微加速度傳感器實(shí)現(xiàn)無線鼠標(biāo)

引　言

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

　　鼠標(biāo)是最常用的電腦輸入設(shè)備，隨著PDA、筆記本、可穿戴式電腦等便攜設(shè)備的流行，傳統(tǒng)的鼠標(biāo)已經(jīng)滿足不了移動(dòng)辦公的需要?，F(xiàn)有的滾輪式或光電式鼠標(biāo)都需要一個(gè)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(biāo)則完全沒有這個(gè)限制，它可以自由自在的在空中移動(dòng)來控制電腦;可以做得很小，便于攜帶，可以靈活地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，例如：可以做成供殘疾人使用的頭戴式鼠標(biāo)，供講演者使用的移動(dòng)式鼠標(biāo)等。

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

　　系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)

　　檢測(cè)原理

　　目前，常見的鼠標(biāo)有2種，滾輪式和光電式。滾輪式鼠標(biāo)是靠滾輪的傳動(dòng)帶動(dòng)X和Y軸上的譯碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)，來感測(cè)鼠標(biāo)位移的變化;光電式鼠標(biāo)是用一個(gè)自帶光源的光電傳感器，跟隨鼠標(biāo)的移動(dòng)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(biāo)的核心——DSP通過對(duì)比這些快照之間的差異從而識(shí)別移動(dòng)的方向和位移量，并將這些位移的信息加以編碼后實(shí)時(shí)地傳給電腦主機(jī)。

　　而基于MEMS技術(shù)的無線鼠標(biāo)是用微加速度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)的加速度，經(jīng)過兩次積分轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)傳輸給主機(jī)，來控制光標(biāo)的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，整個(gè)無線鼠標(biāo)系統(tǒng)分為2個(gè)子系統(tǒng)，遠(yuǎn)端子系統(tǒng)和主機(jī)端子系統(tǒng)。

　　圖1 無線鼠標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　遠(yuǎn)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(guó)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(shí)時(shí)地將ADXL203加速度傳感器輸出的加速度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成加速度數(shù)字信號(hào)。