有沒有想過我們的世界是如何走向沉浸式現(xiàn)實的。我們不斷尋找新的方式和方法來使用虛擬現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等與周圍環(huán)境進行交互。每天都有新設(shè)備出現(xiàn)，這些快節(jié)奏的技術(shù)給我們留下了深刻的印象。

　　這些沉浸式技術(shù)用于游戲、互動活動、娛樂和許多其他應(yīng)用。在本教程中，我們將了解這種交互方法，它為您提供了一種與系統(tǒng)交互的新方法，而不是使用無聊的鼠標(biāo)。我們的游戲愛好者一定知道，幾年前任天堂的一家游戲公司推出了一種 3D 交互方法的想法，該方法在稱為 Wii 控制器的手持控制器的幫助下與他們的控制臺進行交互。它使用加速度計來定位您的游戲手勢并將其無線發(fā)送到系統(tǒng)。

　　受這個想法的啟發(fā)，我們將制作一個“空中鼠標(biāo)”，只需通過在空中移動控制臺就可以與系統(tǒng)交互，但我們不會使用 3 維坐標(biāo)參考，我們只會使用 2 維坐標(biāo)參考，所以我們可以模仿計算機鼠標(biāo)的動作，因為鼠標(biāo)在 X 和 Y 兩個維度上工作。

　　這款無線 3D Air Mouse背后的概念非常簡單，我們將使用加速度計來獲取“Air mouse”沿 x 和 y 軸的動作和運動的加速度值，然后根據(jù)加速度計我們將控制鼠標(biāo)光標(biāo)并在計算機上運行的 python 軟件驅(qū)動程序的幫助下執(zhí)行某些操作。

　　先決條件

　　Arduino Nano（任何型號）

　　加速度計 ADXL335 模塊

　　藍牙 HC-05 模塊

　　按按鈕

　　Python 安裝的計算機

　　電路原理圖

　　要通過手部的動作控制計算機，您需要一個加速度計，它可以沿 X 軸和 Y 軸發(fā)出加速度，并使整個系統(tǒng)無線化，藍牙模塊用于將信號無線傳輸?shù)侥南到y(tǒng)。

　　這里使用了 ADXL335 加速度計，它是一個基于 MEMS 的三軸模塊，輸出沿 X、Y 和 Z 軸的加速度，但如前所述，用于控制鼠標(biāo)，我們只需要沿 X 和 Y 軸的加速度。

　　這里加速度計的 Xout 和 Yout 引腳連接到 Arduino 的 Analog、A0 和 A1 引腳，用于將信號從 Arduino 傳輸?shù)较到y(tǒng)此處使用藍牙模塊 HC-05，因為藍牙通過 Tx 和 Rx 工作引腳連接，因此我們使用軟件串行引腳 D2 和 D3。它是使用軟件串行連接的，因為如果我們將藍牙與硬件串行連接并開始通過 python 控制臺獲取讀數(shù)，它將顯示不匹配波特率的錯誤，因為藍牙將以自己的波特率與 python 通信。通過使用包括 Arduino 在內(nèi)的不同微控制器完成各種基于藍牙的項目，了解有關(guān)使用藍牙模塊的更多信息。

　　這里我們使用了三個按鈕 - 一個用于觸發(fā) Air 鼠標(biāo)，另外兩個用于左右單擊，如下圖所示：

　　空中鼠標(biāo)的流程

　　流程圖顯示了基于 Arduino 的 Air Mouse 的處理流程：

　　1.系統(tǒng)不斷檢查機械扳機是否被按下，直到?jīng)]有按下，我們可以用電腦鼠標(biāo)正常工作。

　　2.當(dāng)系統(tǒng)檢測到按鍵按下時，鼠標(biāo)的控制權(quán)轉(zhuǎn)移到空中鼠標(biāo)。

　　3. 按下觸發(fā)按鈕時，系統(tǒng)開始將鼠標(biāo)的讀數(shù)傳輸?shù)接嬎銠C。系統(tǒng)讀數(shù)包括加速度計讀數(shù)，以及左鍵和右鍵的讀數(shù)。

　　4.系統(tǒng)讀數(shù)由1字節(jié)或8位的數(shù)據(jù)流組成，其中前三位為X坐標(biāo)，后三位為Y坐標(biāo)，倒數(shù)第二位為獲取狀態(tài)位鼠標(biāo)左鍵的狀態(tài)，最后一位是獲取右鍵狀態(tài)的狀態(tài)位。

