陳密欽

摘 要： 隨著因特網(wǎng)的快速發(fā)展，電腦進(jìn)入了千家萬戶，因?yàn)殡娔X的存在使得我們足不出戶就可以了解到外部世界的信息，然而對于那些失去雙手的殘疾人來說使用電腦便很困難，因此設(shè)計(jì)一款智能一體化鼠標(biāo)有較好的應(yīng)用前景。本文主要圍繞Arduino Leonardo硬件平臺介紹、系統(tǒng)軟件介紹、語音識別模塊調(diào)試、硬件調(diào)試，詳細(xì)分析了智能一體化鼠標(biāo)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，在該系統(tǒng)下作用下，能解決殘疾人使用電腦難的問題。

關(guān)鍵詞： Arduino Leonardo；智能一體化鼠標(biāo)；語音識別；角度傳感器

前言：

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、家庭、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。值得關(guān)注的一些領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用對于反映鐵路、公路突發(fā)事件預(yù)警、危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境監(jiān)測、應(yīng)急救援、救災(zāi)等重要科學(xué)研究價(jià)值和實(shí)用價(jià)值更為重要。其中，鼠標(biāo)的計(jì)算機(jī)輸入裝置在現(xiàn)代生活中是必不可少的，市場上現(xiàn)有的鼠標(biāo)主要是手工制作的，目前還沒有在殘疾人專用鼠標(biāo)的截肢上，但是對于殘疾人來說，在很多情況下，需要使用計(jì)算機(jī)和鼠標(biāo)。面對這種情況，設(shè)計(jì)一款智能一體化鼠標(biāo)，體現(xiàn)了一定的研究意義。

一、集成耳機(jī)功能的智能一體化鼠標(biāo)系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)

對智能一體化鼠標(biāo)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析時(shí)，可主要從以下角度出發(fā)展開探討：首先，從硬件上來講，其中主要包括主控板、JY901模塊、ld3320模塊。在主控芯片上，系統(tǒng)采用Arduino leonardo，它有20個(gè)數(shù)字輸入輸出口，7個(gè)PWM口以及12個(gè)模擬輸入口。相比其它版本的Arduino使用獨(dú)立的USB-Serial轉(zhuǎn)換芯片，Leonardo創(chuàng)新的采用了單芯片解決方案。只用了一片Atmega32u4來實(shí)現(xiàn)USB通信以及控制。系統(tǒng)利用其支持USB特性能讓Leonardo模擬成鼠標(biāo)，進(jìn)而來控制電腦；同時(shí)該系統(tǒng)還利用JY901模塊，其集成高精度的陀螺儀、加速度計(jì)、地磁場傳感器，內(nèi)部集成處理器可以動(dòng)力學(xué)解算與卡爾曼動(dòng)態(tài)濾波算法，能夠快速求解出模塊當(dāng)前的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)可以直接傳輸出三維立體的加速度，角速度，磁場，角度。對于使用者可以非常便捷得到頭部姿態(tài)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對于各個(gè)參量都分x軸，y軸，z軸，三部分。主機(jī)可以采集值進(jìn)而處理得到需要的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如下：

通過 JY901 模塊檢測頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及姿態(tài)從而進(jìn)行相應(yīng)的命令解讀，主要控制光標(biāo)的上下左右移動(dòng)。而對于鼠標(biāo)的單擊，右擊，查找，粘粘，新建功能使用方式則是通過語音識別模塊處理。

其次，從系統(tǒng)的軟件介紹角度出發(fā)，集成耳機(jī)功能的鼠標(biāo)系統(tǒng)，它的軟件編程主要包括連接器、編譯器、庫管理等，需要在全面考慮上述編程內(nèi)容的條件下，獲取較完善的軟件研發(fā)方案，并在集成開發(fā)環(huán)境下將軟件設(shè)計(jì)部分結(jié)合起來。使用Arduino開發(fā)環(huán)境是一個(gè)很好的開發(fā)平臺，在這個(gè)平臺上使用Arduino語言，其核心采用C/C++語言來編程操作。C/C++語言編程應(yīng)用范圍較廣，在二維、三維動(dòng)畫制作及軟件編寫等方面有較好適用性，使其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有一定運(yùn)用價(jià)值。在Arduinio編程上也可以采用圖形化編程，其更為人性化。其中，主機(jī)模塊程序流程圖如圖2所示。

