摘要：为补偿多媒体教育中激光笔的缺乏，提出了一种根据微加速度计的无线教鞭体系，它不只具有激光笔上下翻页的功用，并且能在空中自在灵敏移动完结高精度点击的功用，该体系以微加速度计ADXL345作为信号检测元件，并选用低功耗低本钱微操控器AT89S52和RF芯片nRF24 L01进行信息处理与无线传榆，契合人体工程学规划，最大极限地满意人们运用鼠标时在手感以及舒适度和运用习气方面的要求。
现在多媒体教育或会议演示中现已用到无线教鞭，可是更多的只能用来文档的翻页，所以运用时还得合作有线或无线的鼠标，正由于这种传统的机械式或光电式鼠标不能脱离平整有冲突的作业外表，本身体积大，作业空间受限制，移动不自在，所以咱们开发出了根据微加速度计的无线教鞭。
国外和港台地区有一些单位早些年现已展开了这方面的研讨，近些年国内对该技能的研讨日趋老练，2002年东南大学的李宏生申请了名为“移动式全电子惯性鼠标”的实用新式专利，它运用加速度计检测到的加速度信号经过积分并分频后发生速度脉冲，再合作专用的鼠标IC芯片完结。2004年清华大学工程物理系张乐平成功规划了一种根据加速度计的惯性鼠标，经过歪斜运用1的办法，获得了很好的作用。2006年上海交通大学微纳科学技能研讨院黄完结志愿等人成功规划出了一种根据微加速度传感器的无线鼠标，以上3种鼠标能够说做的很好，可是他们运用专门的编码和解码芯片或专用的AD转化、鼠标IC芯片或高功用的微操控器，这样相应地增大了板的体积，也增加了本钱，咱们根据此开发出了根据微加速度计ADXL345的无线教鞭，该加速度计集成了AD转化功用能够将收集的加速度信号转化成数字信号，微操控器选用功耗小、价格低的AT89S52，它的无线传输间隔能到达30～60 m，是传统鼠标的2～4倍，能在教师和会议室的任何方位遥控主机端光标的动作，完美的结合了传统鼠标和激光笔的功用，体积能够做的很小，便于带着，灵敏运用与各种场合，并且该无线教鞭契合人体工程学的规划，能防备鼠标手的呈现。
1 体系全体规划
本项目规区分为两部分，远端用户操控子体系和主机端信号接纳子体系。远端用户操控子体系担任收集鼠标位移信息和按键信息，并发送给主机端信号接纳子体系。主机端信号接纳子体系担任对接纳到的信息进行编码并与计算机进行通讯，操控计算机履行相关操作。
远端子体系由微加速度计、微操控器和无线射频接纳器组成。首要，远端子体系收集微加速度计ADXL345的信号，将其经过特别的积分算法转化为位移量。然后，远端子体系归纳位移信号和按键信号，依照无线模块界说的格局对信号进行编码、最终经过无线射频模块将编码好的数据发送给主机端子体系。
主机端子体系由无线射频收发器、微操控器和USB操控芯片组成。USB操控芯片USBPD1D12担任主机端子体系与上位机之间的USB通讯操控。主机端子体系经过USB接口与上位机相连后，上位机操作体系会主动加载HID类设备的驱动程序，完结主机端和上位机的衔接。然后主机端微操控器接纳无线模块nRF24L01传输的位移和按键信号，从而操控光标的移动和按键的操作。
如图1所示，为远端用户操控子体系和主机端信号接纳子体系的结构方框图。
2 体系硬件规划
2.1 远端子体系硬件电路规划
1)微加速度计模块
ADXL345是ADI公司的三轴数字加速度传感器，作业原理是首要由前端感应器材感测加速度的巨细，然后由感应电信号器材转为可识e的模仿电信号，ADXL345中集成了AD转化器，能够将此模仿信号数字化，输出的是16位的二进制补码。最值得一提的它集成了一个32级先进先出(FIFO)存储器办理体系，可用于输出数据的缓冲，下降主机处理器负荷，并下降全体体系功耗。
该芯片首要运用于消费电子的微型惯性器材，最大可感知±16 g的加速度，感应精度可达3.9 mg/LSB，倾角丈量典型差错小于1°，超低功耗。经过其内置的ADC将加速度信号转化为数字量存放在片内缓冲区，在实际运用中，为进步输出数据的稳定性，设置感应规模为±2g，感应精度为3.9 mg，能够满意人体动作加速度规模与精度要求。
ADXL345能够经过SPI总线或I2C总线与单片机衔接，本产品挑选的单片机模块AT89S52不具有SPI和I2C接口，所以咱们选用I/O口模仿I2C总线或SPI总线接口的办法衔接。
2)按键电路模块
按键电路模块首要考虑消抖的问题，咱们这儿选用软件延时消抖，不过没有选用在主程序中延时，这样很糟蹋体系资源，而是用定时器延时设置标志变量的办法。
2.2 主机端子体系硬件电路规划
如图2，微操控器经过P1口(P1.4～P1.7)模仿四线制的SPI总线与nRF24L01衔接，操控信号的接纳与处理，接纳的信号经过P0及其他操控端口传给USB接口芯片PDIUSBD12从而操控主机端光标的移动，其间nRF24L01无线射频模块是一款新式单片射频收发器材，作业于2.4GHz ISM频段，最高作业速率达2 Mbps，信号空中传输时刻很短，极大下降了无线传输中的磕碰现象和电流耗费，该芯片交融了增强型ShockBurst技能，能主动处理字头和CRC效验码，运用便利。该芯片功耗低，在以-6 dBm的功率发射时，作业电流只需9 mA;接纳时，作业电流只需12.3 mA，多种低功率下作形式(掉电形式和闲暇形式)，使节能规划更便利。
