接受模塊、濾波電路、解調電路、AT89C51單片機、USB接口組成，主要功能是等待捕捉發送端的信號并進行處理。接收端在接收信號成功后通過對X、Y坐標變化，進行算法處理時，需用對動作過程中誤差較大的坐標進行濾波，簡化鼠標的移動方向，并通過手勢匹配的方式，正確反映鼠標的運動趨勢，從而更好地完成對手勢運動趨勢的分析和處理，實現鼠標的空中準確定位。

在動作感應模塊方面，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，測量精度高，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系統，連接方便，穩定性極高，MPU6050模塊通過處理器讀取測量數據然后通過串口輸出。ADXL345 是一款小巧纖薄的低功耗三軸加速度計，可以對高達±16 g的加速度進行高分辨率（13 位）測量。ADXL345 非常適合移動設備應用。它可以在傾斜檢測應用中測量靜態重力加速度，還可以測量運動或沖擊導致的動態加速度它具有高分辨率，能夠測量約 0.25°的傾角變化。

用MPU6050角度傳感器和ADXL345 重力傳感器來感知手勢動作，如揮手，擺臂，上移，下移等，然后通過紅外發射器把數據發送出去，再由接收端對信號進行濾波，解調和手勢算法處理，最后將不同的動作定義為特殊的功能，如實現教學演講時PPT、Word以及其它電子文檔等的上翻、下翻、前進、返回、切換窗口，拖拉、選擇、復制、粘貼等無線鼠標功能。

4 結束語

本文針對教學翻頁筆只能翻頁，不能像鼠標一樣選擇，拖拉等問題，提出了一種適用于教學的紅外無線鼠標的設計制作方法，該方法以STC89C51單片機為控制核心，通過角度傳感器和重力傳感器感知鼠標的移動動作，同時，通過紅外發射和接受完成無線通信，從而實現教學翻頁和鼠標一體的功能。

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作者簡介

李杏清（1983-），女，云南省保山市人。研究生學歷。研究方向為電子技術、傳感器技術。

作者單位

1.廣東創新科技職業學院 廣東省東莞市 523960

2.東莞職業技術學院 廣東省東莞市 523808