多功能翻页笔的设计

张达 张志超 徐天阳 杨海斌

多功能翻页笔是在翻页笔的基础上添加了鼠标的功能，教师上课时使用的翻页笔大多只能有标识、翻页等简单功能。多功能翻页笔在其基础上添加了鼠标左右键以及移动鼠标功能，使简单的翻页笔变成了一款无线的空中鼠标。此项目设计的多功能翻页笔可以使教师上课操控电脑变得更方便，为教师与学生们更好的互动创建了基础。电路结构新颖、元件不多、调试容易，非常适用于教学等领域。

一、绪论

背景。随着计算机网络及电子技术的发展，新技术的应用逐渐进入生活中的方方面面。一直以来，电脑鼠标都比较大众化，使用最多的有线鼠标脱离不了空间和感应底板的限制，这就在一定程度上限制了人们对电脑的操纵范围，不能给更多电脑用户提供更方便的服务。即便现在比较流行的无线鼠标也存在一定弊端，虽然能摆脱有线鼠标移动范围的束缚，但是离开感应底板还是不能方便操纵。更远的使用距离在早期并不被重视，随着电脑的多元化发展，更多的人意识到电脑的别样功能，电脑的使用距离也成为众多用户关注的一个点。随着大批优秀多媒体课件的涌现以及大量教学软件的开发，利用多媒体教室开展教学越来越受到人们的重视。但是，人们在肯定多媒体教室教学作用的同时，也注意到它的一个重要缺陷：教师在讲课时往往被禁锢在计算机前，教学内容和教学形式受到教学软件和设备的制约。

设计的主要工作。本项目主要分为接受和发送两部分，发射部分采用MPU6050芯片、STM32芯片负责手部姿态解算，通过无线模块将数据发送到接收端，接收端向电脑发送操作指令功能，负责与电脑的USB进行通信，从而实现使用者对电脑的各种操作。

二、多功能翻页笔的设计方案

2.1多功能翻页笔的主要技术指标

根据手势动作变化，鼠标光标与激光笔位置同步；实现鼠标左右按键、翻页功能。

2.2结构框图

2.3方案设计

本项目设计了一种适用于教学的红外无线鼠标，主要由发射模块、接收模块、滤波电路、解调电路和控制电路组成，其中，控制芯片为STM32芯片，发射模块和接收模块之间通过红外发射和接收模块实现两者之间的无线通信，发射模块集成在手持端，接收模块通过USB接口与PC终端相连，最终由控制芯片和接收端的USB驱动电路实现无线鼠标的控制功能。如图1所示，发射模块主要由角度传感器MPU6050、两个基本功能、STM32芯片、红外发射模块组成，主要功能是实现对手势动作趋势信息的采集和发送。其中MPU6050用于检测使用时6轴坐标的变化，通过感知使用者的动作并就动作定义为特殊指令，最后由控制芯片对坐标变化趋势进行分析，完成对鼠标移动轨迹的模拟。如图2所示，接受模块主要由红外接收模块、滤波电路、解调电路、STM32芯片、USB接口组成，主要功能是等待捕捉发送端的信号并进行处理。接收端在接收信号成功后通过对坐标变化，进行算法处理时，需用对动作过程中误差较大的坐标进行滤波，简化鼠标的移动方向，并通过手势匹配的方式，正确反映鼠标的运动趋势，从而更好地完成对手势运动趋势的分析和处理，实现鼠标的空中准确定位。

在动作感应模块方面，采用三维角度传感MPU6050模块。MPU6050模块抗感染能力强，测量精度高，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系統，连接方便，稳定性极高，MPU6050模块通过处理器读取测量数据然后通过串口输出。通过红外发射器把数据发送出去，再由接收端对信号进行滤波，解调和手势算法处理，最后将不同的动作定义为特殊的功能，如实现教学演讲时PPT、Word以及其它电子文档等的上翻下翻、前进、返回、切换窗口，拖拉、选择、复制、粘贴等无线鼠标功能。

2.3.1 STM32芯片内部结构及芯片

2.3.2 MPU6050电路

轴向说明：

如上图所示，模块的轴向在上图的右上角标示出来，向右为X轴，向上位Y轴，垂直与纸面向外为Z轴。旋转的方向按右手法则定义，即右手大拇指指向轴向，四指弯曲的方向即为绕该轴旋转的方向。

单元电路的简述

本设计使用了芯片STM32F030C8T6，引脚1（ VDD）接3.3V供电，2～4引脚（ PC13～PC15）接D4、D5、D6小灯，作信号灯。

MPU6050芯片经过必要的外围电路后，将翻页笔运动的信息转化为电信号通过INT引脚传输给STM32芯片（以下简述为芯片）的第35引脚（PF6）。

发射端晶振选为8M，经两个电容滤波后，输入芯片5、6引脚。

信号发生/接收都选用了NRF24L01芯片，LDO电压稳压器选用SPX3819芯片稳压，使用TP4056芯片为电池充电。

信号接收电路原理与发射大同小异，不再赘述。