本實(shí)用新型涉及鼠標(biāo)領(lǐng)域,特別涉及一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
微機(jī)械加速度傳感器是一種典型的微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanical system,MEMS),在航空、航天、汽車等領(lǐng)域已得到了越來越廣泛的應(yīng)用,但基于MEMS微加速度傳感器技術(shù)的無線輸入設(shè)備的研究和應(yīng)用還不是很多,微加速度傳感器用于輸入設(shè)備的潛在優(yōu)勢還沒有得到很好的應(yīng)用。
鼠標(biāo)是最常用的電腦輸入設(shè)備,隨著PDA、筆記本、可穿戴式電腦等便攜設(shè)備的流行,傳統(tǒng)的鼠標(biāo)已經(jīng)滿足不了移動(dòng)辦公的需要?,F(xiàn)有的滾輪式或光電式鼠標(biāo)都需要一個(gè)平坦的工作表面,且自身的體積也比較大。而基于微加速度傳感器的無線鼠標(biāo)則完全沒有這個(gè)限制,它可以自由自在的在空中移動(dòng)來控制電腦;可以做得很小,便于攜帶,可以靈活地應(yīng)用于各種場合,例如:可以做成供殘疾人使用的頭戴式鼠標(biāo),供講演者使用的移動(dòng)式鼠標(biāo)等。
鼠標(biāo)自1968年誕生以來,已歷經(jīng)40年的演變和發(fā)展。隨著消費(fèi)型電腦的普及,鼠標(biāo)的工作方式也有翻天覆地的進(jìn)步:從最早的機(jī)械滾輪鼠標(biāo)到如今的光電鼠標(biāo),再到中高端的激光鼠標(biāo)。鼠標(biāo)的每一次變革無不給用戶帶來使用上的快感。此外,隨著人們對辦公環(huán)境和操作便捷性要求日益增高,無線鼠標(biāo)普及也被提到日程來。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
鑒于此,本實(shí)用新型提供了一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng),本實(shí)用新型具有安全性能高、指紋識(shí)別準(zhǔn)確、位移識(shí)別準(zhǔn)確、成本低和智能化等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:微加速度傳感器、微處理器、射頻發(fā)射器、指紋采集裝置、射頻接收器、數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī);所述微加速度傳感器信號(hào)連接于微處理器;所述微處理器信號(hào)連接于射頻發(fā)射器;所述指紋采集裝置信號(hào)連接于射頻發(fā)射器;所述射頻發(fā)射器信號(hào)連接于射頻接收器;所述射頻接收器信號(hào)連接于數(shù)據(jù)處理器;所述數(shù)據(jù)處理器信號(hào)連接于上位機(jī)。
所述微處理器包括:差分放大模塊;所述差分放大模塊信號(hào)連接于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于對微加速度傳感器發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行處理,放大差模信號(hào),抑制共模信號(hào),將處理后的信號(hào)發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊信號(hào)連接于二重積分模塊,用于將差分放大模塊發(fā)送過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);所述二重積分模塊信號(hào)連接于編碼模塊,用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行兩次積分,將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為鼠標(biāo)移動(dòng)的位移信號(hào),將位移信號(hào)發(fā)送至編碼模塊;所述編碼模塊信號(hào)連接于射頻發(fā)射器,用于對接收到的位移信號(hào)進(jìn)行編碼,以便通過射頻發(fā)射器發(fā)送給上位機(jī)。
所述指紋采集裝置包括:光學(xué)傳感器、電容傳感器和指紋編碼單元;所述光學(xué)傳感器信號(hào)連接于指紋編碼單元,用于獲取使用者的指紋信息,將指紋信息發(fā)送至指紋編碼單元;所述電容傳感器信號(hào)連接于指紋編碼單元,用于獲取使用者的指紋信息,將指紋信息發(fā)送至指紋編碼單元;所述指紋編碼單元信號(hào)連接于射頻發(fā)射器,用于將接收到的指紋信息進(jìn)行編碼,將編碼后的指紋信息經(jīng)射頻發(fā)射器發(fā)送至上位機(jī)。
