CN104102364A

CN104102364A - 一种usb口无线取电无线鼠标

Info

Publication number: CN104102364A
Application number: CN201410282207.2A
Authority: CN
Inventors: 王欢; 周俊; 闵艳玲; 赵倩男; 宋豪杰
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明公开了一种USB口无线取电无线鼠标，其利用了电磁感应原理和磁耦合共振原理，整个装置分为微型发射头、鼠标垫、接收鼠标三部分构成。微型发射头利用磁耦合共振原理，将电能传递给内含有接收线圈的鼠标垫中，然后利用电磁感应原理将电能传递给无线鼠标。为了保证传递电流的稳定，传递过程中电流需要经过整流电路、滤波电路和稳压电路。本发明结构简单，节能环保，具有较大的推广价值。

Description

一种USB口无线取电无线鼠标

技术领域

本发明涉及无线电子领域，尤其涉及一种USB口无线取电无线鼠标。

背景技术

随着人们对办公环境和操作便捷性要求日益增高，对“移动”需求的不断增长，使用笔记本等移动设备的普及大大提高，有线鼠标已经不能满足人们对于无线自由的追求，然而目前广泛使用的无线鼠标均采用电池来提供能源，更换电池不仅给用户带来不便，更大大增加了消费者的使用成本，同时还造成了废电池对环境的污染。

无线电能传输原理分为三类：第一类采用电磁感应原理，这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。这种类型中，将两个线圈放置于邻近位置上，当电流在一个线圈中流动时，所产生的磁通量成为媒介，导致另一个线圈中也产生电动势；第二类是最接近实际应用的一种技术，它直接应用了电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理：直接在整流电路中将电波的交流波形变换成直流后加以利用，但不使用放大电路等。同以前相比，这种技术的效率得到提高，并正在推动厂商将其投入实际应用；第三类是利用电磁场的谐振方法。谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者电流，而只是利用电场和电磁场。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对普通无线鼠标需要频繁更换电池、造成许多电池污染的问题，提供了一种USB口无线取电无线鼠标，采用无线充电的方式，传递过程需解决无线传输电能的损耗、传递电流的不稳定以及多级装置的集成等问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种USB口无线取电无线鼠标，包括微型发射头、鼠标垫和鼠标，其中：

微型发射头用于向鼠标垫发射电能，并接收鼠标的数据信号；

鼠标垫用于接收微型发射头发射的电能，并且通过无线传输把电能传输给放在其上面的鼠标；

鼠标用于接收鼠标垫传输的电能，将其转化成直流电源供自身使用，同时向微型发射头发送数据信号。

作为本发明一种USB口无线取电无线鼠标进一步的优化方案，所述微型发射头包含USB插头、脉冲产生装置、功率放大器、第一级发射谐振器和数据接收模块，所述脉冲产生装置一端与USB插头连接、另一端与功率放大器的输入端相连，所述第一级发射谐振器分别和USB插头、功率放大器的输出端相连，所述数据接收模块和USB插头相连。

作为本发明一种USB口无线取电无线鼠标进一步的优化方案，所述鼠标垫包含第一级接收谐振器、负载检测电路和第二级发射电路；

所述鼠标垫的一条边上设有朝上凸起的条块，所述第一级接收谐振器设置在条块内；

所述第一级接收谐振器通过负载检测电路和第二级发射电路连接；

所述第二级发射电路包含四个并联的谐振器，所述四个谐振器的线圈均匀阵列分布在所述鼠标垫的面层下。

作为本发明一种USB口无线取电无线鼠标进一步的优化方案，所述负载检测电路包含开关管，所述开关管串接在第一级接收谐振器与第二级发射谐振器之间，其高压端与第一级接收谐振器相连、低压端与第二级发射谐振器相连、门极引入第二级发射谐振器中的电流。

作为本发明一种USB口无线取电无线鼠标进一步的优化方案，所述鼠标包含第二级接收谐振器、整流电路、稳压电路、储能电容以及鼠标本体，所述第二级接收谐振器与整流电路相连，所述整流电路通过稳压电路与鼠标本体的电源接口相连，所述储能电容并联在鼠标本体的电源接口。

作为本发明一种USB口无线取电无线鼠标进一步的优化方案，所述鼠标背部中间设有触摸传感器，所述触摸传感器串联在所述第二级接收谐振器到鼠标本体的电源接口处的电路中。

作为本发明一种USB口无线取电无线鼠标进一步的优化方案，所述触摸传感器采用ST01B触摸芯片。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 该装置针对无线鼠标需要经常更换电池的问题，我们通过采用无线充电的装置，成功解决了使计算机USB中的电能传递到鼠标中满足使用的需求，从减少了电池的使用；

