摘 要： 介紹了一種無線鼠標(biāo)設(shè)計電路，它不僅保持了有線鼠標(biāo)全部功能和結(jié)構(gòu)，而且在不影響有線鼠標(biāo)工作的前提下，具有遠(yuǎn)距離遙控鼠標(biāo)左鍵和滾輪的功能。用編譯碼模塊PT2262/PT2272和射頻發(fā)射/接收電路互相配合，可以在較遠(yuǎn)距離靈活操縱鼠標(biāo)，符合操作習(xí)慣，而且制作時無須對原有鼠標(biāo)的外觀及內(nèi)部電路做任何改動。可廣泛用于多媒體教學(xué)、會務(wù)演示等遠(yuǎn)距離使用計算機的場合。
關(guān)鍵詞： 無線鼠標(biāo)； 射頻模塊； 多媒體教室
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在多媒體教室中進(jìn)行的課堂教學(xué)有著傳統(tǒng)課堂教學(xué)沒有的許多優(yōu)勢，但也有不足。操作多媒體課件的鼠標(biāo)的連線使得教師在講課時必須一直在電腦旁，這使教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式受到一定的限制，缺乏常規(guī)黑板教學(xué)中應(yīng)有的身體語言，缺少師生面對面的交流和活躍的課堂氣氛，教師的個性、主動性和講課藝術(shù)難以發(fā)揮，影響了教學(xué)效果。在多媒體教室中利用無線鼠標(biāo)來操作計算機，可以為教師自由發(fā)揮講課藝術(shù)創(chuàng)造有利條件。
目前已有的無線鼠標(biāo)，一般是通過紅外或藍(lán)牙來傳輸，紅外有一定的方向性和距離限制，而藍(lán)牙技術(shù)比較復(fù)雜，價格比較高，傳輸距離短，還受物體阻擋的影響?，F(xiàn)有的無線鼠標(biāo)是通過USB協(xié)議與計算機通信。協(xié)議是一個較復(fù)雜的環(huán)節(jié)，設(shè)計周期長，而且成本也較高。
本文介紹的一種無線鼠標(biāo)，是通過無線收發(fā)模塊來實現(xiàn)無線傳輸?shù)?。?yīng)用無線遙控編解碼電路和通常的有線鼠標(biāo)，實現(xiàn)無線遙控的鼠標(biāo)操作。遙控有效距離可達(dá)20 m以上，實現(xiàn)容易，價格低廉，而且無線遙控?zé)o指向性、耗電量低，能大大增強多媒體教室的人機交互性能[1]。
1 無線收發(fā)模塊
鼠標(biāo)是用來控制屏幕光標(biāo)移動的一種裝置，是計算機最重要的外部輸入設(shè)備之一。用遙控器控制鼠標(biāo)，是用遙控器的按鍵信號控制鼠標(biāo)的上下左右移動和左右鍵，只需要考慮發(fā)射和接收電路，不需要考慮接口協(xié)議。本設(shè)計只考慮左鍵和滾輪的滾動方向來控制PPT的翻頁?；痉桨溉鐖D1所示。
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1.1 發(fā)射部分
無線發(fā)射編碼模塊主要由315MHz無線數(shù)據(jù)發(fā)射和編碼芯片PT2262組成，如圖2所示。發(fā)射電路由聲表諧振器穩(wěn)頻，工作頻率為315MHz，以AM方式調(diào)制， 240mm小拉桿天線發(fā)射信號。
發(fā)射模塊具有較寬的工作電壓范圍。當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，與發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電壓為3 V時?？諘绲貍鬏斁嚯x約20～50 m。發(fā)射功率較小；當(dāng)電壓5 V時約 100～200 m；當(dāng)電壓 9 V時約 300～500 m；當(dāng)發(fā)射電壓為 12 V時,為最佳工作電壓,具有較好的發(fā)射效果，此時發(fā)射電流約60 mA，空曠地傳輸距離700～800 m,發(fā)射功率約 500 mW；當(dāng)電壓大于12 V時功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。發(fā)射模塊用ASK方式調(diào)制，以降低功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)信號停止時，發(fā)射電流降為零[2]。
1.2 接收部分
無線接收解碼模塊主要由315 MHz無線數(shù)據(jù)接收模塊、解碼芯片 PT2272及繼電器驅(qū)動電路組成。如圖3所示。315 MHz無線數(shù)據(jù)接收模塊有超再生式接收模塊和超外差式接收模塊兩種。 這里用的是超再生式接收模塊，采用SMD貼片工藝制造生產(chǎn)，工作電壓為5 V，靜態(tài)電流4 mA，接收靈敏度為105 dBm。它內(nèi)含放大整形及解碼電路，使用極為方便。天線輸入端有選頻電路，而不依賴1/4波長天線的選頻作用，控制距離較近時可以剪短甚至去掉外接天線。由于頻率受溫度漂移影響大，采用了帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到315 MHz后封固[3]。
