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鼠標 位移傳感器：android 位移傳感器 坐標,鼠標的工作原理及位移測量的實現方法

位移檢測技術經過多年發展已經相當成熟，各種位移傳感器紛紛出現，但低成本的位移傳感器結構簡單，精確度不高，線性度低，而高成本的位移傳感器雖 然性能優異，但制作工藝難度大，難以普及。所以開發一款低成本、高性能的位移傳感器具有很高的現實意義。鑒于此，本文提出了通過LabVIEW 編程實現精確度高、線性度好、測量范圍大、無需其余硬件設備的鼠標位移測量方法。

1 鼠標的工作原理及位移測量的實現方法

1.1 鼠標的工作原理與驅動程序

鼠標( mouse) 在現代個人電腦( PC)中被廣泛應用，特別是圖形用戶界面(GUI)的流行，鼠標已經不可或缺。大規模的生產使鼠標的價格很低，通過利用鼠標來測位移也使成本趨于合理。經 過數十年的技術發展，尤其是光電鼠標與激光鼠標的出現，其精度得到極大提高。利用鼠標進行位移測定，具有高精度、低成本的優點。鼠標雖然實際上是位移傳感 器，但其是為PC 機配備的外部輸入設備，各種操作系統自帶的鼠標驅動程序只是為了提供圖形用戶界面操作，無法滿足普遍的位移測量要求。

鼠標全稱顯示系統縱橫位置指示器。光電鼠和機械鼠的最大區別是對軌跡的檢測方法，但其工作原理基本相同： 通過光柵信號傳感器或光電傳感器將位移轉換為電脈沖信號，然后通過芯片將信號處理為數據包傳遞給PC 機。目前利用鼠標實現位移測量的方法主要是利用單片機實現信號處理，實現位移檢測功能，但此方法穩定性差，噪聲較大，需要額外硬件系統，性價比低。在操作 系統已經盡可能挖掘了底層硬件數據通信能力的情況下，重新對底層硬件通信浪費資源。實際上，鼠標提供GUI 操作，通過鼠標移動控制顯示設備上鼠標指針的像素移動。反之，可以利用指針運動的位移來確定實際鼠標的位移。

1.2 鼠標坐標系統與顯示坐標系統的關系

鼠標坐標系統( 即實際位移) 與顯示坐標系統通過映射來完成對應關系，二者坐標均使用平面直角坐標系。鼠標坐標系統在平面上任意取一點作為原點，以相對原點的偏移量計算目標點的坐標 值，然后以相對該目標點的偏移量計算下一新目標點的坐標值，以此類推。鼠標坐標系統中基本單位為米基。顯示坐標系統同顯示器的實際分辨率及工作方式有關。 使用平面直角坐標系，原點在屏幕的左上方，橫向代表X 方向，縱向代表Y 方向。圖形方式下的橫向、縱向的象素為基本單位進行衡量。例如，1024×768 分辨率時，顯示坐標的橫向和縱向坐標范圍為0~ 1023,0~ 767。

鼠標坐標系到顯示坐標系完成三個方面的映射：(1) 原點映射：( x 0 , y 0 ) = ( X 0, Y0 ) , 其中X 0 , Y0 ( 為屏幕原點坐標)值可任意給定：( 2) 目標點映射：( x i , y i ) = ( x i- 1 +△x i , y i- 1 + △yi ) →(X i , Yi ) = X i- 1 + △X i , Yi- 1 + △Yi ( i =1, 2 ……， n, 橫向下界≤ X i ≤ 橫向上界，縱向下界≤Yi ≤縱向上界; ( 3) 基本單位映射： 在圖形方式下( 米基到象素映射) ,△x i / x 方向比例因子= △X i , △yi / y 方向比例因子= △Yi ( i =1, 2……，n)。改變米基到象素的比例因子μ 影響鼠標靈敏度，μ 值決定著指針的移動速度，可以在PC 機w indow s 操作系統中的控制面板設置。因此無須改變鼠標底層的硬件驅動，實際鼠標的位移可以通過象素坐標來確定。但實際的顯示坐標均有邊界限制，不能滿足大范圍的位 移測量。通過LabVIEW編程消除顯示坐標系象素X i 與Yi 的上下界限制，通過測量指針移動的象素來精確檢測鼠標的位移量。

1. 3 位移測量的LabVIEW 實現方法

通過庫函數節點( CLF) 來訪問動態鏈接庫( DLL) 的方法，直接調用WINDOWS API 函數與LabVIEW 自行編制的庫函數，使得LabVIEW 對鼠標的通信得到大大的增強，同時也為操作系統底層函數支持LabVIEW 提供了便捷，節省了內存空間。與鼠標相關的動態鏈接庫函數如表1 所示，二者庫函數有部分相同的功能。