所述數(shù)據(jù)處理器包括:指紋識(shí)別模塊和位移信息識(shí)別模塊;所述指紋識(shí)別模塊包括:預(yù)處理單元、匹配單元、模板數(shù)據(jù)庫、閾值單元和融合單元;所述預(yù)處理單元信號(hào)連接于匹配單元,用于對接收到的指紋圖像信息進(jìn)行圖像分割處理、圖像增強(qiáng)處理、圖像二值化處理、圖像細(xì)化處理和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提取處理,將處理后的指紋圖像信息發(fā)送至圖像匹配單元;所述圖像匹配單元分別信號(hào)連接于融合單元和模板數(shù)據(jù)庫,用于對接收到的指紋圖像和模板數(shù)據(jù)庫中的模板指紋進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至分?jǐn)?shù)融合單元;所述融合單元信號(hào)連接于閾值單元,用于將光學(xué)傳感器發(fā)送過來的指紋信息經(jīng)匹配單元匹配后的結(jié)果和電容傳感器發(fā)送過來的指紋信息經(jīng)匹配單元匹配后的結(jié)果進(jìn)行融合,將融合結(jié)果和閾值單元中預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較,生成最終的指紋識(shí)別結(jié)果。
所述上位機(jī)包括:個(gè)人電腦和權(quán)限驗(yàn)證裝置;所述權(quán)限驗(yàn)證裝置信號(hào)連接于數(shù)據(jù)處理器,用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)送過來的結(jié)果判斷是否允許無線鼠標(biāo)的接入。
采用以上技術(shù)方案,本實(shí)用新型產(chǎn)生了以下有益效果:
1、具備指紋識(shí)別功能、安全性高:本實(shí)用新型的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng)中有指紋識(shí)別功能,只有通過指紋識(shí)別的用戶才能將該無線鼠標(biāo)和上位機(jī)連通,適用于于一些對安全性要求較高的電腦。同時(shí)也適用于一些對于隱私保護(hù)要求較高的用戶。
2、成本低:本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,各個(gè)組件之間的連接關(guān)系非常清晰,適合工業(yè)化生產(chǎn)和制造,降低了系統(tǒng)制造的成本,提高了普及率。
3、智能化:本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理器能夠自動(dòng)對使用者的指紋和鼠標(biāo)位移信息進(jìn)行識(shí)別,無須人為干預(yù),智能化程度高。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本說明書中公開的所有特征,或公開的所有方法或過程中的步驟,除了互相排斥的特征和/或步驟以外,均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要)中公開的任一特征,除非特別敘述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即,除非特別敘述,每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供了一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:
一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:微加速度傳感器、微處理器、射頻發(fā)射器、指紋采集裝置、射頻接收器、數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī);所述微加速度傳感器信號(hào)連接于微處理器;所述微處理器信號(hào)連接于射頻發(fā)射器;所述指紋采集裝置信號(hào)連接于射頻發(fā)射器;所述射頻發(fā)射器信號(hào)連接于射頻接收器;所述射頻接收器信號(hào)連接于數(shù)據(jù)處理器;所述數(shù)據(jù)處理器信號(hào)連接于上位機(jī)。
所述微處理器包括:差分放大模塊;所述差分放大模塊信號(hào)連接于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于對微加速度傳感器發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行處理,放大差模信號(hào),抑制共模信號(hào),將處理后的信號(hào)發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊信號(hào)連接于二重積分模塊,用于將差分放大模塊發(fā)送過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);所述二重積分模塊信號(hào)連接于編碼模塊,用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行兩次積分,將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為鼠標(biāo)移動(dòng)的位移信號(hào),將位移信號(hào)發(fā)送至編碼模塊;所述編碼模塊信號(hào)連接于射頻發(fā)射器,用于對接收到的位移信號(hào)進(jìn)行編碼,以便通過射頻發(fā)射器發(fā)送給上位機(jī)。
