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一种用于多媒体教学的无线鼠标

2009-06-03
作者:吴大中

  摘 要: 介绍了一种无线鼠标设计电路,它不仅保持了有线鼠标全部功能和结构,而且在不影响有线鼠标工作的前提下,具有远距离遥控鼠标左键和滚轮的功能。用编译码模块PT2262/PT2272和射频发射/接收电路互相配合,可以在较远距离灵活操纵鼠标,符合操作习惯,而且制作时无须对原有鼠标的外观及内部电路做任何改动。可广泛用于多媒体教学、会务演示等远距离使用计算机的场合。
  关键词: 无线鼠标; 射频模块; 多媒体教室

 

  在多媒体教室中进行的课堂教学有着传统课堂教学没有的许多优势,但也有不足。操作多媒体课件的鼠标的连线使得教师在讲课时必须一直在电脑旁,这使教学内容和教学形式受到一定的限制,缺乏常规黑板教学中应有的身体语言,缺少师生面对面的交流和活跃的课堂气氛,教师的个性、主动性和讲课艺术难以发挥,影响了教学效果。在多媒体教室中利用无线鼠标来操作计算机,可以为教师自由发挥讲课艺术创造有利条件。
  目前已有的无线鼠标,一般是通过红外或蓝牙来传输,红外有一定的方向性和距离限制,而蓝牙技术比较复杂,价格比较高,传输距离短,还受物体阻挡的影响。现有的无线鼠标是通过USB协议与计算机通信。协议是一个较复杂的环节,设计周期长,而且成本也较高。
  本文介绍的一种无线鼠标,是通过无线收发模块来实现无线传输的。应用无线遥控编解码电路和通常的有线鼠标,实现无线遥控的鼠标操作。遥控有效距离可达20 m以上,实现容易,价格低廉,而且无线遥控无指向性、耗电量低,能大大增强多媒体教室的人机交互性能[1]
1 无线收发模块
  鼠标是用来控制屏幕光标移动的一种装置,是计算机最重要的外部输入设备之一。用遥控器控制鼠标,是用遥控器的按键信号控制鼠标的上下左右移动和左右键,只需要考虑发射和接收电路,不需要考虑接口协议。本设计只考虑左键和滚轮的滚动方向来控制PPT的翻页。基本方案如图1所示。

 


1.1 发射部分
  无线发射编码模块主要由315MHz无线数据发射和编码芯片PT2262组成,如图2所示。发射电路由声表谐振器稳频,工作频率为315MHz,以AM方式调制, 240mm小拉杆天线发射信号。

  发射模块具有较宽的工作电压范围。当电压变化时发射频率基本不变,与发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3 V时。空旷地传输距离约20~50 m。发射功率较小;当电压5 V时约 100~200 m;当电压 9 V时约 300~500 m;当发射电压为 12 V时,为最佳工作电压,具有较好的发射效果,此时发射电流约60 mA,空旷地传输距离700~800 m,发射功率约 500 mW;当电压大于12 V时功耗增大,有效发射功率不再明显提高。发射模块用ASK方式调制,以降低功耗。当数据信号停止时,发射电流降为零[2]
1.2 接收部分
  无线接收解码模块主要由315 MHz无线数据接收模块、解码芯片 PT2272及继电器驱动电路组成。如图3所示。315 MHz无线数据接收模块有超再生式接收模块和超外差式接收模块两种。 这里用的是超再生式接收模块,采用SMD贴片工艺制造生产,工作电压为5 V,静态电流4 mA,接收灵敏度为105 dBm。它内含放大整形及解码电路,使用极为方便。天线输入端有选频电路,而不依赖1/4波长天线的选频作用,控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线。由于频率受温度漂移影响大,采用了带骨架的铜芯电感将频率调整到315 MHz后封固[3]


  无线接收模块没有接收到空间的315 MHz信号时,输出的只是干扰信号,解码芯片PT2272输出端D0~D5均为低电平。当无线接收模块收到空间的315 MHz信号时,经放大、变频、滤波等处理后输出控制信号,送到解码芯片第14脚进行解码。只有PT2272的地址端的电平状态与发射部分的PT2262的地址端一致时,对应的数据端才有高电平输出。本方案设计的地址为FF,即全部悬空,也可以另行设定地址码,最重要的就是不要相互干扰。输出时通过继电器控制电路的工作状态,同时还有对应的发光二极管指示。
2 编解码电路
2.1 PT2262/PT2272
  PT2262/PT2272 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,最多可有12位(A0~A11)三态地址端管脚,任意组合可提供531 441个地址码,最多可有6位(D0~D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时,PT2262 不接通电源,其17脚为低电平,315 MHz的高频发射电路不工作;当有按键按下时,PT2262上电工作,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平时,315 MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低电平时,315 MHz 的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ASK)调制,相当于调制度为100%的调幅。
2.2 地址编码设定和修改
  通常使用中,一般采用8位地址码和4位数据码,这时编码电路 PT2262 和解码电路PT2272 的第1~8 脚为地址设定脚,有三种状态可供选择:悬空、接正电源、接地。3的8次方为6 561,所以地址编码不重复度为6 561组,只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同,才能配对使用,PT2262和PT2272出厂时的8位地址编码端全部悬空,这样可以便于选择各种编码状态,用户如果想改变地址编码,只要将 PT2262和PT2272的1~8脚设置相同即可。当两者地址编码完全一致时,接收机对应的D1~D4端输出约4V互锁高电平控制信号,同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大,便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操作[4]
2.3  抗干扰的的处理
  通过PT2272的VT脚(17脚)是否为高电平去判断是否有键按下,若为高,则去判断PT2272的D0~D3中哪个键按下,但其中忽略了一点,即:这些数据接收到的是干扰,系统将错误判断影响正常运行。由于干扰脉冲是窄脉冲,故可通过软件来滤除干扰,从而有效的解决该问题。也就是说,只有在接收到PT2272的 VT脚由低变高至少保持 20 ms以上时系统才确认按钮按下。
3 无线遥控鼠标的设计和实现
  在普通的光电鼠标基础上,研究鼠标的的按键电平和滚轮的波形来实现鼠标的左键和滚轮的功能,从而达到无线远距离的实现。无线遥控鼠标设计方案如图4所示。


