科学研究根据微瞬时速度感应器的鼠标的设计方案，探讨了MEMS鼠标的手机软件、硬件开发和体系构成，得出了Matlab自然环境下操作系统的建模和优化算法。仿真模拟結果表明：鼠标的制定是有效有效的，明确提出的二次積分近似算法是简单合理的。

前言

微机械设备瞬时速度感应器是一种典型性的微机电系统（microelectromechanical system，MEMS），在航空公司、航空航天、车辆等行业已取得了更加普遍的运用，但根据MEMS微瞬时速度传感技术的无线网络输出设备的分析和使用还没有许多，微瞬时速度感应器用以输出设备的不确定性优点都还没获得有效的运用。

电脑鼠标是最常见的计算机输出设备，伴随着PDA、笔记本电脑、可配戴式电脑上等便携式机器设备的时兴，传统式的电脑鼠标早已考虑不上移动办公平台的必须 。目前的滚轴式或光学式电脑鼠标都必须一个平整的工作中表层，且本身的大小也非常大。而根据微瞬时速度感应器的鼠标则根本都没有这种限定，它能够无拘无束的半空中挪动来远程控制电脑；能够做得不大，有利于带上，能够灵敏地运用于各种各样场所，比如：能够制成供伤残人应用的头戴式耳机电脑鼠标，供讲演者应用的移动电脑鼠标等。

海外和港澳台地区有一些企业已经进行这块的科学研究，比如：香港科技大学Lam等明确提出了一种根据微瞬时速度感应器的虚似键盘和鼠标系统软件（MIDS），能与此同时具有电脑鼠标和电脑键盘的作用；Prince在他的专利权中明确提出了一种输出设备的计划方案，用连在指头上的液位传感器来传感手指头的姿势，进而远程控制电脑键入；英国伯明翰高校Humphreys等研发了一种三维电脑鼠标，运用回转仪能够操纵电脑显示屏上三维立体的转动。文中选用英国AD企业完善的微瞬时速度感应器ADXL203，并集成化Nordic半导体公司全新的频射光端机nRF2401和Atmel企业的ATmega16L微处理器，开发一代根据微瞬时速度传感技术的MEMS鼠标，探寻微瞬时速度感应器在输出设备上的应用技术，并为进一步科学研究多维多用途的MEMS无线网络输出设备奠定基础。

系统软件基本原理与设计方案

检验基本原理现阶段，普遍的电脑鼠标有2种，滚轴式和光学式。滚轴式电脑鼠标是靠滚轴的转动推动X和Y轴上的译码器轮旋转，来传感电脑鼠标偏移的转变；光学式电脑鼠标是用一个内置灯源的红外传感器，追随电脑鼠标的挪动持续纪录它经过表层的“快照更新”，这种快照更新（即帧）有一定的頻率、规格和分辨率，而光电鼠标的关键——DSP根据比较这种快照更新中间的差别进而鉴别挪动的角度和偏移量，并将这种偏移的消息多方面编号后即时地发送给台式电脑主机。

而根据MEMS技术性的鼠标是用微瞬时速度感应器即时精确测量电脑鼠标健身运动的瞬时速度，历经2次積分变换为偏移数据信号传递给服务器，来操纵鼠标的挪动，进而完成电脑鼠标的作用。

硬件开发如图所示1所显示，全部鼠标系统软件分成两个分系统，远接线端子系统软件和服务器端分系统。

图1鼠标体系结构框架图

远侧分系统由微瞬时速度感应器、微处理器和nRF2401射频收发器构成。微瞬时速度感应器选用英国AD企业生产制造的ADXL203微感应器，微处理器选用Atmel企业生产制造的ATmega 16L微处理器，该微处理器附加有8路10位可编程控制器的A/D变换电源电路，能够即时地将ADXL203瞬时速度感应器輸出的瞬时速度脉冲信号转化成瞬时速度模拟信号。

