中电器材谢怡平：空中鼠标解决方案

2012年7月25-26日，由深圳创意时代主办、中国通信学会支持的便携产品创新技术展在深圳会展中心3、4号馆正式召开。本届展会重点展示手机、平板的创新技术与供应链，包括显示技术、电源管理方案、无线技术、陀螺仪、新型传感器、主板方案、软件应用、元器件以及制造工艺设备。同期进行的手机创新设计大会主题演讲中，来自各个领域的专家学者分别针对便携技术革新与发展趋势做出了主题演讲。以下为演讲实录。

谢怡平：各位嘉宾，大家下午好！非常荣幸能够站在这里与大家一起分享与交流，也非常感谢主办方给我们这么一个如此好的交流平台。我是来自于中电器材深圳有限公司，我今天演讲的主题是低功耗高效能的空中鼠标解决方案。

首先给大家介绍一下我们公司，中国电子器材深圳有限公司隶属于中国电子信息产业集团公司，是一家中等规模的区域元器件分销商。我们公司在中国及其东南亚地区都会有业务覆盖。中国电子器材深圳有限公司专注于超越客户的需求与期望，提供全面的产品、技术、服务解决方案，实现专业技术产品分销商的核心价值。看一下硬件设施，我们公司在北京和深圳设立了三个研发中心，可以提供基于一些无线、射频、安防、视频、电源、移动终端等技术，面向多个应用领域的研发与设计公司。右边是我们射频的屏蔽房和实验室，左边是我们的技术人员和研发人员，我们也在通信、无线领域也有很多解决方案。总体来说，我们中国电子器材深圳有限公司是一家专业的技术产品分销商，接下来给大家介绍一下我今天要讲的主要内容，也就是低功耗、高效能的空中鼠标。

在讲这个方案之前，我们来看几条信息。第一个是关于IPTV的，2014年我国IPTV用户将达到4000多万户。在今年的CES展上，LG展示了一款配置有LGMagic Remote的空中鼠标，越来越被广大消费者所接受，也越来越被广大消费者所喜爱。更深的一层可以看到，未来的PC领域可以分成两大格局。第一方面是今天的主题平板和智能手机往小里做，便携式的手机终端。而另外一个是大屏的高清晰的智能电视。对于大屏的高清晰互联网电视或者物联网电视，传统的光纤鼠标已经很难满足需求了，这时候我们就需要用到空中鼠标。所以LG和联想在大屏上，比如55英寸的TV上都配有一款空中鼠标。

再看下一个信息，这是关于在三网融合过程当中给相关产业链带来的一些市场需求，可以看到未来三年三网融合可拉动投资和消费6880亿元，可激发和释放社会的信息服务于终端消费近4390亿元。三网融合不仅给我们带来信息体验，而且在相关的产业链也能激发出巨大的潜能。三网融合是有一个推波助澜的作用，既然这个空中鼠标在未来的市场如此巨大，看一下空中鼠标给我们的生活带来哪些方便。

看一下它在课题里面的应用，非常自由、方便，这是它的最大特点。还有在演讲的时候，像我现在用的就是我们公司做的一个空中鼠标，完全可以在空中晃动就能指示，就能控制光标。还有体感游戏，都能运用到空中鼠标。这是空中鼠标的一些应用领域，包括智能家居、智能电视、机顶盒、多媒体、3D游戏、计算机领域都将应用到空中鼠标。到这里大家已经对空中鼠标的应用及其市场有了一些了解。如果没有接触过空中鼠标的人就会觉得空中鼠标是一个什么样的东西？它将以一种怎么样的姿态出现在我们的生活当中？接下来我给大家讲解一下这个空中鼠标是怎样的东西。

首先，为大家讲一下空中鼠标是什么东西，空中鼠标是一种HID输入设备，也可以说是电脑周边的外设，大家可以更好的理解。它跟传统的光电鼠标有一个最大的区别是不需要放在桌面上，只需要拿在空中移动或者晃动就可以控制光标。自由方便是它最大的一个特点，它能最大程度的释放桌面空间。

