目前市場上的指尖壓敏鼠標極少。本設計采用可配戴式且便攜式的指尖壓敏制作了一款鍵盤鼠標。該鍵盤鼠標的使用將會代替傳統鍵盤一些繁瑣指令，使電子計算機的操作更加方便簡捷。

該款指尖壓敏可配戴式的鍵盤鼠標設計結合手機九宮格的輸入方法，依據不同手指的敲擊次數來輸入10個數字、26個英文字母及其大小寫等，能較好地滿足用戶個性化設計的需求。

1 工作原理

該款指尖壓敏可配戴式鍵盤鼠標主要由USB接收板和主控板組成。下面主要介紹這兩塊板的工作原理。

1.1 USB接收板和主控板工作原理

USB接收板工作原理：USB接收板通過USB協議控制電腦鍵盤鼠標的操作，其中USB接收板上的藍牙模塊負責將手表模塊采集到的操作數據通過無線接收，并將數據傳遞給USB接收板上的STC15F2K60S2單片機，STC15F2K60S2單片機通過藍牙進行數據接收，USB接收板利用PDIUSBD12芯片用規范的USB協議與電腦進行通信，STC15F2K60S2單片機負責將接收到的數據進行整理并控制改變關鍵數據，通過USB協議將操作數據進行轉換，再向電腦發送鍵盤鼠標上的命令。

主控板工作原理：主控板上的OLED用來實時顯示時間。在人按壓壓敏傳感器后，所檢測到的按壓信息被傳遞給主控板，壓敏傳感器映射九宮格輸入法中的8個按鍵的字母排列，并獲取陀螺儀的速度信息，將其傳遞給主控板上的單片機，通過陀螺儀的速度控制電腦上鼠標光標移動，主控板上STC15F2K60S2單片機將接收到的傳感器的按壓信息和陀螺儀的移動信息進行轉換，并控制主控板上的藍牙，將獲取到的各種傳感器信息通過無線傳輸給USB接收板。

1.2 硬件模塊

本設計作品包括顯示部分、軟硬件的轉換電路、檢測人體多種加速度變化、近距離的無線、發射、數據存儲和邏輯傳輸等部分。所用電路模塊主要包括MPU6050加速度傳感器、OLED顯示屏、STC15F2K60S2單片機、PDIUSBD12芯片和HC-05藍牙。

2 電路設計

2.1模塊設計

基于以上所述的USB接收板和主控板的工作原理，利用各個模塊信息傳輸途徑進行電路設計。

• 1）MPU6050加速度傳感器：①具有數字運動處理功能；②感受加速度并轉換成可用輸出信號；③集成可程序控制，測量范圍為±250°/s、±500°/s、±1000°/s與±2000°/s的3軸角速度感測器，范圍為±2g、±4g、±8g和±16g的3軸加速度傳感器。
• 2）OLED顯示屏：顯示實時時間。
• 3）STC15F2K60S2單片機：SPI通信，串口通信，GPIO。①SPI與陀螺儀通信，獲取加速度與角度信息；②串口通信用于主控板和USB接收板的通信；③GPIO用于獲取按鍵信號。
• 4）PDIUSBD12芯片：內部集成有串行接口引擎（SIE）、320 b FIFO存儲器、收發器（transceiver）和電壓調節。
• 5）HC-05藍牙：當模塊處于自動連接工作模式時，用于主控板和USB接收板之間的無線數據通信。

2.2 硬件電路設計

主控板電路如圖1所示。STC15在此作為主控芯片，與陀螺儀和按鍵相連，輪詢按鈕被按下的情況。當按鈕被按下時，將信號通過藍牙發送給USB接收板，并且以固定的頻率將陀螺儀的速度數據發送至USB接收板。

圖1 主控板電路

USB接收電路如圖2所示。STC15單片機與USBD12芯片、藍牙模塊相連。作為核心控制芯片，USBD12是單片機與電腦通信的橋梁，負責把電腦發送的USB協議數據轉發給STC15，并將STC15的應答數據轉發給電腦。藍牙模塊負責接收主控板的用戶動作數據，STC15將其處理后通過USBD12控制電腦的鼠標光標和鍵盤。

