如今计算机的应用已深入人类生产生活的各个领域。随着计算机的发展，人们在对计算机的使用上有了更高的体验要求。鼠标做为计算机主要的输入硬件之一，更是走在了科技变革的前延。传统的鼠标带有一根冗长的线，极大影响了使用体验。而随着2.4GHz无线技术的发展^[1]，无线鼠标越来越多的受到人们的青睐。如今市场上无线鼠标的供电系统还是采用传统的干电池，既加重了环境污染，也提高了使用成本，在备用电池方面也得不到很好的保证。虽然有大容量充电式电池、电磁共振自发电式供电等技术问世^[2]，但是由于技术门槛高，制造成本高，没有得到广泛应用。可以说，无线鼠标的供电问题已经成为阻碍其发展的主要因素。针对当下无线鼠标供电系统的诸多问题，本设计创新性的将目标移向无线鼠标的配置器，提出了2.4GHz模块与锂电池的集成技术，并可行性进行了分析。

1  硬件介绍

1.1  2.4GHz配置器

第一只无线鼠标诞生于1984年，它的出现让人们告别了烦人的鼠标线。但是由于控制距离、亦或是信号不稳定等一些弊端，导致无线鼠标始终无法取代有线鼠标，而2.4GHz数字技术的诞生使无线通讯设备的普及成为了可能。2.4GHz无线技术也称数字射频技术（Digital Radio Frequency,简称Digital RF）。从技术层面讲，2.4GHz无线技术与蓝牙原理上非常相似，区别在于通讯协议和加密方式上。并且该项技术是完全开放式的，厂家在使用时无需支付专利费。2.4GHz无线技术还具有传输速率快、抗干扰能力强、低功耗、无驱动等特点。因此2.4GHz数字技术已成为短距离无线传输技术的主流应用。各类无线技术特点对比如图1所示。

图1 各种无线技术对比

2.4GHz无线技术主要是实现HID类设备在PC上的杖举识别和数据交互，接收器主要由USB接口部分、MCU和无线接收部分组成^[3]。系统硬件框图如图2所示。

图2 系统硬件框图

1.2  基于USB的充放电锂电池

锂电池的阳极材料可采用锂碳化合物，阴极材料采用锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物等。充放电过程中锂永远以离子形态出现，锂离子在阳极与阴极之间移动，电极本身并不发生变化。锂离子电池具有相当高的能量密度及更高的电池电压（通常在4.1V到4.7V之间），还具有更长的充电保持时间和保存寿命，再加上长循环寿命与无记忆效应等特性，使得锂离子再充电电池的使用日益上升^[4]。

2  可行性分析

2.1  硬件部分

目前市场上无线鼠标供电方式主要有干电池式和充电式两种。干电池式无线鼠标的供电电源具有装卸方便、能源供给无缝衔接等优点，但是会提高使用成本，产生电池废物造成环境污染；充电式无线鼠标由于电池可反复使用，大大降低了使用成本和废物的产生，但是有着充电时间长，电池容量受体积限制导致使用时间短等缺点，阻碍了其广泛应用。2.4 GHz模块与锂电池集成技术结合了两种无线鼠标供电方式的优点。

无线鼠标主体采用感性工学设计^[5]，将2.4GHz模块与锂电池集成配置器作为供电电源。每个无线鼠标主体配备两块可供电配置器，其中一块做为无线鼠标供电电源，另一块做为配置器的同时通过USB接口给锂电池充电。当做为电源的集成配置器电压过低时，只要对换一下两块可供电配置器即可实现电能的无缝供应。

USB接口对电流电源有着严格要求，电压采用5V标准电压（允许0.2V的偏差，即4.8V~5.2V之间。），标准电流为500mA，笔记本的只有100mA。2.4GHz自由频段芯片工作电压为2.0V~3.6V，而锂电池的充电终止电压在4.05V~4.25V[6]，5V电源皆可满足要求。所以2.4GHz模块与锂电池可采用并联方式来实现通讯和充电同步进行，而放电时只有锂电池单独工作。但是，由于并联电路会增加干路的电流，USB接口电流又有着严格的毫安级限制，为保证2.4GHz模块正常运行，锂电池只能一直处于低速率充电模式。而由于该项技术方案对充电速率要求较低，不仅可以满足使用上的需求，同时也避免了充电时由于过流导致过热的危险。如果对充电速率有更高要求，可嵌入高压快充模块，利用USB充电器来缩短充电时间。

基于上述要求，配置器硬件部分采用单片机控制技术。当有5V外接电压流入USB接口时，启动配置器同时电池开始充电。当电池达到充电终止电压时停止充电，若没有达到则持续充电；USB接口没有流入电压时，配置器关闭，此时若有外接负载则电池放电，当电压达到放电终止电压时，停止放电，若没有达到则持续放电。其过程如图3所示。

图3 集成配置器流程图

2.2  协议部分

2.4 GHz无线通信协议分为3层：物理层、数据链路层和应用层。物理层包括GFSK调制和解调器、接收和发送滤波器、射频合成器、SPI接口和电源管理，主要完成数据的调制解调、编码解码、FHSS跳频扩频和SPI通信^[6]。锂电池的充放电协议则要求较低，只要实现终止电压停止充放电即可，完全可以嵌入进2.4 GHz无线通信物理层协议中。

3  结论

本设计基于单片机控制，将2.4GHz模块与锂电池集成，利用并联电路原理达到数据通讯与电池充放电协同工作。此款新型无线鼠标可供电配置器具备干电池式和充电式无线鼠标的优点。且技术门槛低，结构简单，从模式上根本的解决了无线鼠标的供电问题，有着很高的实用价值，是具有划时代意义的创新型设计方案。

[1]《计算机与网络》[D].中国电子集团公司第五十四研究所:2008(03):28

[2]陈晓春.基于电磁共振耦合无线供电的无线鼠标研究[S].江阴职业技术学院,2011(12).

[3]梁波,张秀娟,薛庆军.2.4GHz无线鼠标键盘接收器的设计[S].山东:电子设计工程,2010.

[4]尤勇,王松林,来新泉,韩敏.具有ISB电源管理器的锂离子电池充电器[R].西安:西安电子科技大学,2007.

[5]赵项,魏峰,胡志雄.基于感性工学的办公无线鼠标造型设计研究[N].福建省:福建工程学院学报,2020:404-408.

[6]李婷,祖静.基于MSP430的锂电池只能充电特性测试仪[J].测试技术学报,2008.