关键字 |
| 电脑鼠标,操作,残疾人,倾斜传感器。 |
介绍 |
| 由于缺乏适当的输入设备,残疾人使用电脑时经常遇到一些障碍。目前,键盘和鼠标是最常见的输入设备。由于日益普及的Microsoft Windows界面,即。Windows 98元,电脑鼠标甚至已经成为重要的补充道。因此,有必要发明一个简单的鼠标系统残疾人操作自己的电脑。 |
| 脊髓损伤患者(者)和瘫痪有越来越多地应用电子辅助装置来提高他们的能力来执行某些基本功能。电子设备,修改受益残疾人包括沟通和日常活动设备,和驱动轮椅。从文献分析有许多电脑输入设备是可用的。手指使用压力传感器安装装置,但没有硬件已经意识到目前为止,它需要物理与计算机系统交互。广泛的用户和设备之间的接口是可用的,可以扩大键盘的接口或一个复杂的系统,允许用户操作或控制运动的帮助下嘴,然而,对许多人来说嘴粘方法不准确和舒适的使用。眼睛成像的输入系统,electrooculograpy[5](小城镇)信号,肌电图(EMG)信号[5],脑电图(EEG)信号[1],[2]、[4]、[5],[7]-[19]能够提供只有少数控制动作缓慢的响应时间信号处理和需要大量的运动协调。红外或ultrasound-controlled鼠标系统(乐器起源的头鼠标和prentke的校长)[3],[6]等。有两个主要因素的关注用户。第一个是发射机的设计目的是瞄准一个有效范围对接收机,另一个是电脑鼠标的光标是否可以移动的头。这些考虑增加残疾人的负载。因此,替代系统,利用商用电子执行任务操作方便和简单的接口控制迫切需要。 |
| 操作电脑鼠标的能力变得越来越重要的残疾人特别是技术进步允许将越来越多的功能由计算机控制。原因有很多残疾人操作电脑。例如,他们需要获得新的知识和通过互联网与外界沟通。此外,他们还需要在家里工作,享受休闲活动,并管理其他事情,比如家庭购物和网上银行。本研究着重于倾斜传感器控制电脑鼠标。倾斜传感器或倾斜检测传感轴之间的夹角和重力等参考向量或地球的磁场。在医学科学领域,倾斜传感器主要用于职业医学研究。例如,倾斜传感器的应用在步态分析目前正在调查中。安德鲁斯等。[20]使用倾斜传感器连接到地板上反应类型踝足矫正法作为生物反馈来源通过electrocutaneous显示改善姿势控制在功能性电刺激(FES)地位。出版和希斯[21]推荐使用倾斜传感器同步腓神经刺激的步态周期偏瘫的通过监控角速度。 Basically, tilt sensors have potential applications of improving the abilities for persons with other disabilities [18]. The system uses MEMS accelerometers to detect the user’s head tilt in order to direct mouse movement on the computer screen. Clicking of the mouse is activated by the user’s eye-brow movement through a sensor. The keyboard function is designed to allow the user to scroll letters with head tilt and with eye brow movement as the selection mechanism. Voice recognition section is also present in the head section to identify the small letters which are pronounced by the paralyzed user. The tilt sensors can sense the operator’s head motion up, down, left, and right, etc. Accordingly, the cursor direction can be determined. |
方法 |
| 系统取代了原来的电脑鼠标的倾斜传感器安装到一个耳机戴的残疾人。 |
| 用户执行控制电脑鼠标来移动光标,在Windows 98执行所有必要的功能。这款鼠标控制功能包括:上,下,左,右,左上角,右上角,左下,右下。倾斜传感器的框图表示控制电脑鼠标是图1所示。电脑鼠标接口的电路控制的倾斜传感器组成的六大要素:1)倾斜传感器模块;2)语音识别模块;3)眼睛眉毛传感器模块;4)信号处理模块;5)单片机模块;6)无线通信模块。 |
答:倾斜传感器模块 |
| 倾斜传感器模块,如图1所示(一个),链接电脑鼠标接口残疾人。倾斜传感器模块重约8克。这是一个3轴Low-g微机械加速度计模块与灵敏度选择使用加速度计传感器(MMA7260Q)免费。 |
| 装置由两个表面微机械电容式感应细胞(g-cell)和信号调节ASIC包含在一个集成电路。传感元素密封气在晶圆级使用散装微加工帽晶片。 |
