文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2011)09-142-03
目前廣泛使用的無線鼠標通常采用電池供電，定期更換電池給用戶帶來不便。本文設計了一種無接觸供電CPT(Contact-less Power Transfer)的無線鼠標電路，如圖1所示。
無接觸供電電路包括無接觸電能發射電路和無接觸電能接收電路兩部分。無接觸電能發射電路采用USB供電，電壓為5 V，通過自激振蕩電路產生約138 kHz的高頻振蕩電流；無接觸電能接收電路采用感應耦合方式獲取電能。鼠標墊內置無接觸耦合原邊載流線圈L31，無線鼠標內置副邊載流線圈L32。L32采用無接觸感應耦合方式獲取電能，由MC34063集成穩壓芯片構成BUCK穩壓電路，負載電壓為3.3 V。由于采用無接觸供電，因此不需要電池。
無線鼠標用無線模塊nRF24E1構成信號發射和接收電路，該電路除具備有線鼠標全部功能外，還可以離開電腦遠距離靈活操縱鼠標。無線鼠標信號接收電路采用USB與電腦連接，不占用電腦的無線傳輸網絡通道。
無線信號發射電路和無接觸電能接收電路集中安裝在一個印刷線路板上。無線信號接收電路和無接觸電能發射電路可以根據需要安裝在不同的印刷線路板上。其中無線信號接收電路可安裝在電腦附近，無接觸電能發射電路可根據安裝位置的不同選擇由電腦供電或是單獨采用5 V電源供電。
1 無接觸供電電路工作原理
圖2為無接觸供電電路原理圖。分裂電感L21、L22和功率開關管Q1、Q2構成自激式推挽式變換器電路，每一個開關管的控制電壓分別取自另外一個開關管的兩端電壓[1]。
理想狀態下，兩個開關管的參數相同。初始時刻，開關管Q1、Q2都在關斷狀態。當電路接通時，電源電壓同時作用于開關管的控制端，使它們同時導通。由于實際電路元件參數并不完全相同，使得兩個開關管兩端的電壓不相等。通過正反饋，其中一個開關管完全關斷，另一個開關管導通。隨著諧振電容C3兩端電壓的改變，兩個開關管在電壓過零時交替導通和斷開，系統自動運行在ZVS模式下。
L31、L32組成無接觸耦合變壓器，其中C3、C4為原、副邊補償電容，原邊電源、原邊變換器和原邊載流線圈L31屬于固定不動部分；副邊感應線圈、副邊變換器和負載為可移動部分。原、副邊之間不存在電氣連接。
D1、D2和C5、C6構成倍壓整流電路，經L4、C7濾波后由穩壓芯片MC34063構成BUCK穩壓電路。
通過數學建模及PSpice軟件仿真,得到無接觸電能傳輸設計方案，限于篇幅該部分從略。
2 無線鼠標信號發射和接收電路工作原理
2.1 無線鼠標信號發射電路工作原理
無線鼠標信號發射電路如圖3所示。該電路由無線傳輸模塊nRF24E1、25LC320、ADNS5030及其他外圍電路組成。電源由無接觸電能接收電路提供，為了減少能量消耗，供電電壓定為3.1 V。
無線傳輸模塊nRF24E1同時具有發射和接收功能，通過軟件設定決定具體用于發射或是接收[2]。其通信頻率為2.4 GHz，晶振頻率為16 M， P07和P06為兩路按鍵輸入，分別為右鍵RSWITCH、左鍵LSWITCH和中鍵，中鍵與MOSI復用。MOSI為主機輸出，從機數據輸入，其中主機為單片機，從機為ADNS5030；SI為串行數據輸入；MISO為主機輸入，從機數據輸出，復位期間為高電平。
25LC320是一種E2PROM存儲芯片,用于給無線傳輸模塊nRF24E1內置的51單片機內核提供外接程序存儲器。電路中25LC320采用貼片式封裝，程序采用在線編程方式。
ADNS5030是一種鼠標光電信號檢測芯片，上電后由XY-LED端口發出閃爍的光信號，通過內置的CCD感光芯片檢測鼠標前、后、左、右方向的移動信息。在鼠標移動時電平時序不同，無線傳輸模塊nRF24E1根據電平時序狀態判斷轉動方向[3]。
在整個電路調試過程中，鼠標移動和滾輪移動較難實現，本文介紹滾輪識別設計算法。
滾輪轉動識別電路由發光二極管D2和光敏三極管Q1、Q2組成。滾輪安裝在發光二極管D2和光敏三極管Q1、Q2之間，當滾輪上的輻條擋住光線時，光敏三極管Q1、Q2為低電平，否則為高電平。由于光敏三極管Q1、Q2在滾輪轉動時電平時序不同，無線傳輸模塊nRF24E1可根據電平時序狀態判斷是前向轉動還是后向轉動。
電路的程序流程圖如圖4所示。
2.2 無線鼠標信號接收電路工作原理
無線鼠標信號接收電路如圖5所示。該電路由無線傳輸模塊nRF24E1、外部存儲芯片25LC320、鼠標專用通信芯片HT82M98A、USB端口及其他外圍電路組成。
由USB端口為HT82M98A提供5 V的電源,無線鼠標信號接收電路中，其他芯片使用的電源由HT82M98A自帶的電壓輸出端口V33O提供，供電電壓為3.3 V。無線傳輸模塊接收到發射模塊傳來的移動信息后由I/O口傳遞到HT82M98A，HT82M98A再將數據傳送到電腦的USB口。HT82M98A的端口USBD+/CLK連接USB數據正端；USBD-/DATA連接USB數據負端。
X1、X2表示鼠標前后移動時(X方向）圖像的數據；Y1、Y2表示鼠標左右移動時(Y方向）圖像的數據。
Z1、Z2表示鼠標中間滾輪轉動的信號數據；M、R、L表示鼠標的左、中、右鍵按下時的數據；OSC1、OSC2外接6 MHz晶振；RESET表示復位輸入端，啟動時硬件自動復位。
無線鼠標信號接收電路的程序流程圖如圖6所示。在流程圖中，先判斷鼠標前后左右移動時狀態機X、Y方向的移動信息，再判斷鼠標中間滾輪轉動時狀態機Z方向的移動信息。
3 實驗結果與結論
設計輸入電壓Uin=5 V，Uo=3.1 V的無接觸供電電路，實驗波形如圖7所示。負載為無線鼠標電路，測試負載范圍為60 mW～273 mW。滿輸出負載為91 mA，273 mW，電路效率為52%，工作頻率fs=138 kHz。經理論分析，該電路帶負載能力最大可達到350 mW。
無線鼠標用無線模塊nRF24E1構成信號發射和接收電路，可離電腦較遠距離靈活操縱鼠標。無線鼠標信號接收電路采用USB與電腦連接，不占用電腦的無線傳輸網絡通道。通過電腦控制面板內的自動安裝驅動程序功能，可一次完成鼠標驅動的安裝。實驗證明電路可行。
參考文獻
[1] 孫躍，王智慧，戴欣,等.非接觸電能傳輸系統的頻率穩定性研究[J].電工技術學報,2005，20(11):56-59.
[2] CHAN E， LUI D. High data rate wireless USB optical mouse solution using the MC68HC908QY4 and MC68HC- 908JB12s[Ｍ].Motorola，Hong Kong，Report No. DRM055/D. January 2004.
[3] HU A P，HUSSMANN S，Improved power flow control for contact-less moving sensor applications[M]. IEEE Power Electronics Letters，2004. (收稿日期：2011-01-17)