一种适用于教学的红外无线鼠标的设计

李杏清　王志兵

摘 要

本文针对教学翻页笔只能翻页，不能像鼠标一样选择，拖拉等问题，提出了一种适用于教学的红外无线鼠标的设计制作方法，该方法以STC89C51单片机为控制核心，通过角度传感器和重力传感器感知鼠标的移动动作，同时，通过红外发射和接受完成无线通信，从而实现教学翻页和鼠标一体的功能。

【关键词】翻页笔 STC89C51单片机 角度传感器 重力传感器 红外模块 无线鼠标

随着信息化教学技术的不断发展，课堂教学越来越多地融入了各种信息化教学技术，例如电子任务单（课前、课堂、课后），课堂教学软件、慕课课程平台、网络课程平台、3D动画、课堂教学录像、微课视频、网络论坛、资源共享网站、作品评价系统、QQ平台、微信平台等手段实现教育信息化。通过以上教育信息化手段来实现上课签到、布置任务、资源共享、提交作业、师生互动、课后交流、投票管理，效果评价等。为了在课堂上更好地应用这些信息化教学技术，这就对多媒体、电脑、翻页笔和无线控制鼠标等的要求越来越高，教学中我们经常应用到翻页笔来控制PPT，但是翻页笔功能有限，虽然不少人对翻页笔做了改进和功能升级，但是仍缺乏像鼠标一样可以对电脑和投影仪等进行灵活控制，不能随意地进行选择、拖拉和空中移动控制等，所以适用于教学的无线控制鼠标的设计就显得十分有意义。

1 教学翻页笔

教学翻页笔又称为无线激光笔或者电子教鞭，它是专门为计算机及多媒体投影机设计的一种教学设备。教学翻页笔由无线发射设备、无线接收设备和控制器组成，无线发送设备安装在翻页笔中，接收设备和电脑相连接，当教师或者演讲者在使用PPT进行演讲时，演讲者不必一直守在电脑旁边，可以通过教学翻页笔来控制PPT的翻页，返回、标记重点和激光指示，对于电子教学十分的方便。随着技术的进步，许多人对翻页笔做了改进，使翻页笔不仅可以对PPT进行控制，对其它电子文档也可以进行控制，甚至增加了U盘存储功能和录音功能，这样翻页笔还可以当U盘使用或者帮助演讲者进行录音。

教学翻页笔使教师可以一定距离控制电子文档的播放、翻页和重点标记，增强了教师和学生的互动，提高了教学的质量和效率，但是翻页笔并不能像鼠标一样来控制电脑，甚至不能够对电子文档进行内容选择，拖拉和一些常用的控制操作，比如说复制，粘贴，插入等，功能相对简单，难以满足现代信息化教学。因此我们想在教学翻页笔的基础上进行改进和创新，设计一种外观类似教学翻页笔，功能和鼠标差不多的无线鼠标来帮助教学和演讲。

2 无线鼠标

无线鼠标主要由发射装置、控制电路、接收装置和调制解调电路组成，无线发射和接收技术可以是Wi-Fi、蓝牙、红外等，发送装置和控制电路装在鼠标中，接收器通过USB或者其它接口和电脑相连，可以在一定的距离对电脑、电视、投影设备进行无线控制，对电脑操作者非常的方便。

虽然说无线鼠标相对于有线鼠标来说非常的方便，但是在教学和演讲中仍然存在着问题，那就是无线鼠标必须在桌子上或者鼠标垫上使用，不能像翻页笔一样在空中翻转使用。在桌子上或者鼠标垫上我们可以很方便的滑动鼠标滚轮，但是在空中却没有着力点，而且在空中对投影仪上播放的电子档案中的内容进行定位要比在电脑屏幕上难很多，我们必须要通过手势动作和重力感应才能对特定点进行识别和定位，并且要通过相应的滤波处理和手势识别算法来判别指令。所以说如果能把翻页笔和普通无线鼠标的功能结合起来，设计一种适应于教学和演讲的无线鼠标，相信能够大大地提高教学和演讲的效果。

3 适用于教学的红外无线鼠标的设计

本文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AT89C51，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、重力传感器、AT89C51单片机、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。其中角度传感器和重力传感器用于检测使用时X、Y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X、Y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受模块、滤波电路、解调电路、AT89C51单片机、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X、Y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模块和ADXL345 三轴重力传感器模块。其中，MPU6050模块抗感染能力强，测量精度高，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，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。ADXL345 是一款小巧纤薄的低功耗三轴加速度计，可以对高达±16 g的加速度进行高分辨率（13 位）测量。ADXL345 非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度它具有高分辨率，能够测量约 0.25°的倾角变化。

用MPU6050角度传感器和ADXL345 重力传感器来感知手势动作，如挥手，摆臂，上移，下移等，然后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。

4 結束语

本文针对教学翻页笔只能翻页，不能像鼠标一样选择，拖拉等问题，提出了一种适用于教学的红外无线鼠标的设计制作方法，该方法以STC89C51单片机为控制核心，通过角度传感器和重力传感器感知鼠标的移动动作，同时，通过红外发射和接受完成无线通信，从而实现教学翻页和鼠标一体的功能。

参考文献

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[5]周成虎，李小魁，韩大伟.无线鼠标电路设计及算法实现[J].计算机测量与控制，201220（12）：3329-3331.

作者简介

李杏清（1983-），女，云南省保山市人。研究生学历。研究方向为电子技术、传感器技术。

作者单位

1.广东创新科技职业学院 广东省东莞市 523960

2.东莞职业技术学院 广东省东莞市 523808