PDIUSBD12是Philips公司的一个功用优化的USB器材，一般用于根据微操控器的体系，并经过高速通用并行接口与微操控器进行通讯，并且支撑本地DMA传输。PDIUSDB12完全契合USB1.1规范，也能习惯大多数设备类规范的规划，如成像类、大容量存储类、通讯类、打印类和人工输入设备等。PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。一切这些特性都能在体系完结时节省本钱，一起在外围设备上很简单完结更高档的USB功用。
3 体系软件规划
3.1 远端子体系软件规划
3.1.1 发送和接纳模块
无线RF射频收发模块nRF24L01经过SPI总线衔接用户端和主机端，在运用时要别离对其装备，用户端装备为发射形式，主机端装备为接纳形式，并且要严厉依照其数据格局及流程发送和接纳数据。
3.1.2 微加速度计模块
1)寄存器中数据的重建
微加速度计ADXL345与微处理器之间经过I2C总线衔接，它们之间的数据传输需求遵从I2C总线协议，寄存器0x32至寄存器0x37别离保存x、y、z轴输出数据，输出数据为二进制补码，DATAx0为最低有用字节，DATAx1为最高有用字节，其间x代表X、Y或Z。由于ADXL345为16位数据格局，从数据寄存器中获取加速度数据后，用户有必要对数据进行重建。咱们运用接口函数Multiple_read_ADXL345()多字节接连读取寄存器的数据，然后将高字节左移8位和低字节8位相或的办法对数据重建，且对咱们来说，只需X和Z方向的加速度数据即可，程序如下：
ADXL345_DataReconstrution()
{ unsigned int Acceleration[2];
Multiple_Read_ADXL345();
Acceleration[0]=BUF[1];
ACCeleration[0]=(ACceleration[0]8)|BUF[0];
Acceleration[1]=BUF[5];
Acceleration[1]=(Acceleration[1]8)|BUF[4];
}
2)微加速度计ADXL345与一般鼠标精度的比较
现在市面上一般光学鼠标干流分辨率为400DPI，即每移动1英寸可反应400个不同点的坐标，也即该鼠标的分辨率为25.4 mm/400=0.06 35mm。而ADXL345选用13位或10位的分辨率形式，此形式能够经过DATA_FORMAT寄存器(地址0x31)进行设置，除此之外，该寄存器还能够没置g的规模，有±2 g，±4 g，±8 g，±16 g，该教鞭挑选10位形式，±2 g现已能满意对分辨率的要求，此刻分辨率为4g/1024LSB=3.9mg/ LSB，咱们是将收集到的加速度数据选用16进制数字办法存储在寄存器中，然后取出数据重建区分步长后，经过无线传送至接纳端操控鼠标的移动，而USB鼠标陈述描绘中规则，若接纳到的数据为1则移动一个像素，假定尺度为300mm*190 mm的14寸显示器，分辨率设置为1 024*768，那么横向最小点间隔为300 mm/1 024=0.293 0 mm，尽管这个数据没有一般光学鼠标高，可是关于一般教鞭现已满足，最重要的是咱们能够经过软件设置步长，能够在教鞭微动的时分做出精确移动，在需求情况下大幅晃动教鞭能够快速将光标移动到屏幕边际，契合人体工程学的要求，并且咱们能够改动g值，分辨率形式及步长来自在调整教鞭的移动。设置的步长程序如下：
3.2 主机端子体系软件规划
图3为接纳端主程序流程图，该接纳端软件部分首要包含：PDIUSBD12固件驱动，USB设备的枚举进程。为了使软件可移植性强、易保护，选用分层的办法编写PDIUSBD12的驱动程序。USB驱动程序分红接口和设备操控驱动层、协议层和运用层。运用分层的办法编写的程序条理清晰，可移植性好。而USB HID类是比较大的一个类，HID类设备归于人机交互操作的设备。运用HID设备的一个优点便是，操作体系自带了HID类的驱动程序，而用户无需去开发很费事的驱动程序，只需直接运用API调用即可完结通讯。所以咱们将USB设备枚举成HID设备，这样就能够不必装置驱动而直接运用。USB设备的枚举进程实际上便是奉告PC设备描绘类型。当刺进USB设备后，主时机向设备恳求各种描绘符来辨认设备，包含5个规范描绘符：设备描绘符、装备描绘符、接口描绘符、端点描绘符、字符串描绘符和3个HID设备类特定描绘符：HID描绘符、陈述描绘符、实体描绘符。当主机从它的描绘符中知道了能够知道的一切信息后，便开端为这个设备装置驱动程序。此刻USB枚举进程完毕，设备能够正常运用了。
4 完毕语
本文运用微加速度计和无线RF模块，完结无线遥控的鼠标操作。遥控有用间隔可达30～60 m，功耗小，本钱低，并且遥控无指向性，能大大增强多媒体的人机交互功用。并且该制品外观规划合理，手感舒适，契合人体工程学规划，能避免鼠标手的呈现。