| g-cell是机械结构形成于半导体材料(多晶硅)使用半导体过程。它可以设计成一组梁附加到活动中心质量之间移动固定梁和活动横梁可以从静止位置对偏转系统加速度。 |
| 中央大规模移动包含梁连接;因此,距离他们的固定横梁一侧将增加相同数量的距离固定梁在另一边墙减少。加速度是距离变化量的测量。 |
| g-cell光束形成两个背靠背的电容器。中心梁与加速移动,因此梁之间的距离变化,每个电容器的价值将会改变,(C = Aε/ D)。这是梁区域,介电常数ε,D是梁之间的距离。开关电容技术使用的ASIC测量g-cell电容器和提取加速度数据从两个电容器之间的区别。ASIC也可以条件和过滤器(切换电容器)信号,提供一个高水平ratio-metric和加速度成比例的输出电压。 |
| g-Select特性存在的设备允许4敏感性之间的选择。根据给定的逻辑输入插脚1和2,设备的内部增益变化,允许它与1.5 g函数,2 g, 4 g,或者6 g的敏感性。2.2和3.6 V的供应范围,该设备是一个完全线性加速度计校准。除了这些供应限制了设备可以作为线性设备操作但不保证校准。这个值是衡量使用g-Select 1.5 g的模式。 |
| 上面的输出将增加VDD / 2为积极的加速度,而下面的输出将减少VDD / 2负加速度。倾斜传感器的探测范围在这个研究是任何在±45°角。 |
| 光标控制的倾斜传感器不能仅仅在垂直或水平方向移动,但它也可以在一个对角线移动。一个9 v电池提供所有设备所需的电源控制箱中包含,包括以下几点:倾斜传感器、语音识别电路,信号处理电路,微处理器电路的电路控制箱。 |
B .Voice识别模块 |
| 语音识别设备的流程分析声音,识别的过程和控制系统功能。语音识别系统可以由外部话筒,键盘,64 k SRAM和一些额外的组件,可以构建一个智能识别系统结合微处理器。它可以识别最大1.92秒的单词及其响应时间小于300 ms。嗯2007集成电路用于语音识别。最大的40个单词可以被单片机识别。当用户输入一个语音输入虽然微电话那声音发送识别过程与存储声音模式的比较和合成信号发送到微控制器进行进一步处理。 |
c .眼睛眉毛传感器模块 |
| 眼睛眉毛传感器包含一个红外LED在900海里。它不可见红外光在用户的眼球,这不会引起任何伤害用户的眼球。一个红外900纳米传感器是用来检测反射的红外光线当用户眨眼他的眼睛。这个信号给单片机的信号调节部分然后进一步处理。 |
d .信号处理模块 |
| 信号处理模块,如图1所示(B),主要包括三部分:放大器、低通滤波器、模拟到数字转换器(a / D)。为了得到一个小信号从倾斜传感器、高性能放大器采用这个系统。2赫兹的二阶低通的辐射耦合滤波器设计的系统,可以减少加速度和消除噪声频率的影响。10位A / D转换器用于数字化倾斜传感器的信号和语音识别电路。 |
大肠的主要微控制器 |
| ARM微控制器系统的主控制器,如图1所示(C)。Port0和端口1的微处理器可以从倾斜传感器接收到数字信号通过信号处理模块。同时,眼睛眉毛的端口1接收到触发信号传感器执行单击动作。parallel-to-serial方法部署通过端口1发送信号的能力控制电脑鼠标的输入运动(COM1)。端口1分派他所有控制信号给操作员确认输入动作已经完成。 |
| 横向和上下动作从用户的头可以倾斜传感器和检测到的输入微处理器进行分析和处理。微处理器将立即在信号映射到它的命令代码作为端口1只接收信号从一个模数转换器。它命令鼠标光标在垂直或水平方向移动,即。,上,下,左,右,上或左下角,上层或右下方。端口0微处理器的并行数据转换成串行数据并把这些数据传送给计算机通过射频(RF)方法。计算机的串行端口(COM1)转发命令代码和数字化触发信号到计算机。应用程序写的visual basic (VB)语言读取串口发送的命令代码(COM 1)关于鼠标活动从微处理器通过API。这些代码被转换为了执行的动作,下,左,右,上或左下角,上部或下部。同时,速度控制功能光标/单击是内置的应用程序。一组理想的控制参数可预置来满足用户根据操作员是熟悉系统。应用程序位于顶层的Windows操作系统,这样head-driven鼠标可能使用基于Windows的应用程序的其余部分。 |
| 系统评价,12人(所有男人,23-33岁,六是健全和六个人与四肢瘫痪)使用电脑的经验曾被选为本研究。六个健康个体的整个身体都被限制在一个固定的和静止的位置,除了颈部和头部动作都是免费的,在脊髓受伤的组织,并被指定为对照组。剩下的六个SCI四肢瘫痪的人分配作为实验组。他们都有30分钟训练之前使用这个新开发的电脑鼠标。此外,他们都收到指令使用30命令在控制电脑鼠标(上,下,左,右,upperleft,右上角,左下,右下)。然后,他们被要求输入尽可能准确和纠正他们的错误。在测试中,临床医生阅读每个命令提示用户的输入动作。首先,医生先读第一个命令提示用户的输入运动。然后,医生阅读以下命令来提示用户输入他们一旦用户已经完成了前一个命令的输入。因此,使用这个接口的速度是由用户自己。 The clinician recorded the number of correct input motions and the time needed to finish 30 input motions. Then, both the percentage of accuracy (number of correct input motions divided by 30 and multiplied by 100%) and the time needed for every user were calculated for the control group and the experimental group, correspondingly. |