3.1无线鼠标左键的实现
  通过对光电鼠标的研究,发现鼠标上的所有按键都是低电平有效,也就是说按键是一个按钮开关,一端连接地另一端连接鼠标芯片。当键按下鼠标芯片的那一端就接地呈低电平,当按钮松开时呈高电平。
  根据此情况,只要在接收电路中有一信号连接到按键那一端,当接收到低电平时,也就是鼠标芯片那一端为低电平,鼠标的点击就可以实现,如图5所示。


  图5对收发模块是串行通信的,所以接收到的是一组方波信号,这组方波信号经过解码电路解码后就可以知道得到的是高电平或者是低电平。由于设计了用高电平发射,所以接收到的是高电平。然后经过反相后给鼠标按键连接芯片的那一端,这样就可以实现鼠标的点击功能。这种电路不仅能实现鼠标的左击功能,而且鼠标所有的点击都能实现。由于本设计只针对多媒体教学中放映PPT文件,因此实现鼠标的左击就可以了。
3.2 无线鼠标滚轮的实现
  如图6所示的鼠标滚轮的实现是本设计的核心之一。在多媒体教学中放映PPT文件时,实现页面的上翻和下翻就是用鼠标的滚轮来实现的[5]


  根据鼠标滚轮的特点,其实现的重点在于滚轮波形处理方面。由于要产生两个信号方波而且还有相位差的存在,在实现上翻和下翻时相位差还是不同的,这在设计电路时会造成很多的麻烦。因此,在设计电路时考虑到用单片机来实现方波的产生和在不同的情况下产生不同的相位差,最终实现滚轮的上翻和下翻功能。利用单片机来实现与利用IC芯片相比较,单片机的外围电路要比IC芯片的外围电路少很多。单片机不仅可以产生方波电路,在鼠标左击时还可以实现反相功能。单片机实现相应功能的程序相对比较简单,其流程图如图7所示。


  应该注意的是,方波的频率的大小与鼠标滚轮的反应速度成正比,频率选取是否适当决定了鼠标滚轮能否实现,因此应当选择适当的频率。经过调试,方波的频率在50~100Hz的范围内比较合适,可在软件中延时来实现方波频率的控制。
4 安装与调试
  无线收发模块虽然在传输距离上有优势,但它对天线和电压的要求相对要高一些,电压的大小和天线的制作直接影响到传输距离。在调试时用了9 V的干电池,天线用了25 cm的螺旋型天线。资料表明,当电压 9 V时传输距离约300~500 m。根据调试情况,实际上很难达到这个距离。但对于本设计,实际范围只要有20~30 m就已经足够了。
利用单片机产生方波电路虽然程序非常简单,但是频率有比较高的要求。根据鼠标滚轮的资料和反复的调试,最终把方波的频率定为100 Hz比较合适。最重要的是在调试过程中发现单片机的晶振出来的高频信号会影响到模块的接收距离。通过采取相应的措施,把原来用的12 MHz晶振改成4 MHz的,而且晶振离接收模块尽可能地远。在接收模块的电源附近加上滤波电容,这也是相对比较重要的。采取这些措施后,其传输距离得到一定的改善。
  本文利用光电式鼠标和编解码遥控电路模块的结合,可实现低成本高性能的无线鼠标,并具有全方位遥控的特点,能有效地解决多媒体教室普遍存在的教师教学活动离开电脑控制台就无法操纵鼠标的问题。当今各大中小学校的多媒体教室正在以较快的速度普及,这种鼠标能大大地改善多媒体教室的人机交互性能,因此具有很好的实际应用价值。

参考文献
[1]  史舒人.多媒体教室遥控鼠标功能的开发[J].中国电化教育,2003(10):86-87.
[2]  王月琴,王海涛.简易鼠标无线控制器的制作[J].中国电化教育,2004(10):39.
[3]  吴文佳. PT2262/PT2272编解码IC在视频切换矩阵设计中的应用[J].电视技术,2003(2):69-71.
[4]  王视听,尹志宏.一种无线射频收发模块的应用[J].电子技术应用, 2005,31(8):69-71.
[5]  邵 平,杨路明,周善东.一种无线遥控鼠标编译码电路的设计[J].云南大学学报(自然科学版),2005,27(5A).

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