表1 鼠標驅動程序接口函數

通過調用以上函數實現鼠標的位移測量。具體方法為： 在顯示坐標系內，坐標范圍分成M × N 象素。位移的X 、Y 分量二者互不影響，編程時可以分別處理。方法實現的重點是消除操作系統固有的顯示坐標系象素X i 與Yi 的上下界限制。首先要判斷鼠標的運動方向，若鼠標向左移動，則其必然到達坐標系右邊界。這時通過函數使象素X i 置零，Yi 不變，同時記錄一次其過邊界。通過顯示坐標( X i , Yi ) 與初始坐標( X 0 ,Y0 ) 之差與過邊界次數即可求出在顯示坐標中鼠標指針的位移。其他運動方向的位移同理可以得到。最后通過比例因子μ將顯示坐標映射到鼠標坐標系中，即可求出實際 位移( x i ,yi ) .詳細的程序流程圖如圖1 所示。

圖1 鼠標位移測量程序流程圖

LabVIEW 具有代碼直觀、層次清晰的圖形化編程特點。在前面板上設置顯示坐標為M×N = 500 × 300 的指針工作區域，并設置初始坐標在工作區的中心( 250, 150) .X 方向右位移消除邊界的部分程序框圖如圖2 所示，條件語句判斷當指針到達右邊界( 499, Yi ) 時，下一次循環將其設為( 0, Yi ) ,并將以后的位移增加1 倍M.循環體內使用了移位寄存器。

圖2 部分消除邊界的LabVIEW 程序框圖

2 檢測實驗與性能分析

檢測實驗采用USB 接口的dell 三鍵光電有線鼠標，最高分辨率400dpi.分別測試了鼠標在指針最小與最大移動速度( 控制面板中設置) 中以4mm/ s 與20mm/ s 的速度進行位移測量性能。采用步進電機與控制器對其進行位移標定，位移精確度為0.01mm.得到如圖3 所示位移圖像。

由于步進電機顯示位移與鼠標實際檢測的位移具有統計關系而且是線性的，故可以建立回歸模型： Yi = A + B  X i + εi( i= 1, 2, ……， n) , 其中( X i , Yj ) 表示( X , Y) 的第i 個觀測值，A 、B 為參數，A + B ×X i 為反映統計關系直線的分量，εi 為反映在統計關系直線周圍散布的隨機分量，εi ~ N( 0, δ 2 ) , 服從正態分布。根據最小二乘法：

相關系數越接近1, 則二者越正相關。圖3 直線擬合的結果如表2.

表2 線性擬合結果

圖3 步進電機標定實驗及線性擬合

由表可知，不同條件下兩種方法測定的位移相關系數均接近于1, 即實驗鼠標位移測定與步進電機標定位移接近相等;截距A 可以忽略不計，即鼠標位移測量沒有系統誤差; 斜率B 的標準差均小于0.3%, 即實驗鼠標隨機誤差小。以上充分說明實驗鼠標在低速的位移測量具有精度高、線性度好、誤差小等優點。

為測試低速條件下鼠標位移測量性能與速度的關系，用相同的標定方法測試了不同速度鼠標位移的性能。由圖4 可知總體來看，鼠標移動速度越大，斜率誤差與總擬合標準差越大，測量位移性能降低，但在20mm/ s 速度以內仍滿足位移測定的一般需求。可以預見隨速度的增大，誤差將逐漸變大。此鼠標位移測定方法適宜于低速情況。

圖4 不同速度位移測定的誤差

3 總結

結果顯示此方法達到了精確位移測量的要求，可以提供精確度0.1mm 的位移測量，具有線性度好，精確度高，誤差小的優點。同時研究顯示該位移測量系統在低速的位移測量中具有更佳的性能。采用高層軟件設計的方法，使鼠標位移 測量不受鼠標接口、鼠標型號的限制，具有高性價比與強適用性的特征。此鼠標位移檢測方法集成到基于LabVIEW 的漏磁檢測系統中，取得了良好的效果。

鼠標 位移傳感器：健康鼠標

                        本發明公開了一種健康鼠標，包括鼠標位移傳感器與按鍵模塊和微控制器。它設置有用于采集使用者生理信息的生理信息傳感器和用于對使用者產生相應刺激的激勵裝置，生理信息傳感器設置在所述鼠標上接近使用者手指或手掌的部位，激勵裝置設置在所述鼠標上接近使用者手掌的部位。生理信息傳感器與微控制器之間連接有信號調理電路。激勵裝置與微控制器之間連接有控制電路，微控制器連接有通訊接口。本發明在不影響使用者正常工作的情況下實現對使用者生理信息的檢測；自動地根據使用者的健康狀況和環境情況給出相應的良性激勵；可以長時間收集使用者的生理信息，為今后醫生對使用者的健康狀態有全面的了解。

