基于ZigBee技术的无线非接触式鼠标的研制

论文摘要

鼠标是人们日常使用的电脑外设,其技术的发展备受瞩目。传统的鼠标有机械鼠标和光电鼠标两种,它们都依赖于在平面上工作来感知位移的变化。而随着工作场合和客户需求的不断变化,人们越来越需要一种具备无线功能和悬空遥控功能的鼠标,它不依赖于平面,没有连线的距离限制。同时,在鼠标的发展中,如何缩小鼠标的体积,降低鼠标的功耗也越来越被人们所关注。本文阐述了一种基于ZigBee无线传输技术,使用MEMS微加速度传感器MMA7260QT、低功耗微处理器PIC24FJ64GA002和ZigBee无线收发模块MRF24J40的无线非接触式鼠标的设计制作。该鼠标分为鼠标主体部分和鼠标接收器。鼠标主体部分利用微加速度传感器检测移动的加速度;微处理器通过数字积分算法将加速度信息转换为位移信息;ZigBee无线发送模块将鼠标的位移发送到鼠标接收器端,并通过PS/2口传输给电脑。此款鼠标使用时不需要专门的工作表面,不受工作空间和移动自由度的限制。本文详细讨论了鼠标的硬件和软件设计、数字积分算法和无线传输体系,并给出了系统测试和算法仿真。针对无线鼠标体积、功耗的特殊要求,进行了鼠标系统各器件的选取和设计。根据加速度传感器输出信号的特点,详细介绍了加速度信号的调理电路、单片机对数据的采样及数字积分。同时,本文给出了系统功能软件的流程及ZigBee通信程序的设计。测试结果表明该鼠标在响应速度、定位精度、功耗、灵敏度方面基本能够满足使用需要。文中讨论的二维鼠标的设计技术,可为进一步研究多维多功能的微加速度传感器输入设备打下良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外技术概况及研究现状
• 1.2.1 鼠标的发展概况与研究现状
• 1.2.2 短距离无线传输技术发展概况
• 1.3 本文的主要工作
• 2 ZigBee无线传输技术
• 2.1 ZigBee无线传输技术的特点
• 2.2 IEEE 802.15.4标准与ZigBee技术
• 2.2.1 IEEE 802.15.4协议架构及其技术特点
• 2.2.2 ZigBee技术
• 2.2.3 ZigBee的网络结构
• 2.3 基于ZigBee芯片构建无线传感器网
• 3 系统总体方案设计
• 3.1 总体设计思想
• 3.2 系统可行性分析及设计原则
• 4 无线非接触式鼠标的硬件系统设计
• 4.1 电源管理
• 4.2 信号采集模块
• 4.2.1 加速度传感器及其信号调理电路
• 4.2.2 加速度传感器的信号调理
• 4.2.3 按键信息模块
• 4.3 中央控制模块
• 4.3.1 单片机PIC24FJ64GA002的选择及其特性
• 4.3.2 单片机程序下载接口
• 4.4 ZigBee无线传输模块
• 4.4.1 ZigBee传输模块MRF24J40特性
• 4.4.2 ZigBee传输模块电路设计
• 4.4.3 鼠标接收器与电脑的接口
• 5 无线非接触式鼠标的软件设计
• 5.1 软件设计概述及开发环境介绍
• 5.2 鼠标微控制器软件设计
• 5.2.1 微处理器对加速度信息的采样
• 5.2.2 加速度二次积分算法的实现
• 5.2.3 微处理器功能软件设计
• 5.3 ZigBee无线传输及PS/2口通信软件编制
• 5.3.1 ZigBee无线通信软件设计
• 5.3.2 鼠标与PS/2口的通信
• 6 无线非接触式鼠标系统调试
• 6.1 加速度传感器的调试
• 6.2 ZigBee模块的调试
• 6.3 数字积分算法仿真
• 结论
• 参考文献
• 附录A 鼠标接收器硬件电路连接图
• 附录B 鼠标主体部分硬件电路连接图
• 附录C ZigBee模块引脚连接图
• 附录D 控制器软件主函数
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