[发明专利]一种基于MEMS加速度计的三维无线输入装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维无线输入装置，具体说，是涉及一种基于MEMS加速度计的三维无线输入装置。

背景技术

人在正常进行人机交互的过程中，对计算机的系统状态和运行过程中的理解，都是通过人机界面来实现的。目前市面上的电脑输入设备有：键盘、鼠标、触控板、指点杆、轨迹球和触摸屏等。键盘输入是用户进行字符敲击输入的主要输入模式，市面上最常见的键盘是QWERT键盘，一般采用l／2in见方的按键，按键之间的空间为1／4in。键面稍微下凹，采用磨沙面，减少了按键的光反射和手指打滑，让指尖和按键有良好的接触；无论是在笔记本电脑还是在台式机市场，鼠标是现今除键盘外最为流行的以点击和移动为主要输入模式的输入设备。与鼠标点击和移动的输入模式不同，触控板（Touch Pad或Track Pad）是以手触及移动为主要输入模式的输入设备；触摸屏是一种直接在屏幕上进行操作的输入模式；指点杆是另一种流行于笔记本电脑的输入设备，是IBM公司专为ThinkPad研发的指取用户输入模式；轨迹球的工作原理和鼠标相似，是一个倒置的鼠标。其球体旋转的运动量被转换成XY方向的位移，来控制屏幕上的光标移动。

综上所述，现有的无线输入装置都是通过按钮的方式来控制设备的输入和响应，存在反应时间慢、灵敏度不高及局限于光滑平整的操作表面等缺陷问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于MEMS加速度计的三维无线输入装置，以MEMS替换机械控制部件，实现采用旋转加速度计的工作模式来操纵二维装置的二维平动，以增加输入装置的灵敏度和扩展其使用范围，使其能够在任意空间随意操作。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于MEMS加速度计的三维无线输入装置，包括一个二维输入系统和一个三维加速度计运动模型；所述的二维输入系统包括远端子系统和主机端子系统，所述的远端子系统包括MEMS加速度传感器、微控制器和无线射频传输模块，以完成加速度信号的采集、处理和无线传输，所述的主机端子系统包括无线收发模块、主控制器和USB接口，以实现无线射频的接收和输入信号的通讯协议编码处理，并通过USB接口与主机进行连接；所述的三维加速度计运动模型包括一个立方体载体及一个双轴加速度计和一个单轴加速度计，所述的双轴加速度计和单轴加速度计分别设置在立方体载体的两个相互正交的平面上，且所述的双轴加速度计和单轴加速度计均与远端子系统中的MEMS加速度传感器相连接。

作为一种优选方案，所述的双轴加速度计设置在立方体载体的顶面上，其两个敏感轴分别指向水平方向的X轴和Y轴；所述的单轴加速度计设置在立方体载体的侧面上，其敏感轴指向重力加速度的方向。

作为进一步优选方案，所述的双轴加速度计为ADXL203型双轴加速度计，所述的单轴加速度计为ADXL103型单轴加速度计。

作为一种优选方案，所述的无线射频传输模块采用跳频方式扩展频谱。

作为一种优选方案，所述的无线收发模块采用GFSK调制模式提供传输速率。

作为一种优选方案，所述的无线收发模块为nRF2401芯片。

作为一种优选方案，所述的微控制器包括径向基函数（Radial basis function,RBF）神经网络、EMD分解模块、小波包分解模块和S-G(Savitzky-Golay)平滑滤波器。

作为进一步优选方案，所述的微控制器进行加速度信号的处理过程包括如下步骤：

a)通过I/O接口获取MEMS加速度传感器采集到的加速度信号并传输给RBF神经网络；

b)将经RBF神经网络预测分析后的加速度信号传输给EMD分解模块；

c)将经EMD分解模块分解后的加速度信号传输给小波包分解模块；

d)将经小波包分解模块再分解后的加速度信号传输给S-G平滑滤波器；

e)将经S-G平滑滤波器进行滤波去噪后的加速度信号传输给无线射频传输模块。