上肢残疾人专用键盘鼠标装置转让专利
申请号 : CN200810154958.0
文献号 : CN101387911B
文献日 : 2010-09-01
发明人 : 赵明光 , 乔斌 , 刘成文 , 张贤
申请人 : 淮海工学院
摘要 :
一种上肢残疾人专用键盘鼠标装置，它设有脚操作机构、键盘定位指示盘和一套驱动程序，用脚来操作脚踏操作板，在鼠标操作状态下，通过上、下、左、右移动按键来控制鼠标的移动；在键盘操作状态下，通过上、下、左、右移动按键及左右确认按键配合来选择所要敲击的键，计算机通过串口将脚操作机构发出的指令发送给控制键盘指示盘的控制芯片进行处理，通过控制芯片控制相应的发光指示二极管的亮、灭来指示当前按键的状态。由于采用了较大体积的按键，便于用脚进行操作；采用键盘定位指示盘进行实时显示，实现了用大按键操作小键盘，更具实用性；克服操作系统中模拟键盘不能使用组合键和占用显示空间的缺点。
权利要求 :
1.一种上肢残疾人专用键盘鼠标装置，其特征在于：它设有脚操作机构(6)和键盘定位指示盘(4)，
脚操作机构(6)包括脚踏操作板(8)，脚踏操作板(8)的板面上至少设置有上、下、左、右移动按键(9)；键盘鼠标切换按键(10)；以及左右确认按键(7)，脚踏操作板(8)内设有与上述按键连接的按键识别芯片(5)，按键识别芯片(5)通过USB接口与电脑主机(1)连接，键盘定位指示盘(4)设有一块指示面板(11)，指示面板(11)上标有键位，与指示面板上的键位一一对应的设有发光指示二极管，发光指示二极管与控制芯片(3)连接，控制芯片(3)通过USB接口与电脑主机(1)相连接，并连接电平转换电路(2)，电平转换电路(2)通过RS232串行接口与电脑主机(1)相连接，电脑主机(1)通过USB接口向控制芯片(3)供电。
2.根据权利要求1所述的上肢残疾人专用键盘鼠标装置，其特征在于：所有发光指示二极管排列构成矩阵接入控制芯片(3)，发光指示二极管的位置由矩阵的坐标确定。
3.根据权利要求1所述的上肢残疾人专用键盘鼠标装置，其特征在于：所述的脚操作机构(6)包括左右两块，其中一块上设置有上、下、左、右移动按键，另一块上设置有键盘鼠标切换按键以及左右确认按键。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种计算机硬件，特别是一种上肢残疾人专用键盘鼠标装置。
背景技术
鼠标键盘是目前最重要、使用最为广泛的人机交互工具，世界IT业不断发展，而没有灵活手指的残疾人却只能望洋兴叹。传统键盘鼠标是为上肢健全的普通人设计的，操作只能通过灵活的手指动作实现，以键盘为例，每个键面积只有1—2平方厘米，而且排布密集，只适合手指操作，目前市场上各种各样的所谓“人体工程学键盘鼠标”都在提高手的舒适度上大做文章，还没有一件产品是为上肢或手有残疾的人士设计。随着电脑的普及，残疾人使用电脑的不方便这一问题日益突出。
2006年4月，新加坡理工大学的老师和学生研制出一种薄型磁性键盘和嘴上指示器，希望能以此帮助高度瘫痪人士使用计算机。该设备呈直立状，标准键盘大小，看上去像印有键码的弯曲的塑料布单。用嘴含起指示器，轻触键码，而键盘下的磁性开关就会做出反应。该键盘顶部的彩色圆圈被用作“鼠标区”，指示器在上面的移动就如同鼠标在平面上移动一样。键盘上有补充的服务性键符，可当普通鼠标的左击和右击功能使用。目前这样的键盘还处于试验阶段，尚未进行商业化生产。
北京时间4月18日，在日前于莫斯科举行的教育展览会上，俄国科学家们向外界展示了一种残疾人可以用脚操纵的新型鼠标。这种专用鼠标由俄国“教育信息技术和设备中心(CITEE)”所开发。这种用脚操纵专用鼠标的体积要稍微宽一些。它只有一个按钮，并可以放置在地板上使用。这种键盘已经在俄罗斯境内销售，但目前还没有获得很大的市场反响。
通过国内外研究现状来看，目前国际上还没有结构简单合理，能够得到普遍应用的上肢残疾人专用键鼠套装面世。
2006年4月，新加坡理工大学的老师和学生研制出一种薄型磁性键盘和嘴上指示器，希望能以此帮助高度瘫痪人士使用计算机。该设备呈直立状，标准键盘大小，看上去像印有键码的弯曲的塑料布单。用嘴含起指示器，轻触键码，而键盘下的磁性开关就会做出反应。该键盘顶部的彩色圆圈被用作“鼠标区”，指示器在上面的移动就如同鼠标在平面上移动一样。键盘上有补充的服务性键符，可当普通鼠标的左击和右击功能使用。目前这样的键盘还处于试验阶段，尚未进行商业化生产。