無線接收模塊沒有接收到空間的315 MHz信號時，輸出的只是干擾信號，解碼芯片PT2272輸出端D0~D5均為低電平。當(dāng)無線接收模塊收到空間的315 MHz信號時，經(jīng)放大、變頻、濾波等處理后輸出控制信號，送到解碼芯片第14腳進(jìn)行解碼。只有PT2272的地址端的電平狀態(tài)與發(fā)射部分的PT2262的地址端一致時，對應(yīng)的數(shù)據(jù)端才有高電平輸出。本方案設(shè)計的地址為FF，即全部懸空，也可以另行設(shè)定地址碼，最重要的就是不要相互干擾。輸出時通過繼電器控制電路的工作狀態(tài)，同時還有對應(yīng)的發(fā)光二極管指示。
2 編解碼電路
2.1 PT2262/PT2272
PT2262/PT2272 是一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，最多可有12位(A0～A11)三態(tài)地址端管腳，任意組合可提供531 441個地址碼，最多可有6位(D0～D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字。解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262 不接通電源，其17腳為低電平，315 MHz的高頻發(fā)射電路不工作；當(dāng)有按鍵按下時，PT2262上電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當(dāng)17腳為高電平時，315 MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當(dāng)17腳為低電平時，315 MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控(ASK)調(diào)制,相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。
2.2 地址編碼設(shè)定和修改
通常使用中，一般采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路 PT2262 和解碼電路PT2272 的第1～8 腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地。3的8次方為6 561，所以地址編碼不重復(fù)度為6 561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，PT2262和PT2272出廠時的8位地址編碼端全部懸空，這樣可以便于選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將 PT2262和PT2272的1～8腳設(shè)置相同即可。當(dāng)兩者地址編碼完全一致時，接收機對應(yīng)的D1～D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同時VT端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級放大，便可驅(qū)動繼電器、功率三極管等進(jìn)行負(fù)載遙控開關(guān)操作[4]。
2.3? 抗干擾的的處理
通過PT2272的VT腳(17腳)是否為高電平去判斷是否有鍵按下，若為高，則去判斷PT2272的D0～D3中哪個鍵按下，但其中忽略了一點，即：這些數(shù)據(jù)接收到的是干擾，系統(tǒng)將錯誤判斷影響正常運行。由于干擾脈沖是窄脈沖，故可通過軟件來濾除干擾，從而有效的解決該問題。也就是說，只有在接收到PT2272的 VT腳由低變高至少保持 20 ms以上時系統(tǒng)才確認(rèn)按鈕按下。
3 無線遙控鼠標(biāo)的設(shè)計和實現(xiàn)
在普通的光電鼠標(biāo)基礎(chǔ)上，研究鼠標(biāo)的的按鍵電平和滾輪的波形來實現(xiàn)鼠標(biāo)的左鍵和滾輪的功能，從而達(dá)到無線遠(yuǎn)距離的實現(xiàn)。無線遙控鼠標(biāo)設(shè)計方案如圖4所示。
3.1無線鼠標(biāo)左鍵的實現(xiàn)