　　5.前三位的取值，即X坐標(biāo)的范圍為100《=Xcord《=999，而Y坐標(biāo)的取值范圍為100《=Ycord《=800。右鍵單擊和左鍵單擊的值是二進制值 0 或 1，其中 1 表示單擊，0 表示用戶未單擊。

　　6. 為了不讓按鈕的彈跳影響光標(biāo)的位置，每次點擊鼠標(biāo)的觸發(fā)按鈕后都會保持 4 秒的已知延遲。

　　7. 空中鼠標(biāo)的左右點擊，我們必須先按下左鍵或右鍵，然后按下觸發(fā)鍵移動到我們想要的空中鼠標(biāo)位置。

　　為空中鼠標(biāo)編程 Arduino

　　應(yīng)將 Arduino 編程為讀取 X 軸和 Y 軸的加速度值。最后給出了完整的程序，下面是代碼中的重要片段。

　　設(shè)置全局變量

如前所述，我們將使用軟件串行引腳連接藍牙模塊。因此，要設(shè)置軟件串行，我們需要聲明軟件串行庫并設(shè)置 Tx 和 Rx 的引腳。在 Arduino Nano 和 Uno 中，引腳 2 和 3 可以作為軟件串行工作。接下來，我們從軟件串行庫中聲明藍牙對象，以設(shè)置 Tx 和 Rx 的引腳。

?

#include  
const int rxpin = 2, txpin = 3; 
軟件串行藍牙（rxpin，txpin）；
常量 int x=A0; 
常量 int y=A1; 
整數(shù) xh, yh; 
int xcord，ycord；
常量 int 觸發(fā)器 = 5; 
詮釋 lstate = 0; 
int rstate = 0; 
常量 int lclick = 6; 
常量 int rclick = 7; 
常量 int led = 8;

?

無效設(shè)置（）

在setup函數(shù)中，我們將設(shè)置變量來告訴程序它們將作為輸入還是輸出。觸發(fā)按鈕將被設(shè)置為輸入上拉，左右點擊被聲明為輸入并設(shè)置為高以使其充當(dāng)輸入上拉。

還將串行和藍牙通信的波特率設(shè)置為 9600。

?

  無效設(shè)置（）
{ 
  pinMode（x，INPUT）；
  pinMode（y，輸入）；
  pinMode（觸發(fā)器，INPUT_PULLUP）
  pinMode（lclick，INPUT）；
  pinMode（rclick，輸入）；
  pinMode（LED，輸出）；
  數(shù)字寫入（lclick，HIGH）；
  digitalWrite(rclick,HIGH); 
  序列號.開始（9600）；
  藍牙.開始（9600）；
}

?

無效循環(huán)（）

因為我們需要觸發(fā)按鈕來告訴我們何時需要向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)流，所以我們在while循環(huán)中設(shè)置了整個代碼，它將持續(xù)監(jiān)控上拉觸發(fā)器的數(shù)字狀態(tài)，當(dāng)它變低時它會將其進一步傳遞以進行處理。

由于我們已經(jīng)連接了一個 LED 來讓我們知道按下觸發(fā)按鈕時系統(tǒng)的狀態(tài)，我們最初將 LED 在while循環(huán)之外設(shè)置為低電平，因為它是默認(rèn)條件，而在while循環(huán)內(nèi)部設(shè)置為高電平，這將點亮 LED每當(dāng)按下觸發(fā)按鈕時。

為了讀取左右單擊按鈕的狀態(tài)，我們?nèi)致暶髁藘蓚€變量lclick和rclick?，它們的值最初設(shè)置為 0。

并在循環(huán)中，根據(jù)左右按鈕的數(shù)字狀態(tài)設(shè)置這些變量的值，以檢查按鈕是否被按下。

我們將使用模擬讀取函數(shù)讀取加速度計的 X 和 Y 輸出引腳的值，并將這些值映射到屏幕大小，以使鼠標(biāo)指針在整個屏幕上移動。由于屏幕大小是屏幕中的像素，我們需要相應(yīng)地設(shè)置它，并且由于我們需要輸出值是三位數(shù)，我們特意將 X 的范圍設(shè)置為 100<=X<=999 和類似的Y 的值為 100<=Y<=800。請記住，像素是從左上角讀取的，即左上角的值是 (0,0)，但是由于我們已經(jīng)為 x 和 y 聲明了三位數(shù)字，我們的值將從點 (100,100) 讀取。

此外，在Serial.print和bluetooth.print函數(shù)的幫助下，在串行和藍牙上打印坐標(biāo)值和點擊狀態(tài)，它們有助于通過藍牙在串行監(jiān)視器和系統(tǒng)上獲取值。

最后，由于按鈕的彈跳，可能會重復(fù)單個值，這會導(dǎo)致鼠標(biāo)光標(biāo)停留在單個位置上，因此為了擺脫這種情況，我們必須添加此延遲。

?