2. 该装置设计了触摸通电，自动休眠的功能，使用节能环保。

附图说明

图1是微型发射头原理图；

图2是微型发射头电路图；

图3是鼠标垫外观图；

图4是无线取电鼠标电路图；

图5是CW117三端稳压器的输出电压可调电路；

图6是芯片连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种USB口无线取电无线鼠标，包括微型发射头、鼠标垫和鼠标，其中：

所述微型发射头包含USB插头、脉冲产生装置、功率放大器、第一级发射谐振器和数据接收模块，所述脉冲产生装置一端与USB插头连接、另一端与功率放大器的输入端相连，所述第一级发射谐振器分别和USB插头、功率放大器的输出端相连，所述数据接收模块和USB插头相连。

所述鼠标垫包含第一级接收谐振器、负载检测电路和第二级发射电路；

所述负载检测电路包含开关管，所述开关管串接在第一级接收谐振器与第二级发射谐振器之间，其高压端与第一级接收谐振器相连、低压端与第二级发射谐振器相连、门极引入第二级发射谐振器中的电流。

所述鼠标包含第二级接收谐振器、整流电路、稳压电路、储能电容以及鼠标本体，所述第二级接收谐振器与整流电路相连，所述整流电路通过稳压电路与鼠标本体的电源接口相连，所述储能电容并联在鼠标本体的电源接口。

所述鼠标背部中间设有触摸传感器，所述触摸传感器串联在所述第二级接收谐振器到鼠标本体的电源接口处的电路中。

所述触摸传感器采用ST01B触摸芯片。

本发明各个模块的设计思路如下：

1、微型发射头的设计：

为了方便取电，考虑到电脑USB口输出端电压为直流5V，所以发射头电能发射设计了四大部分，具体电路原理如图2所示：

USB插头：由电脑的USB口提供直流5V电压，由于电压波动不大，可以给有源晶振供电。

脉冲产生装置：利用晶振可以获得频率较大的脉冲，高频率的脉冲可以提高传输效率。高频振荡电源产生特定频率的电流激励发射谐振电路自谐振。

功率放大器：采用RFP5P12绝缘栅型场效应管作为开关和放大器，对谐振信号进行放大。

第一级发射谐振器：采用串联谐振线圈和电容，发射线圈采用由铜芯漆包线绕制的紧密圆柱单层螺旋线圈，电容采用具有无极性、绝缘阻抗高损耗因数小、耐压、价格便宜等优点的薄膜电容。

原理如图1所示，由USB口提供5V电压，给有源晶振提供电源，产生高频脉冲，经过隔离芯片去驱动场效应管的关断，接上线圈与电容组合，形成交变电磁场。同时由 LC 串联回路和场效应管构成功率放大器将谐振信号进行功率放大。

此外，由于电能发射只使用了USB插头中的两根电源线，将传统无线鼠标数据发射头、即本发明中的数据接收模块与USB插头连接起来，不影响鼠标的数据传输功能。

2、鼠标垫的设计：

因为鼠标体积有一定的规格并且微型发射头的体积有限制，靠电磁感应原理实现无线传输电能的距离很小，无法满足实用目的。故设计了以鼠标垫为载体的中间级装置，对应为发射级设计共振频率的线圈与电容，并连接线圈作为从中间级到接收级的初级线圈。外观如图3所示。

鼠标垫规格为：长30cm、宽25cm、厚0.5cm，其中条块长25cm、宽2.5cm、高3cm，可以插拔，便于更换。鼠标垫表面含防水层，可起到一定程度的防水作用。

负载自动检测功能：即当无线取电鼠标放置在鼠标垫上才开始送电，否则不送电。在没有负载时，也就是说，第二级接收谐振器没有靠近第二级发射谐振器时，利用负载检测电路使其工作在低能耗检测状态。一旦接收部分靠近了第二级发射谐振器，再向第二级接收谐振器发射能量，这样就完成了负载检测的任务。利用这种智能无线供电电路，自动检测有无负载，解决了了第二级发射谐振器向外源源不断地发射能量的问题，达到了节能的目地。

负载检测功能通过串接在第一级发射谐振器与第二接收谐振器之间的开关管实现。开关管的门极引入第二级发射电路中的电流，当鼠标垫上没有鼠标，也即无负载时。第二级无线供电电路的发射电路中的电流很小，不足以使开关管导通，从而该产品工作在间歇状态以节约电能。当鼠标垫上有鼠标，即有负载时，第二级无线供电电路的发射电路中的电流变大，从而开关管导通，产品正常工作。这样就完成了负载检测的任务。解决了中间级部分向外源源不断地发射能量的问题，达到了节能的目地。

据电磁感应原理，两个线圈必须完全对准重合效率才高，从而使磁通完全通过，否则电能传输效率急剧降低。设计时在鼠标垫里阵列分布多个线圈（如图3所示），可将鼠标放在鼠标垫规定区域的任意位置，并且鼠标内并联大电容实现对无线取电鼠标连续供电。

