[發明專利]一種基于MEMS加速度計的三維無線輸入裝置

無效

• 申請號: 201310170512.8
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103235649A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 錢莉
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06F3/03
• 分類號: G06F3/03;G06F3/0346;G06F3/048
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種三維無線輸入裝置，具體說，是涉及一種基于MEMS加速度計的三維無線輸入裝置。

背景技術

人在正常進行人機交互的過程中，對計算機的系統狀態和運行過程中的理解，都是通過人機界面來實現的。目前市面上的電腦輸入設備有：鍵盤、鼠標、觸控板、指點桿、軌跡球和觸摸屏等。鍵盤輸入是用戶進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l／2in見方的按鍵，按鍵之間的空間為1／4in。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；無論是在筆記本電腦還是在臺式機市場，鼠標是現今除鍵盤外最為流行的以點擊和移動為主要輸入模式的輸入設備。與鼠標點擊和移動的輸入模式不同，觸控板（Touch?Pad或Track?Pad）是以手觸及移動為主要輸入模式的輸入設備；觸摸屏是一種直接在屏幕上進行操作的輸入模式；指點桿是另一種流行于筆記本電腦的輸入設備，是IBM公司專為ThinkPad研發的指取用戶輸入模式；軌跡球的工作原理和鼠標相似，是一個倒置的鼠標。其球體旋轉的運動量被轉換成XY方向的位移，來控制屏幕上的光標移動。

綜上所述，現有的無線輸入裝置都是通過按鈕的方式來控制設備的輸入和響應，存在反應時間慢、靈敏度不高及局限于光滑平整的操作表面等缺陷問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種基于MEMS加速度計的三維無線輸入裝置，以MEMS替換機械控制部件，實現采用旋轉加速度計的工作模式來操縱二維裝置的二維平動，以增加輸入裝置的靈敏度和擴展其使用范圍，使其能夠在任意空間隨意操作。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于MEMS加速度計的三維無線輸入裝置，包括一個二維輸入系統和一個三維加速度計運動模型；所述的二維輸入系統包括遠端子系統和主機端子系統，所述的遠端子系統包括MEMS加速度傳感器、微控制器和無線射頻傳輸模塊，以完成加速度信號的采集、處理和無線傳輸，所述的主機端子系統包括無線收發模塊、主控制器和USB接口，以實現無線射頻的接收和輸入信號的通訊協議編碼處理，并通過USB接口與主機進行連接；所述的三維加速度計運動模型包括一個立方體載體及一個雙軸加速度計和一個單軸加速度計，所述的雙軸加速度計和單軸加速度計分別設置在立方體載體的兩個相互正交的平面上，且所述的雙軸加速度計和單軸加速度計均與遠端子系統中的MEMS加速度傳感器相連接。

作為一種優選方案，所述的雙軸加速度計設置在立方體載體的頂面上，其兩個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設置在立方體載體的側面上，其敏感軸指向重力加速度的方向。

作為進一步優選方案，所述的雙軸加速度計為ADXL203型雙軸加速度計，所述的單軸加速度計為ADXL103型單軸加速度計。

作為一種優選方案，所述的無線射頻傳輸模塊采用跳頻方式擴展頻譜。

作為一種優選方案，所述的無線收發模塊采用GFSK調制模式提供傳輸速率。

作為一種優選方案，所述的無線收發模塊為nRF2401芯片。

作為一種優選方案，所述的微控制器包括徑向基函數（Radial?basis?function,RBF）神經網絡、EMD分解模塊、小波包分解模塊和S-G(Savitzky-Golay)平滑濾波器。

作為進一步優選方案，所述的微控制器進行加速度信號的處理過程包括如下步驟：

a)通過I/O接口獲取MEMS加速度傳感器采集到的加速度信號并傳輸給RBF神經網絡；

b)將經RBF神經網絡預測分析后的加速度信號傳輸給EMD分解模塊；

c)將經EMD分解模塊分解后的加速度信號傳輸給小波包分解模塊；

d)將經小波包分解模塊再分解后的加速度信號傳輸給S-G平滑濾波器；

e)將經S-G平滑濾波器進行濾波去噪后的加速度信號傳輸給無線射頻傳輸模塊。