位移检测技术经过多年发展已经相当成熟，各种位移传感器问世，但低成本位移传感器结构简单、精度不高、线性度低、高成本位移传感器性能优良，但制作工艺困难，难以推广。 因此，研制低成本高性能的位移传感器具有很强的现实意义。 因此，通过LabVIEW编程提出了一种精度高、线性好、测量范围广、无需其雄辩硬件设备的鼠标位移测量方法。
1小鼠机制和位移测量的实现方法
1.1鼠标的工作原理和驱动程序
鼠标(mouse )广泛应用于现代电脑(PC )，尤其是图形用户界面(GUI )的流行已离不开鼠标。 大规模生产会降低老鼠的价格，使用老鼠测量位移也会使成本合理。 经过几十年的技术发展，特别是光电小鼠和激光小鼠的出现，其精度大大提高。 用鼠标测量位移具有高精度、低成本的优点。 鼠标实际上是位移传感器，但它是PC上的外部输入设备，各种操作系统上的鼠标驱动程序只是为了提供图形用户界面操作，不能满足一般的位移测量要求。
鼠标全名显示系统的垂直和水平位置指示灯。 光老鼠和机器老鼠最大的区别是轨迹的检测方法，但其工作原理基本相同。 用光栅信号传感器或光电传感器把位移转换成电脉冲信号，用芯片把信号处理作为包传递给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，但该方法稳定性差，噪声大，需要额外的硬件系统，性价比低。 在操作系统尽可能挖掘底层硬件的数据通信能力的情况下，在底层硬件的通信中重新浪费资源。 实际上，鼠标提供GUI操作，鼠标的移动控制显示设备上鼠标指针的像素移动。 相反，可以利用指针移动的位移来确定鼠标的实际位移。
1.2鼠标坐标系与显示坐标系的关系
鼠标坐标系，即实际位移和显示坐标系通过映射完成对应关系，两者的坐标使用平面直角坐标系。 鼠标坐标系以平面上的任意点为原点，用距原点的偏移量计算目标点的坐标值，用距该目标点的偏移量计算下一个新目标点的坐标值等。 鼠标坐标系中的基本单位是yydxc。 显示坐标系与显示器的实际分辨率和工作方法有关。 使用平面笛卡尔坐标系时，原点位于屏幕的左上方，横向表示x方向，纵向表示y方向。 以图形方式中的横向、纵向像素为基本单位进行测量。 例如，对于1024768分辨率，显示坐标的横向和纵向坐标范围为0~1023、0~767。
完成鼠标坐标系到显示坐标系的三个映射。 (1)原点映射(x 0，y 0)=(x 0，y 0)。 其中x 0，y 0)是屏幕原点坐标)值可以是任意的。 (2)目标点映射) ) x i，y i )=) xI-1xI yI-1Yi((xI，y i )=X i- 1 X i，yi-1yi (I=1，2……，n，横向下界 )3)基本单位映射)在图形方式(yydxc到像素的映射)下，x i/x方向定标因子=X i，yi/y方向定标因子=yi (I=1，2…，n )。 改变yydxc到像素的比例因子影响鼠标灵敏度，值决定指针的移动速度，可以在PC机w indow s操作系统的控制面板上设置。 因此，不需要改变鼠标底部的硬件驱动，实际的鼠标位移可以由像素坐标决定。 但是，实际显示坐标有边界限制，不能满足大范围的位移测量。 消除LabVIEW编程中显示坐标系的像素X i和Yi的上下边界限制，通过测量指针工作的像素来正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 )访问DLL，可以直接调用WINDOWS API函数和LabVIEW自己创建的库函数，从而大大增强了与LabVIEW鼠标的通信，使操作系统鼠标相关的动态链接库函数如表1所示，但两者的库函数有一部分相同的功能。
表1鼠标驱动程序接口函数
通过调用上述函数实现鼠标位移测量。 作为具体方法，在显示坐标系内，将坐标范围分为M N像素。 位移的x、y分量互不影响，因此编程时可以分别处理。 方法的实现重点是消除操作系统固有的显示坐标系像素X i和Yi的上下边界限制。 首先，为了判断鼠标移动的方向，鼠标向左移动，必然会到达坐标系的右边界。 此时，根据函数使像素X i为零，Yi不变化，同时暂时记录其边界。 根据显示坐标(X i，Yi )与初始坐标(X 0，Y0 )之差和越过边界的次数，可以求出显示坐标中鼠标指针的位移。 其他运动方向的位移也同样得到。 最后根据比例因子将显示坐标映射到鼠标坐标系，可以求出实际位移[xI，yi]。
图1鼠标位移测量程序流程图
LabVIEW具有代码直观、层次清晰的图形编程特点。 在前面板上设置显示坐标为MN=500 300的指针工作区，并将初始坐标设置为工作区的中心(250，15 )
0) .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
2 检测实验与性能分析
检测实验采用USB 接口的dell 三键光电有线鼠标，最高分辨率400dpi.分别测试了鼠标在指针最小与最大移动速度( 控制面板中设置) 中以4mm/ s 与20mm/ s 的速度进行位移测量性能。采用步进电机与控制器对其进行位移标定，位移精确度为0.01mm.得到如图3 所示位移图像。
由于步进电机显示位移与鼠标实际检测的位移具有统计关系而且是线性的，故可以建立回归模型： Yi = A + B ?? X i + &epSILon;i( i= 1, 2, ……， n) , 其中( X i , Yj ) 表示( X , Y) 的第i 个观测值，A 、B 为参数，A + B ×X i 为反映统计关系直线的分量，εi 为反映在统计关系直线周围散布的随机分量，εi ~ N( 0, δ 2 ) , 服从正态分布。根据最小二乘法：
相关系数越接近1, 则二者越正相关。图3 直线拟合的结果如表2.
表2 线性拟合结果
图3 步进电机标定实验及线性拟合
由表可知，不同条件下两种方法测定的位移相关系数均接近于1, 即实验鼠标位移测定与步进电机标定位移接近相等;截距A 可以忽略不计，即鼠标位移测量没有系统误差; 斜率B 的标准差均小于0.3%, 即实验鼠标随机误差小。以上充分说明实验鼠标在低速的位移测量具有精度高、线性度好、误差小等优点。
为测试低速条件下鼠标位移测量性能与速度的关系，用相同的标定方法测试了不同速度鼠标位移的性能。由图4 可知总体来看，鼠标移动速度越大，斜率误差与总拟合标准差越大，测量位移性能降低，但在20mm/ s 速度以内仍满足位移测定的一般需求。可以预见随速度的增大，误差将逐渐变大。此鼠标位移测定方法适宜于低速情况。
图4 不同速度位移测定的误差
3 总结
结果显示此方法达到了精确位移测量的要求，可以提供精确度0.1mm 的位移测量，具有线性度好，精确度高，误差小的优点。同时研究显示该位移测量系统在低速的位移测量中具有更佳的性能。采用高层软件设计的方法，使鼠标位移 测量不受鼠标接口、鼠标型号的限制，具有高性价比与强适用性的特征。此鼠标位移检测方法集成到基于LabVIEW 的漏磁检测系统中，取得了良好的效果。