二、系統(tǒng)測試

（一）軟件調(diào)試

編寫好的智能鼠標(biāo)程序需要對其進(jìn)行編譯檢查，只有通過編譯的程序代碼才能下載到主控板上[1]。如果編譯不通過要根據(jù)軟件提示的錯(cuò)誤信息進(jìn)行修改，再重新編譯直到?jīng)]有錯(cuò)誤提示信息，其中有些警告是可以忽略的，但是最好仔細(xì)進(jìn)行檢查，將警告信息也修改掉。

（二）硬件調(diào)試

在進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)硬件調(diào)試時(shí)，需要細(xì)致分析程序設(shè)計(jì)結(jié)果與具體調(diào)試結(jié)果不一致的原因，并能在對問題產(chǎn)生原因有明確掌握的情況下，達(dá)到預(yù)期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。例如，在調(diào)試過程中，如果存在主控板串口號無法顯示的問題，可將板子先斷電，然后在按下復(fù)位鍵，以便保障系統(tǒng)功能正常發(fā)揮；若遇到語音識別模塊無法控制鼠標(biāo)的情況，可先檢查線路是否連接正確，其次判斷模塊上的咪頭是否正常，這樣一步步的排除錯(cuò)誤；若出現(xiàn)鼠標(biāo)移動(dòng)不靈敏現(xiàn)象，則可以嘗試換下鼠標(biāo)按鍵安裝的位置，盡可能的講其安裝在靠近下顎的地方，使得檢測的更為準(zhǔn)確?？傊诰唧w硬件調(diào)試階段，一般需要按照以下步驟進(jìn)行調(diào)試工作：首先檢查設(shè)計(jì)原理圖連接情況；之后借助檢測儀器判斷線路中是否存在虛焊、短路等現(xiàn)象；檢查電路板焊接位置與原理圖是否一致；在完成上述步驟后，應(yīng)依次調(diào)試各個(gè)功能模塊，措施各模塊運(yùn)作情況。

在調(diào)試時(shí)還要注意使用的舒適性和人性化，在使用中輕便、簡單。所以我們對開始的帽子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，把助殘鼠標(biāo)改造成耳機(jī)樣式，并且采用伸縮式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，滿足不同臉型用戶的需求，這樣不但減輕了重量，而且使助殘鼠標(biāo)的外部結(jié)構(gòu)更加的美觀。

結(jié)論：

綜上所述，集成耳機(jī)功能的智能一體化鼠標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其有三大特點(diǎn)：第一，打破了傳統(tǒng)的采用手動(dòng)控制的模式，而是采用頭戴式，使手部不方便的殘疾人使用電腦成為了可能。第二，鼠標(biāo)具有光標(biāo)移動(dòng)速度可調(diào)節(jié)、伸縮式的機(jī)械結(jié)構(gòu)、帶有左右鍵切換等多項(xiàng)人性化的設(shè)計(jì)，大大提高了其應(yīng)用范圍和工作效率。第三，據(jù)市場調(diào)查分析，國內(nèi)沒有殘疾人專用鼠標(biāo)產(chǎn)品出現(xiàn)，因此智能鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)有很高的研究價(jià)值[2]。本文主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)等方面著手，針對系統(tǒng)硬件平臺及軟件系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，從而為智能鼠標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)提供借鑒。通過對系統(tǒng)進(jìn)行硬件以及軟件調(diào)試等，能保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效性，給那些使用電腦不方便的殘疾人帶來便利。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宜懷，劉曉升.嵌入式系統(tǒng)——使用HCS12微控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[2] 孫同景.Freescale 9S12十六位單片機(jī)原理及嵌入式開發(fā)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.