基于压电陶瓷的无线鼠标的设计①

2014-06-14周明龙程晶晶

佳木斯大学学报（自然科学版） 2014年2期

周明龙，程晶晶，李文，杨娟

(1.安徽机电职业技术学院，安徽芜湖 241000;2.安徽理工大学，安徽淮南 232001)

现有技术的无线鼠标都需要外置供电电源，供电电源有干电池式、充电锂电池式等等.这些都要消耗能源，不能节约能源，还容易造成污染[1～3].因此，为了达到节能环保的目的，需要对无线鼠标进行改进[4～6].为了解决上述技术问题，提供一种无需外置电源、节能环保的基于压电陶瓷的无线鼠标，省去了干电池或锂电池或蓄电池，具有一定的经济效益，节约了能源，减少了环境的污染.

1 压电陶瓷技术[7～12]

压电陶瓷作为信息功能的一种压电材料，它可以使得机械能和电能之间能够相互的进行转换.压电陶瓷具有非常优异的压电性能，即压电性具有正逆压电的特性，其还具有弹性、介电性等特性，已在电子、声传感器、声换能器、频率控制装置等领域得到广泛应用[7～9].

用压电陶瓷制成的压电陶瓷发电装置可以将机械能转换为电能，压电能量收集装置作为一种新型的微型发电装置，具有结构简单、发热量小、无电磁干扰，易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等，尤其适用于各类传感及检测系统[10～12].

2 无线鼠标的技术方案

为了达到节能环保的效果，基于压电陶瓷的无线鼠标所采用的技术方案是:基于压电陶瓷技术的无线鼠标，包括鼠标控制单元、无线射频发射单元、位移检测单元和按键单元，还包括设在鼠标内部的与所述按键单元接触的压电陶瓷发电装置，该压电陶瓷发电装置通过处理电路与所述鼠标控制单元、无线射频发射单元和位移检测单元连接[13].

所述压电陶瓷发电装置主要由材质为PZT的4片压电陶瓷片叠压构成，压电陶瓷片的电极并联.所述压电陶瓷发电装置采用悬臂梁支撑结构安装在鼠标内部.

3 具体设计方案

如图1所示为基于压电陶瓷的无线鼠标原理示意图，图中:1为压电陶瓷发电装置;2为处理电路;3为无线射频发射单元;4为鼠标控制单元;5为位移检测单元;6为滚轮单元;7为按键单元;8为开关元件;9为指示灯.

基于压电陶瓷的无线鼠标包括鼠标控制单元、无线射频发射单元、位移检测单元、按键单元、滚轮单元、开关元件和指示灯，还包括设在鼠标内部的压电陶瓷发电装置，压电陶瓷发电装置的上端与按键单元接触，以接收按键的作用力.该压电陶瓷发电装置通过处理电路与所述鼠标控制单元、无线射频发射单元和位移检测单元连接，当人手按压鼠标的按键单元时，压电陶瓷发电装置的压电材料在人手力的作用下产生电荷，产生的电荷经过处理电路能为无线射频发射单元、鼠标控制单元、位移检测单元提供电源，使它们正常工作.开关元件和鼠标控制单元、处理电路和指示灯连接，控制鼠标的开启和关闭.

图1 基于压电陶瓷的无线鼠标的原理示意图

具体地说，压电陶瓷发电装置主要由四片压电陶瓷片叠压构成，压电陶瓷片的电极并联.压电陶瓷片的材质为PZT，即锆钛酸铅，每片的厚度在h=2mm左右，面积在A=4cm2左右，按键频率在20Hz以上.压电陶瓷发电装置是采用悬臂梁支撑结构安装在鼠标内部的电路板上，该支撑结构具有较低的谐振频率，能获得最大的能量输出.

基于压电陶瓷的无线鼠标是利用电路上的电容来储能，再利用电容放电来实现控制电路的工作，利用鼠标使用过程中持续不断的按压不断地储能.