北京时间4月18日，在日前于莫斯科举行的教育展览会上，俄国科学家们向外界展示了一种残疾人可以用脚操纵的新型鼠标。这种专用鼠标由俄国“教育信息技术和设备中心(CITEE)”所开发。这种用脚操纵专用鼠标的体积要稍微宽一些。它只有一个按钮，并可以放置在地板上使用。这种键盘已经在俄罗斯境内销售，但目前还没有获得很大的市场反响。
通过国内外研究现状来看，目前国际上还没有结构简单合理，能够得到普遍应用的上肢残疾人专用键鼠套装面世。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，为了使残疾人能方便地跟上信息时代的潮流，提出了一种操作简单方便的上肢残疾人专用键盘鼠标装置。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种上肢残疾人专用键盘鼠标装置，其特点是：它设有脚操作机构和键盘定位指示盘，
脚操作机构包括脚踏操作板，脚踏操作板的板面上至少设置有上、下、左、右移动按键；键盘鼠标切换按键；以及左右确认按键，脚踏操作板内设有与上述按键连接的按键识别芯片，按键识别芯片通过USB接口与电脑主机连接，
键盘定位指示盘设有一块指示面板，指示面板上标有键位，与指示面板上的键位一一对应的设有发光指示二极管，发光指示二极管与控制芯片连接，控制芯片通过USB接口与电脑主机相连接，并连接电平转换电路，电平转换电路通过RS232串行接口与电脑主机1相连接，电脑主机通过USB接口向控制芯片供电。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所有发光指示二极管排列构成矩阵接入控制芯片，发光指示二极管的位置由矩阵的坐标确定。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的脚操作机构包括左右两块，其中一块上设置有上、下、左、右移动按键，另一块上设置有键盘鼠标切换按键以及左右确认按键。
本发明专为上肢残疾人设计，用脚来操作脚踏操作板，在鼠标操作状态下，通过上、下、左、右移动按键来控制鼠标的移动；在键盘操作状态下，通过上、下、左、右移动按键及左右确认按键配合来选择所要敲击的键，计算机通过串口将脚操作机构发出的指令发送给控制键盘指示盘的控制芯片进行处理，通过控制芯片控制相应的发光指示二极管的亮、灭来指示当前按键的状态。与现有技术相比，采用了较大体积的按键，便于用脚进行操作；采用USB口与主机相联，具有良好的可移植性；采用键盘定位指示盘进行实时显示，实现了用大按键操作小键盘，更具实用性；脚操作机构的左右踏板可以按照个人习惯调换位置，其间距可以根据需要进行调整，具有广泛的适用性。克服操作系统中模拟键盘不能使用组合键和占用显示空间的缺点。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种上肢残疾人专用键盘鼠标装置，其特点是：它设有脚操作机构和键盘定位指示盘，
脚操作机构包括脚踏操作板，脚踏操作板的板面上至少设置有上、下、左、右移动按键；键盘鼠标切换按键；以及左右确认按键，脚踏操作板内设有与上述按键连接的按键识别芯片，按键识别芯片通过USB接口与电脑主机连接，
键盘定位指示盘设有一块指示面板，指示面板上标有键位，与指示面板上的键位一一对应的设有发光指示二极管，发光指示二极管与控制芯片连接，控制芯片通过USB接口与电脑主机相连接，并连接电平转换电路，电平转换电路通过RS232串行接口与电脑主机1相连接，电脑主机通过USB接口向控制芯片供电。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所有发光指示二极管排列构成矩阵接入控制芯片，发光指示二极管的位置由矩阵的坐标确定。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的脚操作机构包括左右两块，其中一块上设置有上、下、左、右移动按键，另一块上设置有键盘鼠标切换按键以及左右确认按键。
