标签: 无线鼠标

键盘与鼠标是系统上最通用的周边装置，这些装置过往多半采有线方式做连接，目前已逐渐大量采用无线连接为主流，无线键盘和鼠标通常使用蓝牙技术或无线射频（RF）技术，然而这些技术也可能面临一些无线干扰的问题，进而造成使用者体验不佳影响品牌形象，甚至产生退货问题，这也成为采购商在采购询价(RFQ)时需留意的要点。 无线键盘鼠标的无线干扰风险与解决方法 近年来无线传输技术在键盘鼠标上已相当普及，市场上我们可以看到各种形形色色的无线键盘鼠标，包括了：针对特定消费族群的静音键盘鼠标、低延迟的电竞键盘鼠标。不论是何用途，百佳泰从过往的验证经验以及市场调查中得知，用户对于无线键盘鼠标使用过程中， 四大不满意现象 分别为： 连线状况不稳定 容易受到环境讯号干扰 电池续航力低 安全性风险 而连线的稳定度与环境的讯号干扰也是息息相关的，一般的开发商最多仅针对RF performance进行验证，确保基本的天线场型，在标准Chamber下的基本质量，然而实境场域中有许多不同的无线干扰，无论是在住家、公司或交通站场域，使用2.4GHz频段的无线设备不计其数，这将会造成无线共存问题，导致糟糕的用户体验！ 同时，厂商也将会面临各种难题： 许多存在干扰的场景真的会如想象般存在吗？ 从来没有注意到可能的干扰场景？ 只能派人亲自去干扰场景去验证？ 我们针对痛点，提出了无线环境重建解决方案，我们针对常见的环境，包含：办公室、机场、地铁、网咖、展览会场、医院等地点，透过我们的仪器将实境场域的无线干扰讯号都录制下来，并且透过我们专业的分析跟手法，完美在电波隔离室中还原实境下的干扰状况，让厂商能够在实验室中即可达到去现场验证的结果，免于疲于奔命的状况，并大幅改善使用者体验。 下图为百佳泰实境录制并在实验室还原干扰的实例（办公室场景）： 上图办公室所观察到的无线干扰状况看出办公室空间内AP、Phone、计算机等设备数量较多（有34台 2.4GHz 的AP），且长时间连线固定AP做为网络使用的情况较多。可见Wi-Fi 2.4GHz各个频道能量高且利用率高，能量较高的频道主要是分布在Channel 11，经查询数据许多AP都是使用Channel 11，因此在Channel 11频带附近有相对较高的能量与使用率。同时观察到有许多蓝牙装置正在工作(2404, 2426 ,2480MHz)，推测可能是2.4GHz频段被Wi-Fi占用大多数带宽，只能使用非Wi-Fi频道及许多耳机/键盘在做广播配对行为。 透过无线环境重建技术，针对无线键盘鼠标产品，我们找出影响使用体验和效能的关键指标： Wireless Mouse ▶ Reporting Rate (Polling Rate) 在无线鼠标中，”polling rate”指的是鼠标与计算机之间的通讯频率，也就是鼠标每秒向计算机发送数据的次数。Polling rate对无线鼠标的重要性在于影响到鼠标的响应速度和精准度。一个较高的polling rate意味着鼠标能够更频繁地向计算机传送数据，因此可以更实时地反应使用者的操作。这对于需要快速反应的游戏或者对精确度要求较高的任务来说尤其重要。 Wireless Keyboard ▶ Latency 延迟指的是从当你按下按键到计算机实际识别到这个输入所需的时间。对于无线键盘而言，延迟是一个关键指标，因为它直接影响到用户的操作反应速度。若延迟时间太长，用户将会感觉到按键反应滞后，尤其是在需要快速输入的情况下，这会影响到工作效率和游戏体验。因此，一个低延迟的无线键盘能够提供更实时和流畅的使用体验。 ▶ Key Correct Rate(KCR) 按键正确率为键盘在传输输入讯号时的准确度。对于无线键盘而言，这意味着确保每次按下按键时，键盘能够正确地识别和传输这个按键讯号，并且不会有讯号丢失或错误的情况发生。高的按键正确率能够确保用户输入的准确性和一致性，在工作和游戏中都是至关重要。