f .无线通信模块 |
| XBee和XBee-PRO OEM射频模块设计,以满足内部IEEE 802.15.4和维护提供服务的标准的特殊需要无线传感器网络低成本和低功耗。该模块需要最低的功率交付设备之间提供可靠的数据。模块操作在ISM频率为2.4 GHz, pin-for-pin是兼容的。模块接口主机设备通过一个逻辑电平异步串行端口。该模块可以与任何逻辑和电压兼容的UART通信通过串行端口;任何串行设备或电平转换器。的XBee®/ XBee-PRO射频模块设计挂载到一个插座(插座),因此不需要任何焊接在安装板。XBee开发工具包将rs - 232和USB接口板使用两个20-pin插座接收模块。 |
结果 |
| 为了实现操作计算机和通信消息的目标通过万维网(WWW),所有的个人需要做的是我们新开发的耳机戴上,如Figs.2所示。为用户列出的测试结果在两组控制,实验中,我如表所示。 |
| 这个实验的平均精度为对照组和实验组97.8 2.6%和95.1 4.9%,分别。所需的平均时间对照组和实验组3.5 1.1分钟,4.9 2.0分钟,分别。一个独立的测试显示,平均精度的差异,对照组和实验组的平均时间并不重要。这意味着新设计的电脑鼠标接口是用户友好的对健康的人或者是残疾人和四肢瘫痪(SCI)。 |
总结 |
| 这些年越来越多的各种意外伤害导致了残疾人的人口正在急剧增加。尽管有许多设备可以补充损失的函数对脊髓损伤患者,仍有很大的区别的方便性和准确性。大多数的设备是用来作为一个电脑鼠标残疾人利用方法的补充口,眼球运动,或eye-ball-imaging完成输入运动[7],[12],[14],[15],[16],[17]。虽然嘴巴棒提供了合理的函数,允许成功输入电脑鼠标,它经常缺乏良好的卫生和方便,因为它是口头激活。同样,眼球运动和基于eyeball-imaging的系统依赖于高水平的成像分析(有问题的准确性),他们需要一个更长的操作时间输入一个数字或一个字母。head-controlled鼠标依靠红外线和超声波信号,传感器放置在头后将信号发送给远程接收器检测到运动。但是,用户必须专注于电脑屏幕上的光标移动,保证传输信号在接收范围内的接收器。因此,这些设备当然残疾人制造麻烦。此外,这些系统有不利之处,如昂贵的仪器成本和扩展操作培训的要求。 |
| 在新世纪的时代,我们担心残疾人不成为技术孤儿等领域的电子产品和电脑。专门为残疾人克服不便,在日常生活中,我们利用最少的线路以及高度精确控制系统生成设备。该系统提出了允许残疾人,以避免需要使用捂着嘴粘等不舒服的输入方法。相反,此系统采用倾斜传感器模块来控制电脑鼠标的运动颈部的旋转。有几个用户友好的特性还包括在这个系统。结果,该系统优于口腔stick-based系统的用户提供便利等优势,准确性,和卫生设施。此外,headset-type控制方法尤其有帮助对于那些由于脊髓损伤四肢瘫痪。定量数据也表明,有限的训练后,健康和残疾人可以操作这个系统的精度超过95%。平均7 - 9年代才完成一个鼠标运动。结果表明残疾人可以操作这个系统很好。 Furthermore, when compared to the previously developed infrared controlled human–computer mouse interface [3], the newly developed system can complete a single mouse command 3–4 s faster, which proves the practical value of the system. People with disabilities can also mount the tilt sensor module on prosthesis, a protective gear, or on a powered wheelchair to achieve the objective of using the computer mouse easily and sanitarily. |
| 电脑鼠标接口,这是由倾斜传感器,利用电流电路技术来有效地完成电脑鼠标的控制系统。在未来,这个接口可以引入等控制系统在国内电动轮椅、电话和家用电器与巨大的潜力市场所要求的。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
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