本发明专为上肢残疾人设计，用脚来操作脚踏操作板，在鼠标操作状态下，通过上、下、左、右移动按键来控制鼠标的移动；在键盘操作状态下，通过上、下、左、右移动按键及左右确认按键配合来选择所要敲击的键，计算机通过串口将脚操作机构发出的指令发送给控制键盘指示盘的控制芯片进行处理，通过控制芯片控制相应的发光指示二极管的亮、灭来指示当前按键的状态。与现有技术相比，采用了较大体积的按键，便于用脚进行操作；采用USB口与主机相联，具有良好的可移植性；采用键盘定位指示盘进行实时显示，实现了用大按键操作小键盘，更具实用性；脚操作机构的左右踏板可以按照个人习惯调换位置，其间距可以根据需要进行调整，具有广泛的适用性。克服操作系统中模拟键盘不能使用组合键和占用显示空间的缺点。
附图说明
图1为本发明的硬件连接框图。
图2为键盘定位指示盘的键位示意图。
图3为脚踏操作板的示意图。
图4为键盘定位指示盘电路原理图。
图5为发光指示二极管排列的矩阵图。
图6为软件流程图。
图2为键盘定位指示盘的键位示意图。
图3为脚踏操作板的示意图。
图4为键盘定位指示盘电路原理图。
图5为发光指示二极管排列的矩阵图。
图6为软件流程图。
具体实施方式
一种上肢残疾人专用键盘鼠标装置，它设有脚操作机构6、键盘定位指示盘4和一套驱动程序。
脚操作机构6包括脚踏操作板8，脚踏操作板8的板面上至少设置有上、下、左、右移动按键9；键盘鼠标切换按键10；以及左右确认按键7，脚踏操作板8内设有与上述按键连接的按键识别芯片5，按键识别芯片5通过USB接口与电脑主机1连接，
键盘定位指示盘4设有一块指示面板11，指示面板11上标有键位，与指示面板11上的键位一一对应的设有发光指示二极管，发光指示二极管与控制芯片3连接，控制芯片3通过USB接口与电脑主机1相连接，并连接电平转换电路2，电平转换电路2通过RS232串行接口与电脑主机1相连接。电脑主机1通过USB接口向控制芯片3供电，计算机通过串口将脚操作机构发出的指令发送给控制键盘指示盘的控制芯片3进行处理，通过控制芯片3控制相应的发光指示二极管的亮、灭来指示当前按键的状态。
所有发光指示二极管排列构成矩阵接入控制芯片，发光指示二极管的位置由矩阵的坐标确定。所述的脚操作机构6包括左右两块，其中一块上设置有上、下、左、右移动按键，另一块上设置有键盘鼠标切换按键以及左右确认按键。
驱动程序分为上位机和下位机两部分。上位机为装在计算机上的程序，下位机为键盘定位指示盘的控制芯片的程序。
(1)上位机的实现
上位机的驱动用Microsoft Visual Basic 6.0编写，驱动中主要解决的两个问题：
1)上位机与单片机的通信。上位机利用API函数中的joySetCapture，joySetThreshold，joyGetPos和joyReleaseCapture实现对脚踏操作机构数据的读取；利用VB中的MSComm控件实现上位机与模拟键盘中单片机的通信，将脚踏操作机构的按键信息通过串口发送给控制键盘指示盘的单片机处理，然后将处理结果显示在键盘指示盘上，即对应的按键的led会亮，表明选择了该按键，再按脚踏操作机构上的确定键，即让键盘指示盘上对应的按键通过驱动程序发给操作系统。
2)上位机驱动的编写。脚踏操作机构与计算机接口采用的是计算机的游戏手柄接口，上位机根据VB中的API函数从脚踏操作机构读取的数据，转化为按键信息，根据所获取的数据进行分别处理。主要包括以下几个方面：①通过timer5控件处理鼠标和键盘切换，驱动程序采集到脚踏操作机构的按键键值，如果等于第一个特定值，那么用启用鼠标功能，关闭键盘功能；如果等于第二个特定值，那么启用键盘功能，关闭鼠标功能；②对键盘上对应的各个按键进行定义，每一个按键，对应一个值发送给系统，模拟对应按键的键盘操作。对于组合键，驱动软件中采用前键(如Alt/Ctrl/Shift等)保持至后键按下后再复位的方式实现；通过脚踏操作机构的上下左右移动键进行键的选择；③在鼠标功能下，控制鼠标的点击，采集脚踏操作机构的数据，如果等于第三个特定值，那么需要模拟鼠标单击左键一次；如果等于第四个特定值，那么需要鼠标模拟单击右键。如何某一特定值连续出现两次，则为双击；④采集鼠标移动数据，先获取鼠标在屏幕上的位置，如果采集到脚踏操作机构的上下左右移动信号，那么给系统发送让鼠标对应的上下左右移动的数据，使鼠标产生相应的移动，更改每次移动的像素值，就可以更改鼠标移动的精度。
(2)下位机的实现