电竞产业新指标：超低延迟设备 疫情之下，游戏与电竞产业快速成长，全球掀起宅经济热潮以及电竞赛事的经营推广，根据Allied Market Research的研究，全球电竞周边产品在2021年产值达到USD 6.1 billion，预估在2030年全球产值可达USD 14.4 billion，年复合成长率高达9.9%，其中，电竞配件以常见的 键盘、耳机、鼠标 排名前三大成长项目。 随着电竞周边日益成长，产品各式问题也随之产生。过往电竞鼠标采购重点在用户体验， 可切换DPI、合适的IPS数值，无线鼠标的低延迟抗干扰能力以及续航力，好的搭配软件及高兼容性 ；其中在游戏的过程中，延迟会让游戏使用者产生明显不良的用户体验，各家厂商也纷纷开发并宣传自家产品减少延迟性的优势，吸引消费者进行购买！ 什么是延迟？延迟对使用者会造成什么影响？ 首先，计算机中的延迟包含 人手操作的鼠标、PC内部的运算延迟、显示器的输入延迟 等，如下图： 这些延迟对日常使用下的一般用户来说很难察觉，但是对于分秒必争的 电竞玩家 来说，多任何一点延迟，就成为赛事排名的关键。以往在鼠标延迟都不算高的时代，很少有厂商会把低延迟拿来当作鼠标产品的卖点，但为什么近年越来越多厂商主打自己的产品支持 ”超低延迟” 呢？ 这就要说到NVIDIA公司在2020年9月时发布了 RTX30系列 显示适配器的同时也发表了一项技术称为 Reflex ，此技术透过优化过的游戏与Driver，大幅简化GPU与CPU的沟通程序，把屏幕跟系统延迟缩短了一半，若使用在高更新率的屏幕上，延迟时间还能更能进一步缩短。 以目前NVIDIA公开的数据以及百佳泰的测试实验发现，在NVIDIA RTX 30系列显示适配器的系统上搭配 更新率为360Hz 的 电竞屏幕 ，屏幕先设定为 60Hz ，在未开启 Reflex 的情况下，系统加上屏幕的整体延迟为 50ms ，此时开启 Reflex 后，系统加上屏幕的延迟降为 29ms ，延迟的幅度获得 约42%的改善 ，此时将屏幕设定为 360Hz ，系统加上屏幕的延迟降为 12ms ，这样的结果令人讶异，原来系统加上屏幕的延迟可以如此低。 我们再更进一步的将测试软件的 更新率设定到无限大 ，并确保 G-sync与V-Sync为关闭 的状态，此时系统加上屏幕的延迟再一步降到 5ms ，结果令我们出乎意料，虽然关闭G-sync与V-Sync会让动态画面出现 撕裂感 ，但这样的结果显示：未来系统加上屏幕的延迟将不会再是拖累玩家的借口，反而是玩家手边的旧款 鼠标 才是。针对这一点，我们搜集了市面上的 10款电竞鼠标 （如下表），来对它们的点击延迟做一次测试，看看到底是系统拖累玩家，还是鼠标拖累玩家。 鼠标点击延迟验证方法 传统的验证做法会将鼠标拆卸开来，在微动开关焊接处挂上示波器并在计算机端搭配USB封包分析仪的方式取得鼠标点击延迟， 优点是：其测试数据为原始的电器讯号延迟 ， 缺点是：拆卸后已破坏鼠标结构 ，且因电器讯号延迟极低，该数据与玩家的实际体验不相符合。 