ADXL203瞬时速度感应器在瞬时速度为0时输出电压为2.5V，为提升A/D变换的精密度，文中运用ATmega 16L内嵌的差分信号放大功能，用音频信号将这2.5V工作电压给滤除，并将差分信号后的电流数据信号变大到与A/D变换的参照工作电压相符合。系统软件供电系统选用家用电器中常用的9V充电电池，联接一个LM78M05稳压管贴片式获得稳定的5V工作电压，供每个控制模块应用。

服务器端分系统由nRF2401射频收发器，串行通信传送插口集成ic和另一个ATmega 16L微处理器构成，在其中，RS232串口通信插口集成ic选用的是Maxim2IC企业的MAX233集成ic，功效是将微处理器輸出的5V TTL/CMOS脉冲信号变换为EIA/TIA-232-E脉冲信号，便于与台式电脑主机开展串行通信（RS232）通讯。

手机软件与计算机算法电脑鼠标在人的操作下挪动，微瞬时速度感应器便会即时地輸出电脑鼠标健身运动的瞬时速度尺寸和方位，ADXL203感应器的分度值为±1.7gn，工作电压敏感度为1000mV/gn，这一工作电压数据信号历经差分信号变大5.0/1.7倍后，根据微处理器A/D变换作用变为与瞬时速度尺寸相匹配的模拟信号，瞬时速度历经2次積分，便变成了电脑鼠标挪动的偏移数据信号，随后，再历经编号，并根据nRF2401射频收发器将偏移数据信号释放出来 。

当瞬时速度感应器输出电压为a时，经A/D变换获得的数据量尺寸为

式中［ ］表明取整数；a为瞬时速度感应器輸出的电流尺寸，V.ATmega 16L单片机设计较大取样速度能够做到15000次/秒，文中选用1000次/秒；即每1ms取样一次，每25ms便向电脑上汇报一次相对性的偏移更改量，以确保显示屏上鼠标箭头健身运动的精准和光滑，则每一次汇报的偏移更改量包括25次对瞬时速度取样的数据信息。能够选用近似算法来对瞬时速度数据信号开展二次積分，获得偏移数据信号。

编号的效果是将X和Y方位的偏移更改量，连着鼠标按键的实时信息，依照规范的Microsoft电脑鼠标协议书规定的文件格式开展编号，便于最终发送至服务器的数据可以被电脑上恰当鉴别，进而使电脑上能妥善处理发给它的偏移数据信号，来合理操纵鼠标光标的运动等姿势。表1表明的就是规范的电脑鼠标协议书要求的三字节数数据文件文件格式，第一个字节数纪录的是上下功能键的消息和电脑鼠标X，Y偏移的最大两个字位的数据信息，功能键启动时，相匹配的部位1，不然，置0；第2和第三个字节数各自纪录X和Y方位偏移的低6位数据信息。偏移值的范畴取-127～ 127，再大的偏移更改量会全自动外溢。

表1 Microsoft规范电脑鼠标协议书数据文件文件格式

系统软件的基本上部件

MEMS微瞬时速度感应器文中选用英国AD企业生产制造的电容器归园田居其一瞬时速度感应器ADXL203，如图2所显示，该瞬时速度感应器是运用各种各样离子注入、阳极氧化键合等硅总体制作工艺在光伏材料上生产制造出去的，并在同一个硅片上集成化一些外围电路，对导出的瞬时速度数据信号实现变大调配等解决后，能够一起在X轴和Y轴两个方位輸出精准的瞬时速度数据信号。

图2 ADXL203瞬时速度传感器原理图

ATmega16L微处理器ATmega16是Atmel企业生产制造的根据提高的AVR RISC构造的功耗低8位CMOS微处理器，文中采用ATmega 16L微处理器，能够达到系统要求，且存有非常大的扩展性。

无线发射器件文中选用Nordic半导体公司的nRF2401射频收发器来建立偏移数据信息的无线数据传输。由于nRF2401的优良特性特别适合鼠标的设计方案，而且，其自带的多点通信操纵能够为操作系统给予非常大的拓展室内空间。nRF2401为2.4 GHz全世界对外开放频率段商品，选用0.18μm工艺技术。

