光電鼠標設計方案

1. 設計概述

光電鼠標是一種利用光學傳感器和 DSP（數字信號處理）技術進行運動檢測的計算機輸入設備。相較于傳統的機械鼠標，光電鼠標無須使用機械部件，因此具有更高的精度、更好的耐用性和更流暢的用戶體驗。本設計方案詳細介紹了一款基于先進光學傳感器的光電鼠標，并提供核心元器件的優選方案。

光電鼠標的基本原理是利用 LED 或激光光源照射桌面，并通過光學傳感器捕捉表面圖像的變化來計算鼠標的位移。這種方式相比機械鼠標減少了摩擦，提高了耐用性，同時也帶來了更高的定位精度，適用于各種辦公、游戲和專業設計應用。

2. 設計需求與技術指標

在本方案中，我們將設計一款支持有線和無線雙模式的光電鼠標，滿足高精度、低功耗和人體工學設計的要求。主要技術指標如下：

• 傳感方式：光學傳感

• 分辨率：800~3200 DPI 可調

• 接口類型：USB 或無線 2.4GHz

• 工作電壓：3.3V / 5V

• 主控芯片：支持 USB HID 協議

• 傳感器：高靈敏度 CMOS 傳感器

• 加速度：> 20G

• 刷新率：> 6000 FPS

• 數據傳輸率：125Hz~1000Hz

• 功耗：低功耗設計，適用于無線鼠標

此外，為了適應市場需求，我們還將考慮 RGB 背光燈效設計，并支持可編程按鍵功能。

3. 方案框架與電路框圖

本光電鼠標方案主要由以下部分組成：

1. 光學傳感器模塊：用于捕捉移動圖像并進行數字信號處理。

2. 主控 MCU：處理傳感器數據，并通過 USB 或無線傳輸數據。

3. 無線/有線通信模塊：用于數據傳輸。

4. 電源管理模塊：為各個部分提供穩定的電壓。

5. 按鍵與滾輪：用戶輸入組件。

6. RGB 燈效控制（可選）：提供個性化視覺效果。

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   |  光學傳感器模塊 |
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         |
         v
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   |      MCU    |
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         |
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   | 無線/USB 通信模塊 |
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         |
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   | 電源管理 & RGB  |
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4. 關鍵元器件及選型

4.1 光學傳感器

• 型號：PixArt PMW3325 / PMW3389 / PAW3395

• 作用：

• 負責捕捉表面移動數據，轉換為數字信號并傳輸至 MCU 進行處理。

• PMW3389 具有高達 16000 DPI 的分辨率，適用于高端電競鼠標。

• PMW3325 適用于中端鼠標，DPI 范圍 100~5000，可調。

• PAW3395 采用更先進的低功耗設計，適用于無線鼠標。

• 選用理由：

• 業界公認的高性能光學傳感器。

• 低功耗，適用于無線鼠標。

• 高精度，支持不同分辨率切換。

4.2 MCU 主控芯片

• 型號：GD32F303RCT6 / STM32F103RCT6 / nRF52840（無線）

• 作用：

• 處理光學傳感器數據，計算并傳輸至 USB 或無線模塊。

• 負責按鍵掃描、電池管理和燈效控制。

• 選用理由：

• 高性能 Cortex-M4 核心，帶 DSP 加速，適用于復雜算法處理。

• USB 2.0 支持 HID 協議。

• 低功耗 MCU 可減少無線鼠標的能耗。

4.3 無線通信模塊

• 型號：nRF24L01+ / BK2425 / Nordic nRF52840

• 作用：

• 負責 2.4GHz 無線通信。

• nRF24L01+ 具有更低功耗、穩定性高。

• BK2425 價格更低，適用于低成本設計。

• nRF52840 是完整的 SoC 方案，適用于高端無線鼠標。

4.4 USB 通信芯片

• 型號：CH559 / CY7C68013A / ATmega16U2

• 作用：

• 處理 USB HID 協議，使鼠標可以通過 USB 連接至計算機。

• CH559 低功耗，支持 USB 全速通信。

• ATmega16U2 兼容 Arduino 生態，適用于可編程鼠標方案。

4.5 RGB 燈效控制

• 型號：WS2812B / SK6812

• 作用：

• 負責控制 RGB 背光 LED，實現動態燈效。

• 采用單線數據協議，減少 MCU 負擔。

4.6 電源管理

• 型號：SY8120B1ABC（DC-DC 降壓芯片）+ LDO AMS1117

• 作用：

• 提供 3.3V/5V 穩定電源。

• DC-DC 降壓效率高，適用于無線鼠標低功耗設計。

4.7 按鍵 & 滾輪

• 按鍵型號：Omron D2FC-F-7N

• 滾輪編碼器：ALPS EC11

5. 電路設計

電路設計包括：

1. 光學傳感器電路

2. MCU 連接電路

3. 無線/USB 通信電路

4. 電源管理電路

5. 按鍵與滾輪接口電路

6. RGB 燈效控制電路

6. 方案優勢

1. 高性能傳感器：采用 PMW3389 或 PMW3325，提供高精度運動檢測。

2. 低功耗設計：適用于無線鼠標，續航更長。

3. 模塊化架構：支持 USB 和無線方案切換。

4. 高兼容性：支持 HID 標準協議，無需額外驅動。

5. 可定制燈效：RGB 控制芯片提供豐富視覺體驗。

6. 靈活按鍵布局：支持可編程按鍵，提高用戶體驗。

7. 生產與測試流程

1. PCB 設計與生產：優化電路布局，減少 EMI 干擾。

2. 軟件測試：測試 DPI 切換、按鍵響應。

3. 環境適應性測試：模擬不同桌面材質的適應性。

4. 無線穩定性測試：確保信號不丟包，延遲控制在 1ms 以內。

8. 結論

本設計方案基于高性能光學傳感器和 MCU，結合低功耗電源管理方案，實現了一款高精度、低功耗、可定制的光電鼠標。未來可優化軟件算法，提高 DPI 調節靈活性，并優化無線通信協議以降低延遲，同時擴展 AI 識別功能，增強智能鼠標的交互體驗。