为了模拟实验使用者感受，取得更为接近真实的点击延迟，我们采用 新的方式 ： 将鼠标固定在百佳泰研发的专属 自动测试机台 上，透过治具 自动点击鼠标左键 ，并 使用高速摄影机分析 计算机上的 反应时间 ，扣除系统加上屏幕的延迟取得鼠标的点击延迟数值，对列表中的鼠标 各别验证10次并取得平均值 。 相比手动测试的优点是：自动测试治具每次 点击的位置、速度、力道都是一致的 ，将使用者主观的感觉以标准化的测试设备， 透过高速摄影机分析出的数值更加符合玩家的实际体感 。 验证结果 测试总结 从有线测试结果可得知，我们拿来对照的某知名品牌传统鼠标 Mouse #10 点击延迟落在 23.8ms ，电竞等级尚未具备超低延迟的鼠标 Mouse #08、#09 其点击延迟约落在 5ms 区间。具备超低延迟的电竞等级鼠标点击延迟约落在 2ms 区间。 支持 有线/无限双模式 的鼠标，在两种模式下的测试结果比较如下，无线延迟一定会比有线高，除了 Mouse #03 之外，目前测试结果并无发现落差太大的机种。 这样的落差虽然在一般使用上感觉不到任何差异，而我们使用 测试网站 比较了 Mouse #10（23.8ms） 与 Mouse #07（1.91ms） 的结果发现确实会影响游戏胜败的结果： 01 更高的机率击中移动中的目标 02 甩枪射击（Flick Shot）时有更高的命中率 超低延迟设备的优势决定了游戏时的胜负关键，透过 CPU 与显示适配器与显示器厂商的努力下，系统延迟已经来到 10ms 的水平，甚至还能再更低。电竞鼠标延迟势必也将朝向个位数的目标迈进。

鼠标，是最具代表性、最基本的计算机接口设备，鼠标的顺畅度关系着个人的工作效率，甚至可能影响到你整天的心情，因此使用上是否顺畅比想象中更重要。 而我们每天最常接触的鼠标，历经消费者长时间的使用上，却有很多恼人的小缺失，困扰着大家。 依照我们的经验，列出以下几点常见问题： 1. 在测试经验发现，部分鼠标3~4周就需更换电池，虽换电池后不会影响任何功能，但鼠标高耗电以致无法长时间使用会造成使用者困扰，试想如果半夜使用计算机工作或是在玩游戏时，鼠标突然没电无法使用，而家中又没有替换电池，那么一定会造成使用者的困扰，进而可能对产品留下不好的印象。 2. 部分鼠标产品在电池安装标示不够清楚，让使用者不清楚正确的安装方式，又或是鼠标安装电池开口过小，以至于更换电池时不易放入或取出。 3. 在安装新鼠标附赠的电池时，发现电池已受潮，流出黏液。或是发现电池已经没电了。我相信这一定会让人感到相当生气。同时对这家品牌商感到相当失望。 4. 每个人对鼠标的滚轮及按键声，接受度大不相同。但因为购买前无法试用，因此当你购买到的鼠标，其滚轮或是按键声太大也会让使用者感到烦躁。 5. 原本顺畅灵活的鼠标，如果开始发生光标会瞬间跳跃或是迟钝没反应的情况，但换了电池后，问题还是没有改善，这时就会让消费者对产品质量感到怀疑，对品牌商失去信心，往后可能不再采购此品牌的商品。 6. 无线鼠标最大优点为可以不受任何时间、地点更换不同的计算机设备。只要插上USB dongle就可以即插即用。但有时候，会发现对于某些计算机或是操作系统，还是会发生鼠标与USB dongle联机异常无法配对的状况。这显然是鼠标兼容性的问题，或是设计上的瑕疵。虽然发生机率较低，但是一旦发生了，还是会对消费者造成相当大的困扰。 7. 现在的产品设计相当轻巧。在产品制造时，如精细度不够好或质量稍有瑕疵，一样也会有不好的消费者体验。例如：电池盖设计不良。在消费者使用过程中，稍微碰撞后，电池就会松动甚至弹跳出来。 8. 