基于微機電系統的無線鼠標方案

　　2.2.4 無線鼠標按鍵

　　鼠標按鍵采用標準開關，每個開關直接連到ATmega16 的通用輸入輸出（GPIO）口， GPIO被配置成輸入引腳，每個引腳可以單獨地選擇上拉電阻，單片機檢測按鍵操作，軟件進行按鍵去抖處理和實現噪聲抑制功能，然后通過藍牙芯片發射出按鍵信息。

　　2.2.5 藍牙模塊發射芯片

　　nRF2402是單片2.4 ～2.5GHz射頻發射芯片， 發射器包含頻率合成器、功放、晶體振蕩器和調制器 ,輸出功率和信道選擇很容易通過3-線接口編程實現， 在輸 出功率為-5dBm時電流消耗僅10mA ,內置的ShockBurst技術以及休眠模式用來降低發送數據的電流消耗 ,以延長電池使用壽命 ,并且向pc發送的數據包也應盡可能少（取采樣速率為100采樣點/秒）。ShockBurst技術使用片內先入先出堆棧（FIFO）低速處理數據（10Kbps）而高速發送數據（1Mbps）。

　　該設計需要一個16MHz的晶體振蕩器和一個外部的EPROM用來固件存儲。固件將使用ShockBurst技術從鼠標發送RF數據包。其中固件必須完成下列任務：

　　裝載地址（ADDR）和有效載荷（PAYLOAD）；

　　計算循環冗余檢查（CRC）；

　　添加信息位（PRE）；

　　使用ShockBurst技術發送數據包；

　　數據包發送完成回到休眠模式。

　　2.3 接收端

　　2.3.1 藍牙收發芯片

　　接收器是將nRF2401收發芯片配置成接收模式（RX），其性能類似發射芯片，但該芯片采用Duo2Ceiver同步雙通道接收技術，這樣就可以實現鼠標和鍵盤的無線控制（在此我們僅考慮鼠標的使用）。誤差控制其固件必須完成下列任務：

　　當nRF2401作為ShockBurst的接收器時，設置正確的地址和接收到的RF數據包的有效載荷長度；

　　激活RX,并設CE為高；

　　等待200μs后，nRF2401處于等待接收數據狀態；

　　當有效數據包正確的ADDR和CRC信息接收到后，nRF2401去除數據包中的附加信息、地址和循環冗余檢查位；

　　nRF2401通知MCU使DR1設置為高；

　　MCU設置CE為低也可能不設置為低 使芯片處于低電流模式；

　　MCU以一定的速率記錄有效載荷信息；

　　當得到有效載荷后nRF2402設置DR1為低。如果CE為高則準備接收新的數據包 ,如果CE為低，則重新開始起始序列。

　　2.3.2 PCB天線設計

　　為實現2.4GHz低功耗射頻器件nRF2401和nRF2402 的小尺寸、易制造和低成本特點，在PCB上選用1/4波長單極天線是一個理想的解決方案。但是如同其他天線一樣 , 1/4 波長單極天線的增益會由于殼體材料、與接地面（ground p lane）接地面的尺寸以及PCB天線的寬度和厚度等參數的改變而發生變化，因此單極PCB天線的長度必須的改變而發生變化，因此單極PCB天線的長度必須優化。在本方案中，天線采用標準1.6mm材料，其相對介電常數為4.4，天線的寬度W=1.5 mm,通過計算可得到單極天線周圍物質的介電常數為3.16,從而在該條件下波長為 68.9mm。在PCB基底上選用印制1/4波長單極天線的長度L=17.2 mm ,為了使得天線在 2.4GHz更容易諧振，天線的長度可適當延長，本方案中選天線長度L =22mm的類“┓”型設計，是PCB天線制作較為合理的一種方法，大大節省了PCB板的面積，同時在規定PCB板面積的條件下應保證天線的開口端和接地面之間的距離d盡可能大，實現信號高精度、高增益的準確發射和接收。

　　2.3.3 帶USB接口的單片機

　　USB設備具有即插即用、熱插拔等優勢 ,鼠標采用USB接口必將成為一種趨勢，因此我們采用帶USB收發器的單片機CY7C637xx系列。該系列是采用高性能8位精簡指令（RISC）結構，集成了USB串行接口引擎（SIE）的單片機 ,其內置了時鐘振蕩器、計時器、可編程電流驅動以及在每個I/O口線上的上拉電阻，可以用極少量的外部元件和簡單的固件編程實現高性能低成本的人機交互設備（HID）。

　　軟件部分對接收的RF數據包進行譯碼，并經過處理轉換為符合鼠標USB協議的數據包格式送到PC機，以及完成為實現鼠標功能所需的固件的編寫。當USB器件第一次連到總線，總線供電，D-的上拉電阻報告集線器連接一低速（1.5Mbps）USB器件，主機識別這個USB器件，總線重啟。主機接收到器件的描述符后賦予器件一個新的地址，這樣器件和主機通過這個新的地址進行數據通信。

　　2.4 節能考慮

　　單片機可通過軟件選擇省電方式：閑置方式停止CPU的工作 ,而SRAM、定時 /計數器、SPI口及中斷系統繼續工作；掉電方式保留寄存器的內容，但停止晶振，終止芯片的其他功能，直至下一次外部中斷或硬件復位。藍牙芯片則通過配置特殊寄存器，可使芯片工作在ShockBurst無線方式，并支持休眠模式和掉電模式，可實現數據的超低功耗傳輸，因此，對于用電池供電的鼠標器發射端無疑延長了其使用時間。

　　3 結語

　　本文詳細討論了基于微加速度傳感器的MEMS無線鼠標的軟件、硬件設計和系統構成，并給出了Matlab環境下系統的simulink模型和算法，模擬的結果證明：無線鼠標的設計是合理可行的，文中提出的二次積分近似算法是簡捷有效的；文中討論的二維鼠標的設計技術，能為進一步研究多維多功能的MEMS輸入設備打下很好的基礎。本文選擇硬件時，充分考慮了系統向多維和多功能擴展的可能性，可以在此二維鼠標的基礎上再添加一些器件，構成功能更多更完善的MEMS輸入設備，例如：可以再添加一個微加速度傳感器來感測Z軸的加速度，從而實現三維鼠標，可以實現對三維立體旋轉等的控制；也可以利用nRF2401射頻收發器內置的多點通信控制的特性，再多增加幾個接收模塊，可以同時控制多臺主機，或多增加幾個發射模塊，用幾個輸入設備來控制同一臺主機，以適應不同應用場合的需要。

　　另外，基于MEMS技術的無線鼠標很容易向三維空間使用拓展，這樣就能為很多場合，尤其是作演講時提供很大的方便，具有很大的應用價值。