集成耳機功能的智能一體化鼠標設計

陳密欽

摘 要： 隨著因特網的快速發展，電腦進入了千家萬戶，因為電腦的存在使得我們足不出戶就可以了解到外部世界的信息，然而對于那些失去雙手的殘疾人來說使用電腦便很困難，因此設計一款智能一體化鼠標有較好的應用前景。本文主要圍繞Arduino Leonardo硬件平臺介紹、系統軟件介紹、語音識別模塊調試、硬件調試，詳細分析了智能一體化鼠標的硬件和軟件設計，在該系統下作用下，能解決殘疾人使用電腦難的問題。

關鍵詞： Arduino Leonardo；智能一體化鼠標；語音識別；角度傳感器

前言：

物聯網技術已廣泛應用于環境保護、交通運輸、家庭、農業等領域。值得關注的一些領域，物聯網的應用對于反映鐵路、公路突發事件預警、危險區域環境監測、應急救援、救災等重要科學研究價值和實用價值更為重要。其中，鼠標的計算機輸入裝置在現代生活中是必不可少的，市場上現有的鼠標主要是手工制作的，目前還沒有在殘疾人專用鼠標的截肢上，但是對于殘疾人來說，在很多情況下，需要使用計算機和鼠標。面對這種情況，設計一款智能一體化鼠標，體現了一定的研究意義。

一、集成耳機功能的智能一體化鼠標系統的硬件及軟件設計

對智能一體化鼠標系統的軟硬件設計進行分析時，可主要從以下角度出發展開探討：首先，從硬件上來講，其中主要包括主控板、JY901模塊、ld3320模塊。在主控芯片上，系統采用Arduino leonardo，它有20個數字輸入輸出口，7個PWM口以及12個模擬輸入口。相比其它版本的Arduino使用獨立的USB-Serial轉換芯片，Leonardo創新的采用了單芯片解決方案。只用了一片Atmega32u4來實現USB通信以及控制。系統利用其支持USB特性能讓Leonardo模擬成鼠標，進而來控制電腦；同時該系統還利用JY901模塊，其集成高精度的陀螺儀、加速度計、地磁場傳感器，內部集成處理器可以動力學解算與卡爾曼動態濾波算法，能夠快速求解出模塊當前的實時運動姿態可以直接傳輸出三維立體的加速度，角速度，磁場，角度。對于使用者可以非常便捷得到頭部姿態以及運動狀態。對于各個參量都分x軸，y軸，z軸，三部分。主機可以采集值進而處理得到需要的運動狀態。系統總體設計圖如下：

通過 JY901 模塊檢測頭部的運動狀態以及姿態從而進行相應的命令解讀，主要控制光標的上下左右移動。而對于鼠標的單擊，右擊，查找，粘粘，新建功能使用方式則是通過語音識別模塊處理。

其次，從系統的軟件介紹角度出發，集成耳機功能的鼠標系統，它的軟件編程主要包括連接器、編譯器、庫管理等，需要在全面考慮上述編程內容的條件下，獲取較完善的軟件研發方案，并在集成開發環境下將軟件設計部分結合起來。使用Arduino開發環境是一個很好的開發平臺，在這個平臺上使用Arduino語言，其核心采用C/C++語言來編程操作。C/C++語言編程應用范圍較廣，在二維、三維動畫制作及軟件編寫等方面有較好適用性，使其在系統設計上有一定運用價值。在Arduinio編程上也可以采用圖形化編程，其更為人性化。其中，主機模塊程序流程圖如圖2所示。

二、系統測試

（一）軟件調試

編寫好的智能鼠標程序需要對其進行編譯檢查，只有通過編譯的程序代碼才能下載到主控板上[1]。如果編譯不通過要根據軟件提示的錯誤信息進行修改，再重新編譯直到沒有錯誤提示信息，其中有些警告是可以忽略的，但是最好仔細進行檢查，將警告信息也修改掉。

（二）硬件調試

在進行系統內硬件調試時，需要細致分析程序設計結果與具體調試結果不一致的原因，并能在對問題產生原因有明確掌握的情況下，達到預期的系統設計效果。例如，在調試過程中，如果存在主控板串口號無法顯示的問題，可將板子先斷電，然后在按下復位鍵，以便保障系統功能正常發揮；若遇到語音識別模塊無法控制鼠標的情況，可先檢查線路是否連接正確，其次判斷模塊上的咪頭是否正常，這樣一步步的排除錯誤；若出現鼠標移動不靈敏現象，則可以嘗試換下鼠標按鍵安裝的位置，盡可能的講其安裝在靠近下顎的地方，使得檢測的更為準確。總之在具體硬件調試階段，一般需要按照以下步驟進行調試工作：首先檢查設計原理圖連接情況；之后借助檢測儀器判斷線路中是否存在虛焊、短路等現象；檢查電路板焊接位置與原理圖是否一致；在完成上述步驟后，應依次調試各個功能模塊，措施各模塊運作情況。

在調試時還要注意使用的舒適性和人性化，在使用中輕便、簡單。所以我們對開始的帽子結構進行了改造，把助殘鼠標改造成耳機樣式，并且采用伸縮式的機械結構，滿足不同臉型用戶的需求，這樣不但減輕了重量，而且使助殘鼠標的外部結構更加的美觀。

結論：

綜上所述，集成耳機功能的智能一體化鼠標設計系統，其有三大特點：第一，打破了傳統的采用手動控制的模式，而是采用頭戴式，使手部不方便的殘疾人使用電腦成為了可能。第二，鼠標具有光標移動速度可調節、伸縮式的機械結構、帶有左右鍵切換等多項人性化的設計，大大提高了其應用范圍和工作效率。第三，據市場調查分析，國內沒有殘疾人專用鼠標產品出現，因此智能鼠標的設計有很高的研究價值[2]。本文主要從系統設計及實現等方面著手，針對系統硬件平臺及軟件系統進行了闡述，從而為智能鼠標設計系統的合理設計提供借鑒。通過對系統進行硬件以及軟件調試等，能保障系統設計有效性，給那些使用電腦不方便的殘疾人帶來便利。

參考文獻

[1] 王宜懷，劉曉升.嵌入式系統——使用HCS12微控制器的設計與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2] 孫同景.Freescale 9S12十六位單片機原理及嵌入式開發技術[M].北京：機械工業出版社，2008.