所述指紋采集裝置包括:光學(xué)傳感器、電容傳感器和指紋編碼單元;所述光學(xué)傳感器信號(hào)連接于指紋編碼單元,用于獲取使用者的指紋信息,將指紋信息發(fā)送至指紋編碼單元;所述電容傳感器信號(hào)連接于指紋編碼單元,用于獲取使用者的指紋信息,將指紋信息發(fā)送至指紋編碼單元;所述指紋編碼單元信號(hào)連接于射頻發(fā)射器,用于將接收到的指紋信息進(jìn)行編碼,將編碼后的指紋信息經(jīng)射頻發(fā)射器發(fā)送至上位機(jī)。
所述數(shù)據(jù)處理器包括:指紋識(shí)別模塊和位移信息識(shí)別模塊;所述指紋識(shí)別模塊包括:預(yù)處理單元、匹配單元、模板數(shù)據(jù)庫、閾值單元和融合單元;所述預(yù)處理單元信號(hào)連接于匹配單元,用于對接收到的指紋圖像信息進(jìn)行圖像分割處理、圖像增強(qiáng)處理、圖像二值化處理、圖像細(xì)化處理和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提取處理,將處理后的指紋圖像信息發(fā)送至圖像匹配單元;所述圖像匹配單元分別信號(hào)連接于融合單元和模板數(shù)據(jù)庫,用于對接收到的指紋圖像和模板數(shù)據(jù)庫中的模板指紋進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至分?jǐn)?shù)融合單元;所述融合單元信號(hào)連接于閾值單元,用于將光學(xué)傳感器發(fā)送過來的指紋信息經(jīng)匹配單元匹配后的結(jié)果和電容傳感器發(fā)送過來的指紋信息經(jīng)匹配單元匹配后的結(jié)果進(jìn)行融合,將融合結(jié)果和閾值單元中預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較,生成最終的指紋識(shí)別結(jié)果。
所述上位機(jī)包括:個(gè)人電腦和權(quán)限驗(yàn)證裝置;所述權(quán)限驗(yàn)證裝置信號(hào)連接于數(shù)據(jù)處理器,用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)送過來的結(jié)果判斷是否允許無線鼠標(biāo)的接入。
本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供了一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行方法:
一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
步驟1:系統(tǒng)啟動(dòng),系統(tǒng)初始化;指紋采集裝置采集用戶的指紋信息,將采集后的指紋信息經(jīng)射頻發(fā)射其發(fā)送至數(shù)據(jù)處理器;
步驟2:數(shù)據(jù)處理器對接收到的指紋信息進(jìn)行指紋識(shí)別,將識(shí)別結(jié)果發(fā)送上位機(jī);
步驟3:上位機(jī)對接收到的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證,判斷該用戶是否能夠使用該鼠標(biāo)接入個(gè)人電腦;若該用戶擁有使用該鼠標(biāo)接入電腦的權(quán)限,則執(zhí)行步驟4;
步驟4:用戶使用該鼠標(biāo)過程中,無線鼠標(biāo)的微加速度傳感器實(shí)時(shí)地輸出鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)的加速度大小信息和方向信息;
步驟5:數(shù)字處理器對接收到的鼠標(biāo)移動(dòng)的加速度大小信息和方向信息進(jìn)行識(shí)別,將識(shí)別結(jié)果發(fā)送至個(gè)人電腦,進(jìn)而控制個(gè)人電腦的運(yùn)行。
所述加速度傳感器的量程為±1.7gn,電壓靈敏度為1000mV/gn;所述差分放大模塊的放大倍數(shù)為:5.0/1.7倍;所述加速度傳感器經(jīng)差分放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理后的輸入信號(hào)的計(jì)算方法為:;其中,[]表示取整;a為加速度傳感器輸出的電壓大小。
所述數(shù)據(jù)處理器對接收到的指紋信息進(jìn)行識(shí)別的方法包括以下步驟:
步驟1:電容傳感器根據(jù)按壓到采集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和芯片之間產(chǎn)生的不同電容值,再通過芯片測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋;將獲取到的指紋發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器;