無效循環(huán)（）
{
數(shù)字寫入（領(lǐng)導(dǎo)，低）；
  而（digitalRead（觸發(fā)器）==LOW）
  { 
    digitalWrite（LED，HIGH）；
    lstate = digitalRead(lclick); 
    rstate = digitalRead(rclick); 
    xh=模擬讀?。▁）；
    yh=analogRead(y); 
    xcord=map(xh,286,429,100,999); 
    ycord=map(yh,282,427,100,800); 
    串行打?。▁cord）；
    Serial.print(ycord); 
    if (lstate == LOW) 
    Serial.print(1); 
    否則
    Serial.print(0); 
    if (rstate == LOW) 
    Serial.print(1); 
    否則
    Serial.print(0); 
    藍牙.print（xcord）；
    藍牙.print（ycord）；
    if (lstate == LOW) 
    bluetooth.print(1); 
    否則
    bluetooth.print(0); 
    if (rstate == LOW) 
    bluetooth.print(1); 
    否則
    bluetooth.print(0); 
    延遲（4000）；
   } }

?

計算機的Python 驅(qū)動程序腳本

到目前為止，我們已經(jīng)完成了硬件及其固件部分，現(xiàn)在要讓空中鼠標(biāo)工作，我們需要一個驅(qū)動程序腳本，可以將空中鼠標(biāo)的信號解碼為光標(biāo)移動，所以為此，我們選擇了Python。Python是一種腳本語言，這里的腳本是指它可以幫助我們控制其他程序，因為這里我們控制的是鼠標(biāo)光標(biāo)。

因此，打開您的 python shell 并使用以下命令安裝以下庫：

?

pip install 串行
pip install pyautogui

?

serial是 python的庫，它可以幫助我們從串行接口（例如 com 端口）獲取數(shù)據(jù)，還可以讓我們對其進行操作，而pyautogui是 python 的庫，用于控制 GUI 功能，在本例中為鼠標(biāo)。

現(xiàn)在我們來看看驅(qū)動的代碼，首先我們需要導(dǎo)入serial和pyautogui庫，然后從serial庫中，我們必須設(shè)置通信的com端口，波特率為9600，與Bluetooth.serial相同。為此，您必須將藍牙模塊連接到系統(tǒng)，然后在系統(tǒng)設(shè)置中檢查它連接到哪個 com 端口。

接下來的事情是讀取從藍牙到系統(tǒng)的串行通信，并在 while 1 的幫助下保持其連續(xù)運行，使其余代碼保持連續(xù)循環(huán)。

如前所述，Arduino 發(fā)送 8 位，前 6 位用于坐標(biāo)，后 2 位用于單擊按鈕的狀態(tài)。因此，在ser.read的幫助下讀取所有位并將其長度設(shè)置為 8 位。

接下來，通過切片將光標(biāo)坐標(biāo)和點擊的位分割，然后進一步將光標(biāo)位分別切割為 X 和 Y 坐標(biāo)。左鍵和右鍵也一樣。

現(xiàn)在從通信中，我們得到一個字節(jié)字符串，我們需要將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)，以便它們適合坐標(biāo)，我們通過解碼它們?nèi)缓髮⑺鼈冾愋娃D(zhuǎn)換為整數(shù)來做到這一點。

現(xiàn)在要移動光標(biāo)，我們使用 pyautogui?moveto函數(shù)，該函數(shù)將這些整數(shù)坐標(biāo)作為參數(shù)并將光標(biāo)移動到該位置。

接下來檢查點擊，我們使用最后兩位和 pyautogui 的 click 函數(shù)來做到這一點，它的默認(rèn)點擊是左一個，但是我們可以通過將按鈕值聲明為右來將其設(shè)置為右，我們也可以定義點擊次數(shù)通過將 clicks 參數(shù)設(shè)置為 2 將其設(shè)置為雙擊。

以下是要在計算機上運行的完整 Python 代碼：

?

