基于LabVIEW的鼠标位移测量技术研究

　　　0 引言

　　位移传感器把外界物体的位移信号转化为电学量，从而实现对位移量的检测，在实际工程应用中有着非常重要的作用，其好坏往往影响着整个系统的性能。位移检测技术经过多年发展已经相当成熟，各种位移传感器纷纷出现，但低成本的位移传感器结构简单，精确度不高，线性度低，而高成本的位移传感器虽然性能优异，但制作工艺难度大，难以普及。所以开发一款低成本、高性能的位移传感器具有很高的现实意义。鉴于此，本文提出了通过LabVIEW 编程实现精确度高、线性度好、测量范围大、无需其余硬件设备的鼠标位移测量方法。

　　1 鼠标的工作原理及位移测量的实现方法

　　1.1 鼠标的工作原理与驱动程序

　　鼠标（ mouse） 在现代个人电脑（ PC）中被广泛应用，特别是图形用户界面（GUI）的流行，鼠标已经不可或缺。大规模的生产使鼠标的价格很低，通过利用鼠标来测位移也使成本趋于合理。经过数十年的技术发展，尤其是光电鼠标与激光鼠标的出现，其精度得到极大提高。利用鼠标进行位移测定，具有高精度、低成本的优点。鼠标虽然实际上是位移传感器，但其是为PC 机配备的外部输入设备，各种操作系统自带的鼠标驱动程序只是为了提供图形用户界面操作，无法满足普遍的位移测量要求。

　　鼠标全称显示系统纵横位置指示器。光电鼠和机械鼠的最大区别是对轨迹的检测方法，但其工作原理基本相同： 通过光栅信号传感器或光电传感器将位移转换为电脉冲信号，然后通过芯片将信号处理为数据包传递给PC 机。目前利用鼠标实现位移测量的方法主要是利用单片机实现信号处理，实现位移检测功能，但此方法稳定性差，噪声较大，需要额外硬件系统，性价比低。在操作系统已经尽可能挖掘了底层硬件数据通信能力的情况下，重新对底层硬件通信浪费资源。实际上，鼠标提供GUI 操作，通过鼠标移动控制显示设备上鼠标指针的像素移动。反之，可以利用指针运动的位移来确定实际鼠标的位移。

　　1.2 鼠标坐标系统与显示坐标系统的关系

　　鼠标坐标系统（ 即实际位移） 与显示坐标系统通过映射来完成对应关系，二者坐标均使用平面直角坐标系。鼠标坐标系统在平面上任意取一点作为原点，以相对原点的偏移量计算目标点的坐标值，然后以相对该目标点的偏移量计算下一新目标点的坐标值，以此类推。鼠标坐标系统中基本单位为米基。显示坐标系统同显示器的实际分辨率及工作方式有关。使用平面直角坐标系，原点在屏幕的左上方，横向代表X 方向，纵向代表Y 方向。图形方式下的横向、纵向的象素为基本单位进行衡量。例如，1024×768 分辨率时，显示坐标的横向和纵向坐标范围为0~ 1023，0~ 767。

　　鼠标坐标系到显示坐标系完成三个方面的映射：（1） 原点映射：（ x 0 ， y 0 ） = （ X 0， Y0 ） ， 其中X 0 ， Y0 （ 为屏幕原点坐标）值可任意给定：（ 2） 目标点映射：（ x i ， y i ） = （ x i- 1 +△x i ， y i- 1 + △yi ） →（X i ， Yi ） = X i- 1 + △X i ， Yi- 1 + △Yi （ i =1， 2 ……， n， 横向下界≤ X i ≤ 横向上界，纵向下界≤Yi ≤纵向上界； （ 3） 基本单位映射： 在图形方式下（ 米基到象素映射） ，△x i / x 方向比例因子= △X i ， △yi / y 方向比例因子= △Yi （ i =1， 2……，n）。改变米基到象素的比例因子μ 影响鼠标灵敏度，μ 值决定着指针的移动速度，可以在PC 机w indow s 操作系统中的控制面板设置。因此无须改变鼠标底层的硬件驱动，实际鼠标的位移可以通过象素坐标来确定。但实际的显示坐标均有边界限制，不能满足大范围的位移测量。通过LabVIEW编程消除显示坐标系象素X i 与Yi 的上下界限制，通过测量指针移动的象素来精确检测鼠标的位移量。

　　1. 3 位移测量的LabVIEW 实现方法

　　通过库函数节点（ CLF） 来访问动态链接库（ DLL） 的方法，直接调用WINDOWS API 函数与LabVIEW 自行编制的库函数，使得LabVIEW 对鼠标的通信得到大大的增强，同时也为操作系统底层函数支持LabVIEW 提供了便捷，节省了内存空间。与鼠标相关的动态链接库函数如表1 所示，二者库函数有部分相同的功能。

　　表1 鼠标驱动程序接口函数

　　

　　通过调用以上函数实现鼠标的位移测量。具体方法为： 在显示坐标系内，坐标范围分成M × N 象素。位移的X 、Y 分量二者互不影响，编程时可以分别处理。方法实现的重点是消除操作系统固有的显示坐标系象素X i 与Yi 的上下界限制。首先要判断鼠标的运动方向，若鼠标向左移动，则其必然到达坐标系右边界。这时通过函数使象素X i 置零，Yi 不变，同时记录一次其过边界。通过显示坐标（ X i ， Yi ） 与初始坐标（ X 0 ，Y0 ） 之差与过边界次数即可求出在显示坐标中鼠标指针的位移。其他运动方向的位移同理可以得到。最后通过比例因子μ将显示坐标映射到鼠标坐标系中，即可求出实际位移（ x i ，yi ） 。详细的程序流程图如图1 所示。

　　

　　图1 鼠标位移测量程序流程图

　　LabVIEW 具有代码直观、层次清晰的图形化编程特点。在前面板上设置显示坐标为M×N = 500 × 300 的指针工作区域，并设置初始坐标在工作区的中心（ 250， 150） .X 方向右位移消除边界的部分程序框图如图2 所示，条件语句判断当指针到达右边界（ 499， Yi ） 时，下一次循环将其设为（ 0， Yi ） ，并将以后的位移增加1 倍M.循环体内使用了移位寄存器。

　　

　　图2 部分消除边界的LabVIEW 程序框图