步驟3:預(yù)處理單元對接收到的指紋圖像依次進(jìn)行圖像分割、圖像增強(qiáng)、圖像二值化、圖像細(xì)化和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提取處理;
步驟4:匹配單元從模板數(shù)據(jù)庫中調(diào)取指紋模板進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至融合單元;
步驟5:光學(xué)傳感器根據(jù)由CCD攝像頭捕獲的圖像中,對應(yīng)指紋脊線的部分顏色較深,對應(yīng)指紋谷線的部分顏色較淺的原理獲取用戶的指紋信息,將獲取到的指紋發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器;
步驟6:步驟3:預(yù)處理單元對接收到的指紋圖像依次進(jìn)行圖像分割、圖像增強(qiáng)、圖像二值化、圖像細(xì)化和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提??;
步驟7:匹配單元從模板數(shù)據(jù)庫中調(diào)取指紋模板進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至融合單元;
步驟8:融合單元根據(jù)獲取到的匹配結(jié)果,進(jìn)行匹配分?jǐn)?shù)融合得到最終的匹配分?jǐn)?shù),將最終的匹配分?jǐn)?shù)和閾值單元中設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果判斷是否該用戶的指紋是否識(shí)別通過。
本實(shí)用新型實(shí)施例3中提供了一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:
一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:微加速度傳感器、微處理器、射頻發(fā)射器、指紋采集裝置、射頻接收器、數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī);所述微加速度傳感器信號(hào)連接于微處理器;所述微處理器信號(hào)連接于射頻發(fā)射器;所述指紋采集裝置信號(hào)連接于射頻發(fā)射器;所述射頻發(fā)射器信號(hào)連接于射頻接收器;所述射頻接收器信號(hào)連接于數(shù)據(jù)處理器;所述數(shù)據(jù)處理器信號(hào)連接于上位機(jī)。
所述微處理器包括:差分放大模塊;所述差分放大模塊信號(hào)連接于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于對微加速度傳感器發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行處理,放大差模信號(hào),抑制共模信號(hào),將處理后的信號(hào)發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊信號(hào)連接于二重積分模塊,用于將差分放大模塊發(fā)送過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);所述二重積分模塊信號(hào)連接于編碼模塊,用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行兩次積分,將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為鼠標(biāo)移動(dòng)的位移信號(hào),將位移信號(hào)發(fā)送至編碼模塊;所述編碼模塊信號(hào)連接于射頻發(fā)射器,用于對接收到的位移信號(hào)進(jìn)行編碼,以便通過射頻發(fā)射器發(fā)送給上位機(jī)。
所述指紋采集裝置包括:光學(xué)傳感器、電容傳感器和指紋編碼單元;所述光學(xué)傳感器信號(hào)連接于指紋編碼單元,用于獲取使用者的指紋信息,將指紋信息發(fā)送至指紋編碼單元;所述電容傳感器信號(hào)連接于指紋編碼單元,用于獲取使用者的指紋信息,將指紋信息發(fā)送至指紋編碼單元;所述指紋編碼單元信號(hào)連接于射頻發(fā)射器,用于將接收到的指紋信息進(jìn)行編碼,將編碼后的指紋信息經(jīng)射頻發(fā)射器發(fā)送至上位機(jī)。
所述數(shù)據(jù)處理器包括:指紋識(shí)別模塊和位移信息識(shí)別模塊;所述指紋識(shí)別模塊包括:預(yù)處理單元、匹配單元、模板數(shù)據(jù)庫、閾值單元和融合單元;所述預(yù)處理單元信號(hào)連接于匹配單元,用于對接收到的指紋圖像信息進(jìn)行圖像分割處理、圖像增強(qiáng)處理、圖像二值化處理、圖像細(xì)化處理和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提取處理,將處理后的指紋圖像信息發(fā)送至圖像匹配單元;所述圖像匹配單元分別信號(hào)連接于融合單元和模板數(shù)據(jù)庫,用于對接收到的指紋圖像和模板數(shù)據(jù)庫中的模板指紋進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至分?jǐn)?shù)融合單元;所述融合單元信號(hào)連接于閾值單元,用于將光學(xué)傳感器發(fā)送過來的指紋信息經(jīng)匹配單元匹配后的結(jié)果和電容傳感器發(fā)送過來的指紋信息經(jīng)匹配單元匹配后的結(jié)果進(jìn)行融合,將融合結(jié)果和閾值單元中預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較,生成最終的指紋識(shí)別結(jié)果。
