Apuvälinehiireen liitettävän silmänräpäyskytkimen suunnittelu ja toteutus

Abstract

Tämän insinöörityön tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa infrapuna-anturiin perustuva silmänräpäyskytkimen prototyyppi Quha Zono -apuvälinehiirelle. Työssä tutkittiin myös infrapunasäteilyn ominaisuuksia, sekä erityisesti sen turvallisuutta ja mahdollisia vaikutuksia silmään.

Apuvälinehiirellä voidaan liikuttaa tietokoneen kohdistinta pään tai muun raajan liikkeiden avulla ilman fyysistä kontaktia. Napsautus voidaan toteuttaa erilaisilla lisälaitteilla, kuten puhalluskytkimellä tai viiveklikkauksella.

Työn lähtökohtana oli olemassa olevan infrapuna-anturitekniikan soveltaminen silmänräpäyksen tunnistamiseen. Suunnittelun pääkriteereitä olivat pieni koko ja virrankulutus sekä varmatoimisuus.

Infrapuna-anturi toteutettiin käyttämällä infrapunalediä sekä fototransistoria. Fototransistori mittaa silmältä takaisin heijastuvan infrapunavalon voimakkuutta, ja muodostaa sen mukaan päätelaitteelle käskyn klikkaustapahtuman suorittamisesta. Heijastuksen voimakkuus muuttuu silmän tilan mukaan.

Infrapuna-anturilta tulevaa dataa käsiteltiin ohjelmoidulla PIC mikro-ohjaimella. Mikro-ohjaimelle suunniteltiin C-kielellä toteutettava ohjelma, joka sisälsi silmän tilaa seuraavan pääohjelman, sekä kalibrointifunktion, jolla kytkin on mahdollista kalibroida aina käytön alkaessa.

Työn tuloksena oli valmis prototyyppi silmänräpäyskytkimestä, jonka kehittämistä ja tuotteistamista voidaan jatkaa insinöörityön päätyttyä.

The purpose of this thesis work was to design and conceptualize an infrared sensor based eyeblink detector for Quha Zono -gyroscopic computer mouse.Additionally, the basic characteristics of the infrared radiation are presented, with evaluation of the safety of the radiation to the eye.

Gyroscopic mouse allows the user to move the cursor using only movements of the head or some other limb. The clicking can be executed with different attachments, such as a puff switch or delayed clicking function.

The starting point of this work was to apply the existing infrared sensor technology for detecting the eyeblink.

Infrared sensor was implemented using an infrared LED and a phototransistor. The phototransistor measures the reflection coming back from the eyes surface or an eyelid, depending on the state of the eye. Using the measurement data, the sensor then produces an output for the Zono mouse to execute the clicking event. A prototype PCB was then designed and built using Autodesk Eagle PCB design software.

A PIC microcontroller was used to process the data coming from the infrared sensor. A C-based program was written for the microcontroller, which included a main program monitoring the state of the eye, and a calibration function which can be run any time when deploying the eyeblink detector.

The result of this work was a working prototype of an eyeblink detector, of which further developement and productization will continue in the future.