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摘要：随着互联网时代的发展， 人们对于电脑的依赖越来越强， 电脑在造福我们人类的同时对我们人体的健康也造成了一定危害， 过度疲劳、猝死、电脑职业病等层出不穷， 基于此现状我们研制了一款智能防疲劳鼠标， 旨在将心率传感器安放在合适位置使得人在接触鼠标的同时也会将人的健康状况反映在电脑上位机， 使得电脑使用者对自己的健康状况有所了解。
1、智能防疲劳鼠标工作原理
我们基于STC12C5A60S2及STC89C52RC两款单片机设计出可以监测人体心率值并做出预警的防疲劳鼠标， 其中STC12C5A60S2单片机负责将pulse sensor心率传感器采集到的数据处理后由NRF24L01模块传至电脑上位机， STC89C52RC单片机用来实现鼠标功能。此设计由pulse sensor心率传感器实时监测人体脉搏， 将监测值交给STC12C5A60S2单片机分析， 并通过NRF24L01通信向电脑上位机传递心率值， 由电脑上位机软件进行数据处理， 以小窗口形式显示， 如果脉搏值过高则通过软件指示灯进行提醒， 而STC89C52RC用来实现鼠标的滚轮、左键、右键、光标的移动等功能。
2、鼠标模块介绍
2.1 主控制器
考虑到成本以及装置的运行稳定性， 我们采用我们采用STC89C52RC及STC12C5A60S2两款控制芯片， 其中增强型STC12C5A60S2单片机拥有44个引脚。由于采用其增强型， 提高了运算速度， 是高速、低功耗、抗干扰强的新一代8051单片机， STC89C52RC拥有40个引脚， 使用经典的MCS-51内核， 但做了许多改进， 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash, 相比普通的8051单片机其工作频率显着提高， 有利于鼠标控制。
2.2 pulse sensor脉搏传感器
pulse sensor是一款用于脉搏测量的光电反射式模拟传感器， 传感器接口一共有3个， 分别为脉搏信号输出， 5v或3.3v电源输入以及接地。它是通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。其中STC12单片机的P1.0作为模拟输入端口， 将采集到的心率值传给单片机处理。
2.3 PDIUSBD12芯片
PDIUSBD12是一款性能较优的USB器件， 它符合USB1.1协议规范， 与任何微控制器、微处理器有高达2MB/s的并行接口， 主端口有双缓存配置， 增加吞吐量， 容易实现实时数据传输， 芯片原理图见下图1.
3、程序与上位机设计
3.1 程序设计
一个51单片机不能同时采集与处理心率传感器数据并实现鼠标功能， 会产生时序冲突， 所以用了STC12单片机来单独采集处理心率数据并上传给电脑， 即心率部分首先采样， 主要通过ADC单元来采样传感器输出的脉搏模拟信号， 在这里调整采样频率， 即每2MS中断一次， 读取AD值；为了避免干扰， 在程序中每隔0.6个IBI （两次心跳时间差） 值再跟踪脉搏的上升， 之后根据相邻两个脉搏波的上升段中间值之差来确定IBI数值。
STC89C52单片机控制的鼠标部分则通过定义Buf[]数组存储X轴、Y轴以及按键信息， 并将信息通过USB协议传至电脑， 控制电脑光标移动。滚轮上连到单片机的P2.3口， 滚轮下连至单片机的P2.2口， 滚轮右连至单片机的P2.0口， 滚轮左连至单片机的P2.1口， 由单片机查询按键情况， 微控制器的P0口连接USB接口芯片的数据引脚口D0至D7, 实现数据的在微控制器和USB接口芯片间的交换。微控制器的P3.5脚接USB接口芯片的A0脚， 实现对数据或地址写入， USB接口芯片的INT_N脚， 与微控制器的P2.7脚相接， 实现对中断事件的捕捉。USB接口芯片的差分数据线D+, D-通过标准的USB插头与主机即PC机相连， 实现数据在主机和USB接口芯片间的传递。
3.2 上位机设计
我们用VB开发出一款心率监测上位机软件， 窗体工具栏由串口号、运行以及退出组成， 可供选择的串口号从COM1~COM10, 设置上位机正常心率范围从60到100次/分， 当心率超出此范围时上位机软件指示灯由绿变红。当然， 实际中可根据需要调节心率正常值范围。
4、结束语
综合考虑到成本以及产品性能质量的要求， 我们将会进一步采用一个32单片机取代两个51单片机， 这样能使设计更加集成化、小型化， 除此之外， 在上位机的设计上我们还将更多的考虑设计人性化界面进而达到鼠标贴合用户需要层面。
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