所述上位機(jī)包括:個(gè)人電腦和權(quán)限驗(yàn)證裝置;所述權(quán)限驗(yàn)證裝置信號(hào)連接于數(shù)據(jù)處理器,用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)送過來的結(jié)果判斷是否允許無線鼠標(biāo)的接入。
一種基于微加速度傳感器的無線安全鼠標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
步驟1:系統(tǒng)啟動(dòng),系統(tǒng)初始化;指紋采集裝置采集用戶的指紋信息,將采集后的指紋信息經(jīng)射頻發(fā)射其發(fā)送至數(shù)據(jù)處理器;
步驟2:數(shù)據(jù)處理器對接收到的指紋信息進(jìn)行指紋識(shí)別,將識(shí)別結(jié)果發(fā)送上位機(jī);
步驟3:上位機(jī)對接收到的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證,判斷該用戶是否能夠使用該鼠標(biāo)接入個(gè)人電腦;若該用戶擁有使用該鼠標(biāo)接入電腦的權(quán)限,則執(zhí)行步驟4;
步驟4:用戶使用該鼠標(biāo)過程中,無線鼠標(biāo)的微加速度傳感器實(shí)時(shí)地輸出鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)的加速度大小信息和方向信息;
步驟5:數(shù)字處理器對接收到的鼠標(biāo)移動(dòng)的加速度大小信息和方向信息進(jìn)行識(shí)別,將識(shí)別結(jié)果發(fā)送至個(gè)人電腦,進(jìn)而控制個(gè)人電腦的運(yùn)行。
所述加速度傳感器的量程為±1.7gn,電壓靈敏度為1000mV/gn;所述差分放大模塊的放大倍數(shù)為:5.0/1.7倍;所述加速度傳感器經(jīng)差分放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理后的輸入信號(hào)的計(jì)算方法為: ;其中,[ ]表示取整;a為加速度傳感器輸出的電壓大小。
所述數(shù)據(jù)處理器對接收到的指紋信息進(jìn)行識(shí)別的方法包括以下步驟:
步驟1:電容傳感器根據(jù)按壓到采集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和芯片之間產(chǎn)生的不同電容值,再通過芯片測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋;將獲取到的指紋發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器;
步驟3:預(yù)處理單元對接收到的指紋圖像依次進(jìn)行圖像分割、圖像增強(qiáng)、圖像二值化、圖像細(xì)化和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提取處理;
步驟4:匹配單元從模板數(shù)據(jù)庫中調(diào)取指紋模板進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至融合單元;
步驟5:光學(xué)傳感器根據(jù)由CCD攝像頭捕獲的圖像中,對應(yīng)指紋脊線的部分顏色較深,對應(yīng)指紋谷線的部分顏色較淺的原理獲取用戶的指紋信息,將獲取到的指紋發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器;
步驟6:步驟3:預(yù)處理單元對接收到的指紋圖像依次進(jìn)行圖像分割、圖像增強(qiáng)、圖像二值化、圖像細(xì)化和圖像細(xì)節(jié)點(diǎn)提?。?/p>
步驟7:匹配單元從模板數(shù)據(jù)庫中調(diào)取指紋模板進(jìn)行匹配,將匹配結(jié)果發(fā)送至融合單元;
步驟8:融合單元根據(jù)獲取到的匹配結(jié)果,進(jìn)行匹配分?jǐn)?shù)融合得到最終的匹配分?jǐn)?shù),將最終的匹配分?jǐn)?shù)和閾值單元中設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果判斷是否該用戶的指紋是否識(shí)別通過。
本實(shí)用新型并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合,以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。