看一下空中鼠标的工作原理，我们的空中鼠标是采用陀螺仪和加速器来捕捉能力和鼠标的动作，利用角速度和重力加速度，运用模式识别技术计算运动物体位置信息，从而控制屏幕光标。这里体现了两个非常重要的东西，也就是陀螺仪与加速计，这两个东西好比是人的眼睛和耳朵，它能感知鼠标的运动及其姿态。看一下空中鼠标的系统框图，首先用的是Freescale的主控芯片，运用了一个陀螺仪传感器和重力加速度传感器。陀螺仪传感器在系统当中，有了它就可以感知鼠标在往哪边移动，是怎样的运动轨迹。还有一个是重力加速计，在整个系统当中起到的作用是识别姿态。这个鼠标有了它，就可以感觉到空中鼠标在你手中是怎样的姿态，是平着握，还是斜着握，还是竖着握，可以控制鼠标的移动。还有电源，它与电脑之间的传输，我们可以用2.4G也可以用蓝牙4.0，这里要说一下，蓝牙4.0是一种特别针对消费电子的低功耗的蓝牙，它的特点是功耗非常低。再通过无线传输给电脑，这样就组成了整个空中鼠标最基本的架构。有了这些东西，我们就能组成一个空中鼠标。作为一个手持设备，大家对它的需求和要求是非常高的，我们为了增加它的功能就可以在空中鼠标上增加一些额外的东西。比如增加键盘，让它有一个键盘的功能，我们在使用它的时间就不需要再外接一个键盘。有了这个带键盘的空中鼠标，有一个东西就可以控制智能电视，包括输入一些字母和数字，还可以扩展它的语音功能，我们就可以把它当做是一个话筒，跟亲朋好友QQ视频聊天，或者深夜的时候带着耳机在家里看足球等等这些都可以做到。

刚才提到在整个系统当中有两个非常重要的器件，也就是陀螺仪和重力加速器，这两个东西充当着整个系统的眼睛和耳朵。同样这两个器件的固有属性也能影响整个系统的稳定，刚才也说到在这个系统当中眼睛和耳朵对整个系统性能都有影响。我们选用的陀螺仪是EPSON的陀螺仪，为什么要选择陀螺仪？我给大家讲一下陀螺仪在整个系统当中起到怎样的关键作用。首先，这个陀螺仪在空中鼠标当中起着怎样的角色，说到这里自然要说一下陀螺仪的基本功能，它就是感知角速度，通过这个角速度对时间的一次积分就能得到角度。得到这个角度以后，我们就能感知这个鼠标在空中移动了多少，通过相应的坐标来给电脑相应的感知。还包括它的功能和分标、精度等等问题，我们选用的陀螺仪是EPSON的陀螺仪。接下来给大家讲解一下EPSON陀螺仪的一些特点，首先是低功耗的特点，作为手持设备来说，用电池或者用锂电池的设备来说，对功耗的要求也是非常高的。我们选用的这个陀螺仪，这里要提一下，我们选的是单轴的陀螺仪，在空中鼠标系统当中就需要用到两个单轴的陀螺仪来组成一个二维的空间，才能在这个萤幕上上下左右移动光标。这里说到EPSON陀螺仪的每轴功耗是2.2个毫安，在整个系统中两个就是4.4个毫安。大家感兴趣的话可以查一下，其他单轴的陀螺仪的功耗是多少，据我所知，我查到一些最低是到4.5毫安，这是单轴的陀螺仪所需要的功耗。那么整个系统省下来，每轴就省下了2—3毫安，整个系统相比于其他系统是省下6—7毫安，而这对于整个空中鼠标的系统来说功耗是10几个毫安，这是非常重要的。

接下来有一个性能是非常稳定的，众所周知，在微器件的传感器当中，温度对它的影响是非常大的。我们选用的EPSON陀螺仪，XV-3700，在零下20度—60摄氏度之间的曲线是非常平稳的，温度对它的影响在这个温度里的性能是非常稳定的，也就是有非常稳定的工作。这边是其他的一些陀螺仪的温漂的特性，在0度—40度之间上下都有非常大的变化。这个特性就能保证整个空中鼠标在任何环境之下都能保持稳定的工作。除此之外，除了温漂与精度之外还有工艺的问题，石英材料比硅材料制作的元器件的精度和稳定性都要更好。它把这些东西结合在一起，这个陀螺仪对整个空中鼠标的性能就会大大的提高。

