微加速度傳感器實現無線鼠標

引　言

　　微機械加速度傳感器是一種典型的微機電系統(microelectromechanical system，MEMS)，在航空、航天、汽車等領域已得到了越來越廣泛的應用，但基于MEMS微加速度傳感器技術的無線輸入設備的研究和應用還不是很多，微加速度傳感器用于輸入設備的潛在優勢還沒有得到很好的應用。

　　鼠標是最常用的電腦輸入設備，隨著PDA、筆記本、可穿戴式電腦等便攜設備的流行，傳統的鼠標已經滿足不了移動辦公的需要。現有的滾輪式或光電式鼠標都需要一個平坦的工作表面，且自身的體積也比較大。而基于微加速度傳感器的無線鼠標則完全沒有這個限制，它可以自由自在的在空中移動來控制電腦;可以做得很小，便于攜帶，可以靈活地應用于各種場合，例如：可以做成供殘疾人使用的頭戴式鼠標，供講演者使用的移動式鼠標等。

　　國外和港臺地區有一些單位正在開展這方面的研究，例如：香港中文大學Lam等人提出了一種基于微加速度傳感器的虛擬鍵盤鼠標系統(MIDS)，能同時具備鼠標和鍵盤的功能;Prince在他的專利中提出了一種輸入設備的方案，用連在手指上的壓力傳感器來感測手指的動作，從而控制電腦輸入;英國伯明翰大學Humphreys等人研制了一種三維鼠標，利用回轉儀可以控制電腦屏幕上三維立體的旋轉。本文采用美國AD公司成熟的微加速度傳感器ADXL203，并集成Nordic半導體公司最新的射頻收發器nRF2401和Atmel公司的ATmega16L微控制器，開發新一代基于微加速度傳感器技術的MEMS無線鼠標，探索微加速度傳感器在輸入設備上的應用技術，并為進一步研究多維多功能的MEMS無線輸入設備打下基礎。

　　系統原理與設計

　　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記錄它途經表面的“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，經過兩次積分轉換為位移信號傳輸給主機，來控制光標的移動，從而實現鼠標的功能。

　　硬件設計

　　如圖1所示，整個無線鼠標系統分為2個子系統，遠端子系統和主機端子系統。

　　圖1 無線鼠標系統結構框圖

　　遠端子系統由微加速度傳感器、微控制器和nRF2401射頻收發器組成。微加速度傳感器采用美國AD公司生產的ADXL203微傳感器，微控制器采用Atmel公司生產的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換成加速度數字信號。