张薛欢++林少冲++王晗++谢云虎

摘 要：随着社会的发展，科学技术的不断进步，人们的生活越来越多地依赖于电脑。然而电脑的出现并不是给所有人的生活都带来了便利，对于那些无臂或者高位截瘫的残障人士来说，鼠标的操控成了最大的问题。因此本文针对无臂或者高位截瘫的残障人士使用电脑困难的问题，设计了一种依靠识别头部移动和识别语音的系统来控制电脑光标的移动，使其可以自如地操作电脑。在很大程度上便利了其生活。且此项设计还能够实现记录人使用鼠标的时间长短，具有提醒人们休息进而起到防止疲劳的作用。

关键词：识别控制；鼠标智能化；康复工程

在信息高速发展的现代社会，电脑逐渐成为家庭的必需品，但是这电脑的操控在很大程度上都依赖于人的手臂，所以对于那些无臂残疾人士或者高位截瘫患者来说难以操作，不便于他们与外界的沟通甚至是自己生活方面的便利。现有的一些声控鼠标，因为受到噪声的干扰，只能在特定的环境中进行使用。并且现有的陀螺仪设备虽然也能实现定位功能但是对使用者的限制比较大，给使用带来了很大的局限性。所以，研究出一种能够帮助无臂患者使用电脑的鼠标十分必要，这将极大地便利其生活。

1 智能助残鼠标的概述

我们在使用该系统时，可利用某种挂饰载体夹将其固定在耳麦或者耳机上，若电源开关打开，各模块指示灯亮，无线主从模块开始配对，一旦无线指示灯提示配对成功且语音模块采集到使用者“开始”语音控制指令，整个系统开始工作。系统工作时，通过人头部的上下左右移动，带动MPU6050的移动，MPU6050感应到移动并将这种移动信号转化成相应的电信号，以无线的形式传送至电脑，控制光标移动。通过LD3320采集人的语音信息，经无线的形式传输至电脑，控制鼠标的“单击”、“双击”、选中和调用键盘打字等功能，甚至是控制家用电器的开关。通过VB鼠标上位机将光标控制在小范围内移动，避免头部过度劳累。通过VB电器控制上位机将控制指令包括在一个上位机界面内，点击相应选项即可控制红热释电人体红外传感器模块对电器进行相关操作，实现语音和电器上位机对家电的双控制。

2 助残智能无线鼠标设备的构成

2.1 硬件模块构成及描述

主要模块包括：主控制器模块、重力传感器模块、语音识别模块、红外线发射传感器模块、无线蓝牙模块、电源模块。主控制器模块利用拥有高性能、低成本、低功耗的嵌入式系统的STM32微型处理器作为微控制器来实现对整个系统的控制。嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件内部的专用计算机系统。其以应用程序为核心并且也可进行裁剪从而满足应用系统的功能，有代码规模小、自动化水平高、处理响应快、成本小、功耗低等特点。重力传感器模块优先选用MPU6050六轴传感器。其负责将采集到的数据经滤波处理后通过 IO 口传给 STM32 单片机， 然后由控制器進行数据处理后通过 SPI 通信总线将数据传送给射频模块发射端，发射端在单片机的控制下将数据发给从机进行处理。需要特别指出的是MPU6050 并不单单是一款传感器，其内部集成的数字运动处理器 DMP，可以直接运算出四元数和姿态，而不再需要另外进行数学运算。由DMP实现姿态解算算法将单片机从算法处理的压力中解放出来，单片机所要做的是等待 DMP解算完成后产生的外部中断，在外部中断里去读取姿态解算的结果。这样，单片机就有大量的时间来处理其他任务，提高了系统的实时性。 语音识别模块LD3320的在助残智能无线鼠标的应用如下。首先，利用其在一定条件下采集人的语音信息，录入指令，例如“左键”、“右键”、“双击”、“校正”、“加速”、“减速”、“停止”、“终止”等指令。若非特定人语音识别模块采集到相应的光标控制指令，则可控制光标，实现鼠标的相应功能，例如，“单击”、“双击”、“停止”等若采集到电器语音控制指令，则选择选中电器进行语音控制，对于开关，将继电器模块的端接到零线开关上，用语音控制高低电平来实现对点灯的控制，对于电器，加入相应的语音控制指令，例如遥控器所需要的数字“1，2，3，4，5，6，7，8，9”和一些常用的字按键针对于电视，有“电视、开、关、加、减、确定”等等针对于空调，有“空调、开、关、加、减、制热、制冷、风速”等等针对于电灯，有“电灯、开、关”等等，利用这些指令进行相关控制，在这其中，有些按键语音可以使用同一条指令，完全满足语言模块容量条的要求。若采集到键盘调用指令，则可调用屏幕键盘，进行打字。本文采用热释电人体红外传感器作为红外线发射传感器模块。热释电人体红外传感器由敏感单元，阻抗变换管和滤光窗等构成。当敏感单元检测不到人体辐射的红外能时，传感器无电流，也即是没有输出。当人体静止在检测区时，其上的两个电极上的红外光的光量达到平衡，电极上产生等量的光电流，此光电流在回路中相抵销，传感器仍无信号输出。同理，在灯光和阳光下，因阳光移动速度极缓慢，再加上传感器的响应频率很低和传感器对红外光的敏感波长范围很窄，传感器对它们不敏感。当环境温度变化时引起传感器本身温度变化，因两个电极是用同种材料，同样大小，且在同一晶片上所以产生的等量光电流也相互抵销，传感器也无信号输出。从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电红外传感器敏感单元对红外线的感受表现在敏感单元的温度变化，而温度的变化导致电信号的变化。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了不向外输出信号；而传感器的低频响应和特定红外波长响应决定了传感器只对外界的红外辐射而引起本身的温度变化敏感，或者说只对人体的运动敏感。因此，热释电人体红外传感器可以抗可见光及其中极大部分红外线的干扰。而滤光窗也能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止阳光、灯光等可见光中的红外线通过。对于无线模块，本文中鼠标的发送端与接收端之间通过Zigbee协议进行通信，两者之间采用网状拓扑结构，并对发送端与接收端进行绑定，可以一对一发送、一对多发送、多对一发送，从而实现主从机的交互。

2.2 软件的构成

软件的构成主要分为以下几大部分：第一，系统能够根据MPU6050重力传感器模块、LD3320语音识别模块和Zigbee无线模块接收到的信息经过STM32的处理之后对相应设备发出相应的指令使其进行工作。第二，我们使用的是VB鼠标上位机和VB电器控制上位机，VB是Windows下一个面向对象的程序设计语言，其本身就支持鼠标。通过VB鼠标上位机将光标控制在小范围内移动，避免头部过分劳累通过VB电器控制上位机将控制指令包括在一个上位机界面内，点击相应选项即可控制红外线发射器模块对电器进行相关操作，实现语音和电器上位机对家电的双控制。

3 助残智能鼠标的应用

本文研究的助残智能鼠标主要是致力于便利无臂或者高位截瘫患者的生活，使他们能够自如地操作电脑和其他多种电器。不仅如此，此次研究的助残智能无线鼠标还能够记录人们使用电脑时间的长短，能够在规定的时间里提醒人们应该放松一下自己的眼睛，具有防疲劳的作用。

4 结语

综上所述，作为一项康复工程，助残智能无线鼠标将工程技术更好地应用于医学领域，使残障人士的生活能力能够得到更好的补偿，最大限度地恢复其独立生活、学习、工作、回归社会、参与社会的能力。

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