基于微機電系統(tǒng)的無線鼠標方案

1 系統(tǒng)原理與設(shè)計

　　1.1 檢測原理

　　目前，常見的鼠標有2種，滾輪式和光電式。滾輪式鼠標是靠滾輪的傳動帶動X和Y軸上的譯碼輪轉(zhuǎn)動，來感測鼠標位移的變化；光電式鼠標是用一個自帶光源的光電傳感器，跟隨鼠標的移動連續(xù)記錄它途經(jīng)表面的“快照”，這些快照（即幀）有一定的頻率、尺寸和分辨力，而光電鼠標的核心--DSP通過對比這些快照之間的差異從而識別移動的方向和位移量，并將這些位移的信息加以編碼后實時地傳給電腦主機。

　　而基于MEMS技術(shù)的無線鼠標是用微加速度傳感器實時測量鼠標運動的加速度，經(jīng)過兩次積分轉(zhuǎn)換為位移信號傳輸給主機，來控制光標的移動，從而實現(xiàn)鼠標的功能。

　　1.2 硬件設(shè)計

　　如圖1所示，整個無線鼠標系統(tǒng)分為2個子系統(tǒng)，遠端子系統(tǒng)和主機端子系統(tǒng)。

圖1　無線鼠標系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　遠端子系統(tǒng)由微加速度傳感器、微控制器和nRF2401射頻收發(fā)器組成。微加速度傳感器采用美國AD公司生產(chǎn)的ADXL203微傳感器，微控制器采用Atmel公司生產(chǎn)的ATmega 16L微控制器，該微控制器附帶有8路10位可編程的A/D轉(zhuǎn)換電路，可以實時地將ADXL203加速度傳感器輸出的加速度模擬信號轉(zhuǎn)換成加速度數(shù)字信號。

　　ADXL203加速度傳感器在加速度為0時輸出電壓為2.5V，為提高A/D轉(zhuǎn)換的精度，本文利用ATmega 16L內(nèi)置的差分放大功能，用差分信號將這2.5V電壓給濾掉，并將差分后的電壓信號放大到與A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓相匹配。系統(tǒng)供電采用電器中常見的9V電池，連接一個LM78M05穩(wěn)壓貼片得到恒定的5V電壓，供各個模塊使用。

　　主機端子系統(tǒng)由nRF2401射頻收發(fā)器，串行傳輸接口芯片和另一個ATmega 16L微控制器組成，其中，RS232串行通信接口芯片采用的是Maxim2IC公司的MAX233芯片，作用是將微控制器輸出的5V TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA-232-E電平，以便與電腦主機進行串行（RS232）通信。

　　1.3 軟件與算法設(shè)計

　　鼠標在人的操縱下移動，微加速度傳感器便會實時地輸出鼠標運動的加速度大小和方向，ADXL203傳感器的量程為±1.7gn ，電壓靈敏度為1000mV/gn，這個電壓信號經(jīng)過差分放大5.0/1.7倍后，通過微控制器A/D轉(zhuǎn)換功能變成與加速度大小對應(yīng)的數(shù)字信號，加速度經(jīng)過兩次積分，便變成了鼠標移動的位移信號，然后，再經(jīng)過編碼，并通過nRF2401射頻收發(fā)器將位移信號發(fā)射出去。

　　當加速度傳感器輸出電壓為a時，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量大小為

　　式中[ ]表示取整數(shù)；a為加速度傳感器輸出的電壓大小，V。ATmega 16L單片機最大采樣速率可以達到15000次/秒，本文采用1000次/秒；即每1ms采樣一次，每25ms便向電腦報告一次相對的位移改變量，以保證屏幕上鼠標指針運動的精確和平滑，則每一次報告的位移改變量包含25次對加速度采樣的數(shù)據(jù)?？梢圆捎媒扑惴▉韺铀俣刃盘栠M行二次積分，得到位移信號。

　　編碼的目的是將X和Y方向的位移改變量，連同鼠標按鍵的實時信息，按照標準的Microsoft鼠標協(xié)議要求的格式進行編碼，以便最后發(fā)送到主機的信息能夠被電腦正確識別，從而使電腦能正確處理發(fā)送給它的位移信號，來正確控制鼠標光標的移動等動作。表1表示的即是標準的鼠標協(xié)議規(guī)定的三字節(jié)數(shù)據(jù)包格式，第1個字節(jié)記錄的是左右按鍵的信息和鼠標X，Y位移的最高2個字位的數(shù)據(jù)，按鍵按下時，對應(yīng)的位置1，否則，置0；第2和第3個字節(jié)分別記錄X和Y方向位移的低6位數(shù)據(jù)。位移值的范圍取-127～+127，再大的位移改變量會自動溢出。

表1　Microsoft標準鼠標協(xié)議數(shù)據(jù)包格式