目前市场上的指尖压敏鼠标极少。本设计采用可配戴式且便携式的指尖压敏制作了一款键盘鼠标。该键盘鼠标的使用将会代替传统键盘一些繁琐指令，使电子计算机的操作更加方便简捷。

该款指尖压敏可配戴式的键盘鼠标设计结合手机九宫格的输入方法，依据不同手指的敲击次数来输入10个数字、26个英文字母及其大小写等，能较好地满足用户个性化设计的需求。

1 工作原理

该款指尖压敏可配戴式键盘鼠标主要由USB接收板和主控板组成。下面主要介绍这两块板的工作原理。

1.1 USB接收板和主控板工作原理

USB接收板工作原理：USB接收板通过USB协议控制电脑键盘鼠标的操作，其中USB接收板上的蓝牙模块负责将手表模块采集到的操作数据通过无线接收，并将数据传递给USB接收板上的STC15F2K60S2单片机，STC15F2K60S2单片机通过蓝牙进行数据接收，USB接收板利用PDIUSBD12芯片用规范的USB协议与电脑进行通信，STC15F2K60S2单片机负责将接收到的数据进行整理并控制改变关键数据，通过USB协议将操作数据进行转换，再向电脑发送键盘鼠标上的命令。

主控板工作原理：主控板上的OLED用来实时显示时间。在人按压压敏传感器后，所检测到的按压信息被传递给主控板，压敏传感器映射九宫格输入法中的8个按键的字母排列，并获取陀螺仪的速度信息，将其传递给主控板上的单片机，通过陀螺仪的速度控制电脑上鼠标光标移动，主控板上STC15F2K60S2单片机将接收到的传感器的按压信息和陀螺仪的移动信息进行转换，并控制主控板上的蓝牙，将获取到的各种传感器信息通过无线传输给USB接收板。

1.2 硬件模块

本设计作品包括显示部分、软硬件的转换电路、检测人体多种加速度变化、近距离的无线、发射、数据存储和逻辑传输等部分。所用电路模块主要包括MPU6050加速度传感器、OLED显示屏、STC15F2K60S2单片机、PDIUSBD12芯片和HC-05蓝牙。

2 电路设计

2.1模块设计

基于以上所述的USB接收板和主控板的工作原理，利用各个模块信息传输途径进行电路设计。

• 1）MPU6050加速度传感器：①具有数字运动处理功能；②感受加速度并转换成可用输出信号；③集成可程序控制，测量范围为±250°/s、±500°/s、±1000°/s与±2000°/s的3轴角速度感测器，范围为±2g、±4g、±8g和±16g的3轴加速度传感器。
• 2）OLED显示屏：显示实时时间。
• 3）STC15F2K60S2单片机：SPI通信，串口通信，GPIO。①SPI与陀螺仪通信，获取加速度与角度信息；②串口通信用于主控板和USB接收板的通信；③GPIO用于获取按键信号。
• 4）PDIUSBD12芯片：内部集成有串行接口引擎（SIE）、320 b FIFO存储器、收发器（transceiver）和电压调节。
• 5）HC-05蓝牙：当模块处于自动连接工作模式时，用于主控板和USB接收板之间的无线数据通信。

2.2 硬件电路设计

主控板电路如图1所示。STC15在此作为主控芯片，与陀螺仪和按键相连，轮询按钮被按下的情况。当按钮被按下时，将信号通过蓝牙发送给USB接收板，并且以固定的频率将陀螺仪的速度数据发送至USB接收板。

图1 主控板电路

USB接收电路如图2所示。STC15单片机与USBD12芯片、蓝牙模块相连。作为核心控制芯片，USBD12是单片机与电脑通信的桥梁，负责把电脑发送的USB协议数据转发给STC15，并将STC15的应答数据转发给电脑。蓝牙模块负责接收主控板的用户动作数据，STC15将其处理后通过USBD12控制电脑的鼠标光标和键盘。