圖2 USB接收電路

3 組裝與調試

3.1 組裝及調試

組裝主要包括兩部分：①硬件電路板的設計與功能測試；②系統外觀模型的搭建。

在完成電路設計與焊接的基礎上，首先對電路板進行功能測試，通過測試之后將系統按照預期的外觀設計進行組裝，對信號線處理：

• ①將從主控板上引出的兩排主控信號線使用軟排線進行連接，并且采用即拔即插的方式，方便用戶配戴；
• ②根據設計模型，從軟排線的另一端將信號線分別引到雙手的每根手指，與手指端傳感器進行連接，通過指尖按壓將信號傳輸至主控板；
• ③對主板手表模型進行3D模型設計與搭建，此模型可按需求進行個性化設計。

3.2 作品

USB接收模塊如圖3所示。最終設計的作品實物如圖4所示。

圖3 USB接收模塊

圖4 作品實物圖

3.3 調試中出現的問題

在對該作品不斷調試的過程中，出現的問題如下：

• 1）向MCU下載程序后，單片機工作出現了異常現象。在將USB接收板插入電腦后，電腦顯示為“無法識別USB設備”。
• 2）在陀螺儀工作進行接收數據時，數據異常。
• 3）按鍵檢測問題：一直檢測為“按下”狀態，有時會將“未按下”狀態識別為“按下”。
• 4）按鍵預設功能與實際按下功能不符。
• 5）在工作一段時間后，USB模塊向電腦發送亂碼。
• 6）USB模塊與主控板無法進行通信。
• 7）程序代碼太大，超過ROM空間，無法下載。

3.4 問題解決方案

針對以上調試程序中所遇到的問題，不斷進行測試，最終制作出了較為完美的作品。以下為上述問題的解決方案。

• 1）程序邏輯錯誤，重新檢查USB模塊向主機發送的數據，觀測數據，并進行程序修改，再多次與電腦進行連接，顯示正常。
• 2）檢查連線問題，若連線正確，則更正SPI協議實現的代碼。
• 3）測量電源電壓，部分原因是電壓過低造成按鍵檢測錯誤，在程序中加入延遲消抖。
• 4）部分引線與傳感器連接錯誤，對程序中按鍵定義進行重新修改。
• 5）首先檢測電源電壓是否正常，也可能為串口傳輸存在出錯的幾率，在其中加入校驗字節后便可正常傳輸。
• 6）檢查藍牙是否連接完成，如果連接完成，可能是串口未開的原因。
• 7）對程序部分指令進行適當優化。

3.5 升級和包裝

1）傳感器和單片機的升級

• （1）傳感器。本設計最初采用的是輕觸按鍵傳感器，通過資料搜集，發現了更加實用的壓敏傳感器。對于鼠標光標的控制，本設計采用了MPU6050傳感器，它能很好地獲取手掌移動信息，從而準確地控制鼠標光標的移動。
• （2）單片機。本設計第一代產品采用的是插針式的51單片機，后考慮要把產品做的更小而采用了貼片式的STC15單片機。15單片機相比于51單片機，其性能更加優越。

2）包裝

通過3D畫圖設計了本作品的外包裝，并通過3D打印將模型打印出來進行包裝。對主控板進行包裝是為了獲得更佳的體驗感，將電源隱藏在塑料殼內部，如圖4所示。對于每個手指上的指圈，為更利于配戴，利用中通的軟管將引線進行隱藏，得到了更簡潔的外觀，凸顯作品特色。

4 軟件流程設計

在本作品的軟件設計中，USB接收板程序流程和主控板程序流程分別如圖5和圖6所示。

圖5 USB接收板程序流程圖

圖6 主控板程序流程圖

5 結論

本作品通過采用MPU6050傳感器及壓敏電阻傳感器進行智能化數據采集，對手指運動產生的壓力信號進行識別，結合手機九宮格的輸入法，可以實現將26個英文字母及鼠標左右鍵在10個手指上進行有機的分配。同時對傳統鍵盤鼠標進行外觀個性化設計，實現便攜式和可配戴式，不受使用場合的限制，還可使鍵盤鍵位宏定義可變，演變為多種設計，滿足現代社會用戶的個性化需求。