刚才说到除了陀螺仪充当整个系统的眼睛之外，还有一个重力加速计。我们选用的重力加速计是Freescale的低重力加速计，加速计有一个最主要的功能，它是敏感加速度的大小，加速度就包括重力加速度。通过这个公式，我们得到一个重力加速度就能算出倾斜角度，这个倾斜角度就是这个鼠标的姿态。在这里就要提一点，空中鼠标在检测重力加速度的时候，它是需要在静止或者匀速的状态下才能准确的检测出重力加速度是多少。但是在空中鼠标当中，在使用当中是不可能做到静止或者匀速的，这时候我们就需要通过软件对它进行处理，对它进行补偿，把我们检测到的运力加速度去掉，而我们只需要有用的那部分重力加速度。这就需要软件的一些特殊处理，相信如果在座有做过空中鼠标的也一定会遇到这样的问题。

我们选用Freescale加速计的一些特点，首先在这个系列当中有3颗芯片，8451、8453，分辨率的精度，还有动态量程。它是低功耗，它的工作电流只有6—165微安，相对整个系统来说这个电流是可以省略不计的。我们也可以利用它的低功耗模式下6个微安和自检测的功能，来组成整个系统的休眠与唤醒切换的重要环节。在这种情况下，我们就能利用加速计的自检测功能，把整个鼠标不需要人为的去触动它告诉它该休眠了还是该唤醒。除此之外，我们还用到一些其他的器件，包括Freescale的单片机，这也是Freescale以前8位的单片机，它的特性是功耗非常低。还有BCD电源，这是超低功耗的一个线性电源，我们采用它是因为它在低功耗模式下的电流非常小，只有20微安的电流消耗。讲到这里，我们已经把空中鼠标的器件和内部结构基本上讲完了。

接下来，我为大家讲解一下整个解决方案的特点是什么。刚才我们一直提到低功耗，我们的陀螺仪、加速计和MCU，它的功耗是控制非常好的。加速计只有6到165微安，在整个系统当中，加速计忽略不计功耗，陀螺仪是4.4毫安，我们的单片机在工作状态下只有4.8毫安，还有无线射频占有的功耗比较大，是8个多毫安，所以整个平均功率是在15毫安。在待机状态下，刚才说到待机可以用加速计来作为补偿，用自动休眠和自动唤醒的功能，在它休眠状态下可以把陀螺仪或者没有用到的模块全部断电，只留下加速器和MCU，剩下这些器件的低功耗模式、休眠模式只有35微安。如果用一对500毫安/时的电池，待机可以待到一年半的时间，这样就能让我们不需要时刻的去换电池，或者你用了几年就把电池换一下。刚才提到了陀螺仪的特定属性，也就是温漂低，我们能在零下20到60度的环境下的温漂是非常小的，几乎是没有，所以它能在这个环境下，在我们人类所适用的环境下能够达到非常稳定的工作。这两个特点是我们所选器件固有的属性。在平滑性和精确定位方面，除了刚才提到的器件的固有属性之外，还有软件对数据的一些处理。这好比是整个器件的选型，制定哪几个最基本的标准，我们就要通过软件对它采集到的数据进行分析，把我们想得到的一些东西给提出来。这里面是非常复杂的过程，主要是各个系统之间的兼容以及人的习惯或者温度，我们要剔除一些抖动等等不确定的因素。整个软件和整个系统的过程当中，我们花了很多精力来改进这个软件和改进这个算法。结合这四个特点，整个系统是一个非常性价比的或者整个系统是非常好的，包括固有属性可以大大提高性能和减低它的难度。

接下来是整个系统的物理属性，第一个是通过2.4G传输的，距离可以达到10米，所以在整个性能当中功耗占了很大一部分。接口是USB2.0接口，只要在系统中带有2.0的驱动是即插即用的。在操作环境下可以满足现在市面上所拥有的只要带有操作系统的环境，我们都可以兼容它。我们用的是锂电池供电，为大家省下了买电池，可以随时充电、方便。还具备了整个最基本的空中鼠标的功能之后，我们可以根据客户的一些特殊需要，或者客户自己达到这个基本功能之后去二次开发，加入一些想需要的功能。比如刚才说到的键盘、语音等等，包括手势功能，甚至我们可以在上面加一个摄像头都没有问题。

再看一下合作方式，我们在做方案的时候为客户提供了参考设计，还有一些软件例程，如果客户有兴趣的话可以在上面加一些他们所需要的特定功能，整个开发周期和开发过程就相对于简单多了，而且大大缩短了整个空中鼠标的开发过程。

我演讲的内容到此结束，再次感谢主办方给我们这样一个好的交流平台，如果大家有什么空中鼠标的问题可以提一下。如果大家在这里不方便，可以到我们的展台上去看一下，我们的展台在3B 22号。