導(dǎo)入串口
import pyautogui 
ser=serial.Serial('com3',9600) 
while 1: 
    k=ser.read(8) 
    cursor=k[:6] 
    click=k[6:] 
    x=cursor[:3] 
    y= cursor[3:] 
    l=click[0] 
    r=click[1] 
    xcor=int(x.decode('utf-8')) 
    ycor=int(y.decode('utf-8')) 
    pyautogui.moveTo (xcor,ycor)
    如果 l==49: 
        pyautogui.click(clicks=2) 
    elif r==49: 
        pyautogui.click(button='right', clicks=2)

?

　　測試 Arduino 空中鼠標(biāo)

　　因此，要操作 Air Mouse，請為其連接電源。它可以來自 Arduino Nano USB 插槽或來自使用 7805 IC 的 5v 穩(wěn)壓電源。然后通過設(shè)置藍牙連接到的 com 端口來運行 python 驅(qū)動程序腳本。當(dāng)腳本運行時，您會看到藍牙閃爍的時間滯后，這意味著它已連接到您的系統(tǒng)。然后操作它點擊觸發(fā)按鈕，你會看到坐標(biāo)的位置會改變，如果你想要左擊或右擊，然后先按下左或右按鈕和觸發(fā)按鈕，你會看到點擊的動作光標(biāo)位置的改變。

Python腳本：


導(dǎo)入串口

import pyautogui

ser=serial.Serial('com3',9600)

while 1:

k=ser.read(8)

cursor=k[:6]

click=k[6:]

x=cursor[:3]

y= cursor[3:]

l=click[0]

r=click[1]

xcor=int(x.decode('utf-8'))

ycor=int(y.decode('utf-8'))

pyautogui.moveTo (xcor,ycor)

如果 l==49:

pyautogui.click(clicks=2)

elif r==49:

pyautogui.click(button='right', clicks=2)





Arduino代碼：


#include

const int rxpin = 2, txpin = 3;

軟件串行藍牙（rxpin，txpin）；

常量 int x=A0;

常量 int y=A1;

整數(shù) xh, yh;

int xcord，ycord；

常量 int 觸發(fā)器 = 5;

詮釋 lstate = 0;

int rstate = 0;

常量 int lclick = 6;

常量 int rclick = 7;

常量 int led = 8;


無效設(shè)置（）

{

pinMode（x，INPUT）；

pinMode（y，輸入）；

pinMode（觸發(fā)器，INPUT_PULLUP）；

pinMode（lclick，輸入）；

pinMode（rclick，輸入）；

pinMode（LED，輸出）；

數(shù)字寫入（lclick，HIGH）；

digitalWrite(rclick,HIGH);

序列號.開始（9600）；

藍牙.開始（9600）；

}


無效循環(huán)（）

{

數(shù)字寫入（領(lǐng)導(dǎo)，低）；

而（digitalRead（觸發(fā)器）==LOW）

{

digitalWrite（LED，HIGH）；

lstate = digitalRead(lclick);

rstate = digitalRead(rclick);

xh=模擬讀?。▁）；

yh=analogRead(y);

xcord=map(xh,286,429,100,999);

ycord=map(yh,282,427,100,800);

串行打?。▁cord）；

Serial.print(ycord);

if (lstate == LOW)

Serial.print(1);

否則

Serial.print(0);

if (rstate == LOW)

Serial.print(1);

否則

Serial.print(0);

藍牙.print（xcord）；

藍牙.print（ycord）；

if (lstate == LOW)

bluetooth.print(1);

否則

bluetooth.print(0);

if (rstate == LOW)

bluetooth.print(1);

否則

bluetooth.print(0);

延遲（4000）；

}

}


Python驅(qū)動腳本


導(dǎo)入串口

import pyautogui

ser=serial.Serial('com3',9600)

while 1:

k=ser.read(8)

cursor=k[:6]

click=k[6:]

x=cursor[:3]

y= cursor[3:]

l=click[0]

r=click[1]

xcor=int(x.decode('utf-8'))

ycor=int(y.decode('utf-8'))

pyautogui.moveTo (xcor,ycor)

如果 l==49:

pyautogui.click(clicks=2)

elif r==49:

pyautogui.click(button='right', clicks=2)
?