图2 USB接收电路

3 组装与调试

3.1 组装及调试

组装主要包括两部分：①硬件电路板的设计与功能测试；②系统外观模型的搭建。

在完成电路设计与焊接的基础上，首先对电路板进行功能测试，通过测试之后将系统按照预期的外观设计进行组装，对信号线处理：

• ①将从主控板上引出的两排主控信号线使用软排线进行连接，并且采用即拔即插的方式，方便用户配戴；
• ②根据设计模型，从软排线的另一端将信号线分别引到双手的每根手指，与手指端传感器进行连接，通过指尖按压将信号传输至主控板；
• ③对主板手表模型进行3D模型设计与搭建，此模型可按需求进行个性化设计。

3.2 作品

USB接收模块如图3所示。最终设计的作品实物如图4所示。

图3 USB接收模块

图4 作品实物图

3.3 调试中出现的问题

在对该作品不断调试的过程中，出现的问题如下：

• 1）向MCU下载程序后，单片机工作出现了异常现象。在将USB接收板插入电脑后，电脑显示为“无法识别USB设备”。
• 2）在陀螺仪工作进行接收数据时，数据异常。
• 3）按键检测问题：一直检测为“按下”状态，有时会将“未按下”状态识别为“按下”。
• 4）按键预设功能与实际按下功能不符。
• 5）在工作一段时间后，USB模块向电脑发送乱码。
• 6）USB模块与主控板无法进行通信。
• 7）程序代码太大，超过ROM空间，无法下载。

3.4 问题解决方案

针对以上调试程序中所遇到的问题，不断进行测试，最终制作出了较为完美的作品。以下为上述问题的解决方案。

• 1）程序逻辑错误，重新检查USB模块向主机发送的数据，观测数据，并进行程序修改，再多次与电脑进行连接，显示正常。
• 2）检查连线问题，若连线正确，则更正SPI协议实现的代码。
• 3）测量电源电压，部分原因是电压过低造成按键检测错误，在程序中加入延迟消抖。
• 4）部分引线与传感器连接错误，对程序中按键定义进行重新修改。
• 5）首先检测电源电压是否正常，也可能为串口传输存在出错的几率，在其中加入校验字节后便可正常传输。
• 6）检查蓝牙是否连接完成，如果连接完成，可能是串口未开的原因。
• 7）对程序部分指令进行适当优化。

3.5 升级和包装

1）传感器和单片机的升级

• （1）传感器。本设计最初采用的是轻触按键传感器，通过资料搜集，发现了更加实用的压敏传感器。对于鼠标光标的控制，本设计采用了MPU6050传感器，它能很好地获取手掌移动信息，从而准确地控制鼠标光标的移动。
• （2）单片机。本设计第一代产品采用的是插针式的51单片机，后考虑要把产品做的更小而采用了贴片式的STC15单片机。15单片机相比于51单片机，其性能更加优越。

2）包装

通过3D画图设计了本作品的外包装，并通过3D打印将模型打印出来进行包装。对主控板进行包装是为了获得更佳的体验感，将电源隐藏在塑料壳内部，如图4所示。对于每个手指上的指圈，为更利于配戴，利用中通的软管将引线进行隐藏，得到了更简洁的外观，凸显作品特色。

4 软件流程设计

在本作品的软件设计中，USB接收板程序流程和主控板程序流程分别如图5和图6所示。

图5 USB接收板程序流程图

图6 主控板程序流程图

5 结论

本作品通过采用MPU6050传感器及压敏电阻传感器进行智能化数据采集，对手指运动产生的压力信号进行识别，结合手机九宫格的输入法，可以实现将26个英文字母及鼠标左右键在10个手指上进行有机的分配。同时对传统键盘鼠标进行外观个性化设计，实现便携式和可配戴式，不受使用场合的限制，还可使键盘键位宏定义可变，演变为多种设计，满足现代社会用户的个性化需求。