系统软件和计算方法的Matlab仿真模拟

AD企业提供了ADXL203微瞬时速度感应器的Simulink实体模型（参照AD公司主页），文中由此为基本，搭建了根据该微瞬时速度感应器的鼠标系统软件实体模型，如图所示3所显示。

图3无线网络MEMS电脑鼠标系统软件的Simulink实体模型

在其中，框架内的分系统实体模型就是封裝好的ADXL203微瞬时速度感应器实体模型。实体模型最终将取样的瞬时速度值存进文档中，随后，根据编写程序来仿真模拟微处理器中运作的不一样積分优化算法，用Matlab来图例每个优化算法的仿真模拟結果，针对系统软件优化算法的非常和挑选有较大协助。

上文根据假定每一次瞬时速度取样间距内电脑鼠标做匀瞬时速度健身运动，明确提出了一种二次積分的近似算法，有利于程序编写完成，能够运用电脑鼠标系统软件的Simulink实体模型，融合程序编写仿真模拟该优化算法，来调查它的准确性。

程序流程取取样时间为1ms，推送周期时间为25ms，最终，Matlab仿真模拟的結果如图4和图5所显示。

由图4和图5中还可以看得出：因为该二次类似積分优化算法作了非常大的简单化，再再加上瞬时速度感应器的噪音影响和数据信号延迟时间、A/D变换的偏差等各个方面的要素，当鼠标偏移很大时，存有一些偏差。但当鼠标偏移在12cm之内时，精准度是特别满意的，这可以达到电脑鼠标的一般运用，更高的运动间距还可以根据更改二次積分的计算方法来完成。

光学和滚轴式电脑鼠标的分辨率一般 用dots per inch （DPI）来表明，即每英尺（2.54cm）的等级，它表明电脑鼠标在物理学表层上每挪动1英寸（约2.54cm），光学传感器所接受到的座标等级。因为电子光学模块中CMOS引流矩阵的屏幕像素密度和镜片的扩大倍率限定，普遍光电鼠标的分辨率一般在200～400DPI.针对MEMS电脑鼠标，可以用电脑鼠标每挪动1英寸（2.54 cm）对瞬时速度取样的频率来表明辨别力的大小。

MEMS电脑鼠标中微处理器对速度的较大取样速度能够做到15000次/秒，文中只需选用1000次/秒时，取电脑鼠标1s挪动的偏移为10cm，则电脑鼠标的分辨率便实现了1000×2.54/10=254DPI，早已做到了普遍电脑鼠标的分辨率，而且，高些的分辨率能够根据提升瞬时速度的采集速度来完成，理论上，最高值能够做到15000/1000×254=3810DPI，远远地高过一般光学鼠标的分辨率。

图4 X轴的电脑鼠标具体偏移与仿真模拟偏移对比图

图5 Y轴的电脑鼠标具体位移与仿真模拟偏移对比图

结语

文中具体探讨了根据微瞬时速度感应器的MEMS鼠标的手机软件、硬件开发和系统软件组成，并得出了Matlab自然环境下操作系统的simulink实体模型和优化算法，仿真模拟的效果证实：鼠标的制定是有效有效的，原文中明确提出的二次積分近似算法是简单合理的；原文中探讨的二维电脑鼠标的制定技术性，能为进一步科学研究多维多用途的MEMS输出设备奠定非常好的基本。文中挑选硬件配置时，考虑到了系统软件向多维和多用途拓展的概率，能够在这里二维电脑鼠标的根基上再加上一些元器件，组成作用大量更健全的MEMS输出设备，比如：能够再加上一个微瞬时速度感应器来传感Z轴的瞬时速度，进而完成三维电脑鼠标，能够完成对三维立体转动等的操纵；还可以运用nRF2401射频收发器内嵌的多点通信操纵的特点，再多提升好多个接受控制模块，能够与此同时操纵几台服务器，或多提升好多个发送控制模块，用好多个输出设备来操纵同一台服务器，以满足不一样使用场所的必须 。

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