通過對光電鼠標(biāo)的研究，發(fā)現(xiàn)鼠標(biāo)上的所有按鍵都是低電平有效，也就是說按鍵是一個按鈕開關(guān)，一端連接地另一端連接鼠標(biāo)芯片。當(dāng)鍵按下鼠標(biāo)芯片的那一端就接地呈低電平，當(dāng)按鈕松開時呈高電平。
根據(jù)此情況，只要在接收電路中有一信號連接到按鍵那一端，當(dāng)接收到低電平時，也就是鼠標(biāo)芯片那一端為低電平，鼠標(biāo)的點擊就可以實現(xiàn)，如圖5所示。
圖5對收發(fā)模塊是串行通信的，所以接收到的是一組方波信號，這組方波信號經(jīng)過解碼電路解碼后就可以知道得到的是高電平或者是低電平。由于設(shè)計了用高電平發(fā)射，所以接收到的是高電平。然后經(jīng)過反相后給鼠標(biāo)按鍵連接芯片的那一端，這樣就可以實現(xiàn)鼠標(biāo)的點擊功能。這種電路不僅能實現(xiàn)鼠標(biāo)的左擊功能，而且鼠標(biāo)所有的點擊都能實現(xiàn)。由于本設(shè)計只針對多媒體教學(xué)中放映PPT文件，因此實現(xiàn)鼠標(biāo)的左擊就可以了。
3.2 無線鼠標(biāo)滾輪的實現(xiàn)
如圖6所示的鼠標(biāo)滾輪的實現(xiàn)是本設(shè)計的核心之一。在多媒體教學(xué)中放映PPT文件時，實現(xiàn)頁面的上翻和下翻就是用鼠標(biāo)的滾輪來實現(xiàn)的[5]。
根據(jù)鼠標(biāo)滾輪的特點，其實現(xiàn)的重點在于滾輪波形處理方面。由于要產(chǎn)生兩個信號方波而且還有相位差的存在,在實現(xiàn)上翻和下翻時相位差還是不同的，這在設(shè)計電路時會造成很多的麻煩。因此，在設(shè)計電路時考慮到用單片機來實現(xiàn)方波的產(chǎn)生和在不同的情況下產(chǎn)生不同的相位差，最終實現(xiàn)滾輪的上翻和下翻功能。利用單片機來實現(xiàn)與利用IC芯片相比較，單片機的外圍電路要比IC芯片的外圍電路少很多。單片機不僅可以產(chǎn)生方波電路，在鼠標(biāo)左擊時還可以實現(xiàn)反相功能。單片機實現(xiàn)相應(yīng)功能的程序相對比較簡單，其流程圖如圖7所示。
應(yīng)該注意的是，方波的頻率的大小與鼠標(biāo)滾輪的反應(yīng)速度成正比，頻率選取是否適當(dāng)決定了鼠標(biāo)滾輪能否實現(xiàn)，因此應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)念l率。經(jīng)過調(diào)試，方波的頻率在50～100Hz的范圍內(nèi)比較合適，可在軟件中延時來實現(xiàn)方波頻率的控制。
4 安裝與調(diào)試
無線收發(fā)模塊雖然在傳輸距離上有優(yōu)勢，但它對天線和電壓的要求相對要高一些，電壓的大小和天線的制作直接影響到傳輸距離。在調(diào)試時用了9 V的干電池，天線用了25 cm的螺旋型天線。資料表明，當(dāng)電壓 9 V時傳輸距離約300～500 m。根據(jù)調(diào)試情況，實際上很難達(dá)到這個距離。但對于本設(shè)計，實際范圍只要有20～30 m就已經(jīng)足夠了。
利用單片機產(chǎn)生方波電路雖然程序非常簡單，但是頻率有比較高的要求。根據(jù)鼠標(biāo)滾輪的資料和反復(fù)的調(diào)試，最終把方波的頻率定為100 Hz比較合適。最重要的是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)單片機的晶振出來的高頻信號會影響到模塊的接收距離。通過采取相應(yīng)的措施，把原來用的12 MHz晶振改成4 MHz的，而且晶振離接收模塊盡可能地遠(yuǎn)。在接收模塊的電源附近加上濾波電容，這也是相對比較重要的。采取這些措施后，其傳輸距離得到一定的改善。
本文利用光電式鼠標(biāo)和編解碼遙控電路模塊的結(jié)合，可實現(xiàn)低成本高性能的無線鼠標(biāo)，并具有全方位遙控的特點，能有效地解決多媒體教室普遍存在的教師教學(xué)活動離開電腦控制臺就無法操縱鼠標(biāo)的問題。當(dāng)今各大中小學(xué)校的多媒體教室正在以較快的速度普及，這種鼠標(biāo)能大大地改善多媒體教室的人機交互性能，因此具有很好的實際應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
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[4] ?王視聽,尹志宏.一種無線射頻收發(fā)模塊的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2005,31(8):69-71.
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