鼠標 位移傳感器：光電鼠標改裝為位移傳感器

光電鼠標改裝位移傳感器

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摘要：

本文通過分析位移傳感器和光電鼠標的原理，
根據兩者的共同點，
借助單片機的編
程，將光電鼠標改裝成位移傳感器。
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?
關鍵詞：
鼠標；位移傳感器；

1
前言
?
位移是線位移和角位移的統稱，
是和物體的位置在運動過程中的移動有關的量。
其測量
方式所涉及的范圍是相當廣泛的。同時，
位移是向量，除了確定其大小之外，還應確定其方
向。一般情況下，應使測量方向與位移方向重合，
這樣才能真實地測量出位移量的大小。以
位移作為被測物理量的傳感器則稱為位移傳感器。
其又稱為線性傳感器，
是把位移轉換為電
量的傳感器。

1.1
位移傳感器的原理
?
位移傳感器可以分為電阻式位移傳感器、電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，應變
式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。

光電式傳感器，基于光電效應的傳感器，在受到可見光照射后即產生光電效應，將光信
號轉換成電信號輸出。它除能測量光強之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉
等測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應用極廣泛的重要敏感
器件。
光電測量時不與被測對象直接接觸
,
光束的質量又近似為零
,
在測量中不存在摩擦
和對被測對象幾乎不施加壓力。因此在許多應用場合，光電式傳感器比其他傳感器有明
顯的優越性。其缺點是在某些應用方面，光學器件和電子器件價格較貴，并且對測量的
環境條件要求較高。
?
針對位移測量的應用場合，可采用不同用途的位移傳感器。表
1
中列出了較常見的位移
傳感器的主要特點和使用性能。

表
1

常用位移傳感器一覽表

鼠標 位移傳感器：神奇不，一個光學鼠標傳感器，就可以輕松實現精密旋轉(或線性)測量

本文引用地址：
使用光學鼠標傳感器實現旋轉（或線性）測量本設計實例使用光學電腦鼠標中的傳感器測量圓盤的旋轉，其中的圓盤可以通過機械方式連接到任何一種旋轉裝置。通過沿著圓盤半徑改變傳感器位置，該方案可以調整每次旋轉的脈沖。
鼠標芯片的CMOS光學傳感器可提供非機械式跟蹤引擎。在該芯片內部可完成圖像的捕獲、數字化和數字處理。就拿簡單且低成本的OM02來說，該傳感器通過采集表面圖像幀來測量位置，并通過數學運算判定運動方向和距離。該傳感器安裝聚苯乙烯光學封裝中，設計用來與高亮度LED一起使用。它有一個完整且緊湊的跟蹤引擎；沒有活動部件，也不要求精密的光學對準。OM02可以為X和Y方向運動產生正交輸出信號。分辨率約為0.0025英寸，運動速度最高為每秒16英寸。
該芯片產生的正交X方向輸出信號模擬了普通編碼器的輸出。X和Y信號都可以用于2D系統。OM02以最高約25kHz的頻率產生X1和X2正交信號。圖1顯示了正向X運動（向右方向）的時序圖。這種正交輸出在需要時還可以用于直流步進電機控制。
圖1：正交輸出波形（+X運動）示例。
根據IC數據手冊的說明，可以使用內部振蕩器，此時可以不用電容COSC（圖2）。電阻ROSC定義了幀速率：它的值越小，對應的速率就越高。
圖2：用OM02傳感器實現圓盤旋轉測量。
將X1和X2輸出連接到XOR門可以使數據速率翻倍，不過會丟失方向信息。
物理實現
要想得到良好的表面圖案光學識別效果，檢測圓盤或其他表面必須具有一定的紋理、圖案、劃痕或刷面處理（圖3）。
圖3：旋轉檢測物理原理。
圖4所示結構已被成功地運用到組裝線、傳輸帶、標簽張貼設備、移動物體上打印等應用中提供同步運動。生產的100多個產品在經過多年運行后仍工作良好。
圖4：已被成功地運用到生產的結構。
市場上還有其他一些傳感器IC，它們可以處理不同的光源，并且有不同的輸出、速度等指標。比如PAN3101 CMOS光學鼠標傳感器使用SPI，PAN101BCMOS光學導航傳感器同時具有SPI和正交輸出。
SPI接口的原理圖例子
采用SPI接口（或多使用一個IC的USB接口）的傳感器不允許單獨跟蹤每個脈沖，因為它們發送的是數據包（圖5）。對于硬實時應用來說，最好選用提供正交輸出的傳感器。
用無線電腦鼠標搭建編碼器將是非常令人感興趣的事，而使用數顯卡尺中的傳感器也許令人更感興趣，因為其中的大多數傳感器有I2C接口。
圖5：SPI接口的原理圖示例。