下位机由89C51单片机为功能的实现提供硬件支持，因为模拟键盘只要求对LED的控制，所以所需程序存储空间不大，89C51单片机内部4KB的ROM足够储存程序数据，这样就不用对单片机进行存储空间扩展。PC机与单片机的数据传输由COM口实现，采用9600波特率。因为COM口的输出电压大于单片机工作电压，利用芯片RS232实现了电平转化。PC机与单片机的通信遵守同一个协议，PC机将脚踏操作机构的按键信息通过串口发送给控制键盘指示盘的单片机是八位的二进制数，其被送入特殊寄存器SBUF，单片机从SBUF中读取数据，分别取出八位二进制数的前四位数和后四位数分别放入寄存器R0和R1，并根据数据控制P0，P1和P2口的状态，从而实现对LED的控制，使该数据所对应键呈现发亮状态，表明选择了该按键。
脚操作机构6包括脚踏操作板8，脚踏操作板8的板面上至少设置有上、下、左、右移动按键9；键盘鼠标切换按键10；以及左右确认按键7，脚踏操作板8内设有与上述按键连接的按键识别芯片5，按键识别芯片5通过USB接口与电脑主机1连接，
键盘定位指示盘4设有一块指示面板11，指示面板11上标有键位，与指示面板11上的键位一一对应的设有发光指示二极管，发光指示二极管与控制芯片3连接，控制芯片3通过USB接口与电脑主机1相连接，并连接电平转换电路2，电平转换电路2通过RS232串行接口与电脑主机1相连接。电脑主机1通过USB接口向控制芯片3供电，计算机通过串口将脚操作机构发出的指令发送给控制键盘指示盘的控制芯片3进行处理，通过控制芯片3控制相应的发光指示二极管的亮、灭来指示当前按键的状态。
所有发光指示二极管排列构成矩阵接入控制芯片，发光指示二极管的位置由矩阵的坐标确定。所述的脚操作机构6包括左右两块，其中一块上设置有上、下、左、右移动按键，另一块上设置有键盘鼠标切换按键以及左右确认按键。
驱动程序分为上位机和下位机两部分。上位机为装在计算机上的程序，下位机为键盘定位指示盘的控制芯片的程序。
(1)上位机的实现
上位机的驱动用Microsoft Visual Basic 6.0编写，驱动中主要解决的两个问题：
1)上位机与单片机的通信。上位机利用API函数中的joySetCapture，joySetThreshold，joyGetPos和joyReleaseCapture实现对脚踏操作机构数据的读取；利用VB中的MSComm控件实现上位机与模拟键盘中单片机的通信，将脚踏操作机构的按键信息通过串口发送给控制键盘指示盘的单片机处理，然后将处理结果显示在键盘指示盘上，即对应的按键的led会亮，表明选择了该按键，再按脚踏操作机构上的确定键，即让键盘指示盘上对应的按键通过驱动程序发给操作系统。
2)上位机驱动的编写。脚踏操作机构与计算机接口采用的是计算机的游戏手柄接口，上位机根据VB中的API函数从脚踏操作机构读取的数据，转化为按键信息，根据所获取的数据进行分别处理。主要包括以下几个方面：①通过timer5控件处理鼠标和键盘切换，驱动程序采集到脚踏操作机构的按键键值，如果等于第一个特定值，那么用启用鼠标功能，关闭键盘功能；如果等于第二个特定值，那么启用键盘功能，关闭鼠标功能；②对键盘上对应的各个按键进行定义，每一个按键，对应一个值发送给系统，模拟对应按键的键盘操作。对于组合键，驱动软件中采用前键(如Alt/Ctrl/Shift等)保持至后键按下后再复位的方式实现；通过脚踏操作机构的上下左右移动键进行键的选择；③在鼠标功能下，控制鼠标的点击，采集脚踏操作机构的数据，如果等于第三个特定值，那么需要模拟鼠标单击左键一次；如果等于第四个特定值，那么需要鼠标模拟单击右键。如何某一特定值连续出现两次，则为双击；④采集鼠标移动数据，先获取鼠标在屏幕上的位置，如果采集到脚踏操作机构的上下左右移动信号，那么给系统发送让鼠标对应的上下左右移动的数据，使鼠标产生相应的移动，更改每次移动的像素值，就可以更改鼠标移动的精度。
(2)下位机的实现
下位机由89C51单片机为功能的实现提供硬件支持，因为模拟键盘只要求对LED的控制，所以所需程序存储空间不大，89C51单片机内部4KB的ROM足够储存程序数据，这样就不用对单片机进行存储空间扩展。PC机与单片机的数据传输由COM口实现，采用9600波特率。因为COM口的输出电压大于单片机工作电压，利用芯片RS232实现了电平转化。PC机与单片机的通信遵守同一个协议，PC机将脚踏操作机构的按键信息通过串口发送给控制键盘指示盘的单片机是八位的二进制数，其被送入特殊寄存器SBUF，单片机从SBUF中读取数据，分别取出八位二进制数的前四位数和后四位数分别放入寄存器R0和R1，并根据数据控制P0，P1和P2口的状态，从而实现对LED的控制，使该数据所对应键呈现发亮状态，表明选择了该按键。