由于鼠标垫内含有电路，所以表面设计了防水塑料膜。鼠标垫中所有芯片、电阻、电容均放在鼠标垫的条块中（如图3所示）。考虑到产品的寿命周期问题，鼠标垫上的电路条块可以采用插拔式，这样可以方便更换。

3、鼠标的设计：

该部分由接收线圈、整流器、滤波器和稳压器、大电容、续流二极管组成。由于从接收部分中得到的是交变电流,这样来说为负载供电不稳定，故需要将其变为直流电以便使用，此处使用桥式整流电路进行整流，再用电容进行滤波，最后使用稳压块进行稳压。

电路设计如图4，第二级发射谐振器产生的电磁波根据电磁感应原理在第二级接收谐振器上感应出5V的电压，这里的电磁感应原理同变压器，只是变压器是通过铁芯进行电与磁的转化，而这里是通过空气的介质进行电与磁的转化，及由交变的输入电流产生磁通，副边线圈再通过变化的磁通产生变化的电流，从而感应出交变电压。

第二级接收谐振器感应出的5V的交变电压通过桥堆整流成直流电压。直流电压通过电容式滤波，将在整流过程中还有的交流部分滤掉，使实验部分更精准。经过滤波之后，再通过芯片的输入端，使输出端得到直流可调电压。稳压器电路如图5所示，其输出电压计算公式如下：

通过调整R1和R2的值，可以得到相应的输出电压。

当第二级接收谐振器短暂偏离第二级发射谐振器时，鼠标本体可由储能电容供电，保证了其对鼠标本体的供电连续。

4、产品拓展功能设计触摸传感器：为更符合使用的习惯及体现节能的精神，通过仔细比对市场上的不同传感器的优缺点，我们选用ST01B触摸芯片。该传感器成本价格较低，可以起到开关的作用，功能可以满足我们的使用需求。将传感器嵌入到鼠标表面内侧中心处，在使用时，通过手接触到触摸传感器，使鼠标的供电电路导通，开启无线供电功能。同时这样的设计也可以更好的节约了电能，保护电路。保证无人使用时，电路的安全，同时体现了环保节能的精神。基于正式开展鼠标实际模型的设计工作，会根据鼠标的具体应用将做进一步调整，进一步降低成本，节约电能。具体电路连接图如图6所示。

采用普通按键省电模式（MD0接VDD，MD1接GND），正常工作模式下可以检测到的按键频率大于10次/秒。芯片在检测到有按键时，会停止自校正大约30s左右。其余时间内不停的进行自校正，根据外部环境的漂移来调整基准值。大约30s无按键操作，芯片进入省电模式。

C1是灵敏度调整电容，根据产品的灵敏度需求进行调整，调整范围是0.5pf-80pf，电容值越大，灵敏度越低。

本发明中的谐振器均采用与第一级发射谐振器同样的结构。

以上为本发明的具体实例，但是应当理解，本发明的实施方式并不仅限于此，此实例仅用于帮助理解本发明。对本发明所作的各种变化实例，都应包含在本发明的范围内。本发明的专利保护范围应当有所附的权利要求书限定。

Claims

1.一种USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，包括微型发射头、鼠标垫和鼠标，其中：

2.根据权利要求1所述的USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，所述微型发射头包含USB插头、脉冲产生装置、功率放大器、第一级发射谐振器和数据接收模块，所述脉冲产生装置一端与USB插头连接、另一端与功率放大器的输入端相连，所述第一级发射谐振器分别和USB插头、功率放大器的输出端相连，所述数据接收模块和USB插头相连。

3.根据权利要求2所述的USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，所述鼠标垫包含第一级接收谐振器、负载检测电路和第二级发射电路；

4.根据权利要求3所述的USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，所述负载检测电路包含开关管，所述开关管串接在第一级接收谐振器与第二级发射谐振器之间，其高压端与第一级接收谐振器相连、低压端与第二级发射谐振器相连、门极引入第二级发射谐振器中的电流。

5.根据权利要求3所述的USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，所述鼠标包含第二级接收谐振器、整流电路、稳压电路、储能电容以及鼠标本体，所述第二级接收谐振器与整流电路相连，所述整流电路通过稳压电路与鼠标本体的电源接口相连，所述储能电容并联在鼠标本体的电源接口。

6.根据权利要求5所述的USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，所述鼠标背部中间设有触摸传感器，所述触摸传感器串联在所述第二级接收谐振器到鼠标本体的电源接口处的电路中。

7.根据权利要求6所述的USB口无线取电无线鼠标，其特征在于，所述触摸传感器采用ST01B触摸芯片。