集成耳机功能的智能一体化鼠标设计

陈密钦

摘 要： 随着因特网的快速发展，电脑进入了千家万户，因为电脑的存在使得我们足不出户就可以了解到外部世界的信息，然而对于那些失去双手的残疾人来说使用电脑便很困难，因此设计一款智能一体化鼠标有较好的应用前景。本文主要围绕Arduino Leonardo硬件平台介绍、系统软件介绍、语音识别模块调试、硬件调试，详细分析了智能一体化鼠标的硬件和软件设计，在该系统下作用下，能解决残疾人使用电脑难的问题。

关键词： Arduino Leonardo；智能一体化鼠标；语音识别；角度传感器

前言：

物联网技术已广泛应用于环境保护、交通运输、家庭、农业等领域。值得关注的一些领域，物联网的应用对于反映铁路、公路突发事件预警、危险区域环境监测、应急救援、救灾等重要科学研究价值和实用价值更为重要。其中，鼠标的计算机输入装置在现代生活中是必不可少的，市场上现有的鼠标主要是手工制作的，目前还没有在残疾人专用鼠标的截肢上，但是对于残疾人来说，在很多情况下，需要使用计算机和鼠标。面对这种情况，设计一款智能一体化鼠标，体现了一定的研究意义。

一、集成耳机功能的智能一体化鼠标系统的硬件及软件设计

对智能一体化鼠标系统的软硬件设计进行分析时，可主要从以下角度出发展开探讨：首先，从硬件上来讲，其中主要包括主控板、JY901模块、ld3320模块。在主控芯片上，系统采用Arduino leonardo，它有20个数字输入输出口，7个PWM口以及12个模拟输入口。相比其它版本的Arduino使用独立的USB-Serial转换芯片，Leonardo创新的采用了单芯片解决方案。只用了一片Atmega32u4来实现USB通信以及控制。系统利用其支持USB特性能让Leonardo模拟成鼠标，进而来控制电脑；同时该系统还利用JY901模块，其集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，内部集成处理器可以动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态可以直接传输出三维立体的加速度，角速度，磁场，角度。对于使用者可以非常便捷得到头部姿态以及运动状态。对于各个参量都分x轴，y轴，z轴，三部分。主机可以采集值进而处理得到需要的运动状态。系统总体设计图如下：

通过 JY901 模块检测头部的运动状态以及姿态从而进行相应的命令解读，主要控制光标的上下左右移动。而对于鼠标的单击，右击，查找，粘粘，新建功能使用方式则是通过语音识别模块处理。

其次，从系统的软件介绍角度出发，集成耳机功能的鼠标系统，它的软件编程主要包括连接器、编译器、库管理等，需要在全面考虑上述编程内容的条件下，获取较完善的软件研发方案，并在集成开发环境下将软件设计部分结合起来。使用Arduino开发环境是一个很好的开发平台，在这个平台上使用Arduino语言，其核心采用C/C++语言来编程操作。C/C++语言编程应用范围较广，在二维、三维动画制作及软件编写等方面有较好适用性，使其在系统设计上有一定运用价值。在Arduinio编程上也可以采用图形化编程，其更为人性化。其中，主机模块程序流程图如图2所示。

二、系统测试

（一）软件调试

编写好的智能鼠标程序需要对其进行编译检查，只有通过编译的程序代码才能下载到主控板上[1]。如果编译不通过要根据软件提示的错误信息进行修改，再重新编译直到没有错误提示信息，其中有些警告是可以忽略的，但是最好仔细进行检查，将警告信息也修改掉。

（二）硬件调试

在进行系统内硬件调试时，需要细致分析程序设计结果与具体调试结果不一致的原因，并能在对问题产生原因有明确掌握的情况下，达到预期的系统设计效果。例如，在调试过程中，如果存在主控板串口号无法显示的问题，可将板子先断电，然后在按下复位键，以便保障系统功能正常发挥；若遇到语音识别模块无法控制鼠标的情况，可先检查线路是否连接正确，其次判断模块上的咪头是否正常，这样一步步的排除错误；若出现鼠标移动不灵敏现象，则可以尝试换下鼠标按键安装的位置，尽可能的讲其安装在靠近下颚的地方，使得检测的更为准确。总之在具体硬件调试阶段，一般需要按照以下步骤进行调试工作：首先检查设计原理图连接情况；之后借助检测仪器判断线路中是否存在虚焊、短路等现象；检查电路板焊接位置与原理图是否一致；在完成上述步骤后，应依次调试各个功能模块，措施各模块运作情况。

在调试时还要注意使用的舒适性和人性化，在使用中轻便、简单。所以我们对开始的帽子结构进行了改造，把助残鼠标改造成耳机样式，并且采用伸缩式的机械结构，满足不同脸型用户的需求，这样不但减轻了重量，而且使助残鼠标的外部结构更加的美观。

结论：

综上所述，集成耳机功能的智能一体化鼠标设计系统，其有三大特点：第一，打破了传统的采用手动控制的模式，而是采用头戴式，使手部不方便的残疾人使用电脑成为了可能。第二，鼠标具有光标移动速度可调节、伸缩式的机械结构、带有左右键切换等多项人性化的设计，大大提高了其应用范围和工作效率。第三，据市场调查分析，国内没有残疾人专用鼠标产品出现，因此智能鼠标的设计有很高的研究价值[2]。本文主要从系统设计及实现等方面着手，针对系统硬件平台及软件系统进行了阐述，从而为智能鼠标设计系统的合理设计提供借鉴。通过对系统进行硬件以及软件调试等，能保障系统设计有效性，给那些使用电脑不方便的残疾人带来便利。

参考文献

[1] 王宜懷，刘晓升.嵌入式系统——使用HCS12微控制器的设计与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2] 孙同景.Freescale 9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术[M].北京：机械工业出版社，2008.