除了一般使用的鼠标外，还有电竞鼠标，电竞鼠标增加了让用户自己设定的快速操作功能按键，这些功能按键都须借助鼠标所附的软件进行设定。但依经验，部分设定软件设定接口过于繁琐又或是说明过于简单不够浅显易懂，常让使用者花费过多时间于熟悉设定。 以上八点常见问题，都会直接造成使用者的困扰、不好的使用者体验。 实际上还有很多类似的小问题，虽然不至于影响到功能及运作，但却会让消费者对品牌的信任度大打折扣，进而影响到下次采买的意愿。如果在产品设计初期或是上市前，透过专业的使用者体验测试，将会有效的帮助品牌商，同时对产品本身也有大大的加分效果。 专业的使用者体验测试，包含以下四点： ◈ 开箱体验测试 ◈ 操作经验测试 ◈ 功能和操作性测试 ◈ 意外操作及错误恢复测试

　　摘要：研究基于微加速度传感器的无线鼠标的设计，讨论了MEMS无线鼠标的软件、硬件设计和系统组成，给出了Matlab环境下系统的模型和算法。模拟结果说明：无线鼠标的设计是合理可行的，提出的二次积分近似算法是简捷有效的。 　　引　言 　　微机械加速度传感器是一种典型的微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)，在航空、航天、汽车等领域已得到了越来越广泛的应用，但基于MEMS微加速度传感器技术的无线输入设备的研究和应用还不是很多，微加速度传感器用于输入设备的潜在优势还没有得到很好的应用。 　　鼠标是最常用的电脑输入设备，随着PDA、笔记本、可穿戴式电脑等便携设备的流行，传统的鼠标已经满足不了移动办公的需要。现有的滚轮式或光电式鼠标都需要一个平坦的工作表面，且自身的体积也比较大。而基于微加速度传感器的无线鼠标则完全没有这个限制，它可以自由自在的在空中移动来控制电脑；可以做得很小，便于携带，可以灵活地应用于各种场合，例如：可以做成供残疾人使用的头戴式鼠标，供讲演者使用的移动式鼠标等。 　　国外和港台地区有一些单位正在开展这方面的研究，例如：香港中文大学Lam等人提出了一种基于微加速度传感器的虚拟键盘鼠标系统(MIDS)，能同时具备鼠标和键盘的功能；Prince在他的专利中提出了一种输入设备的方案，用连在手指上的压力传感器来感测手指的动作，从而控制电脑输入；英国伯明翰大学Humphreys等人研制了一种三维鼠标，利用回转仪可以控制电脑屏幕上三维立体的旋转。本文采用美国AD公司成熟的微加速度传感器ADXL203，并集成Nordic半导体公司最新的射频收发器nRF2401和Atmel公司的ATmega16L微控制器，开发新一代基于微加速度传感器技术的MEMS无线鼠标，探索微加速度传感器在输入设备上的应用技术，并为进一步研究多维多功能的MEMS无线输入设备打下基础。 　　系统原理与设计 　　检测原理 　　目前，常见的鼠标有2种，滚轮式和光电式。滚轮式鼠标是靠滚轮的传动带动X和Y轴上的译码轮转动，来感测鼠标位移的变化；光电式鼠标是用一个自带光源的光电传感器，跟随鼠标的移动连续记录它途经表面的“快照”，这些快照(即帧)有一定的频率、尺寸和分辨力，而光电鼠标的核心——DSP通过对比这些快照之间的差异从而识别移动的方向和位移量，并将这些位移的信息加以编码后实时地传给电脑主机。 　　而基于MEMS技术的无线鼠标是用微加速度传感器实时测量鼠标运动的加速度，经过两次积分转换为位移信号传输给主机，来控制光标的移动，从而实现鼠标的功能。 　　硬件设计 　　如图1所示，整个无线鼠标系统分为2个子系统，远端子系统和主机端子系统。 图1 无线鼠标系统结构框图 　　远端子系统由微加速度传感器、微控制器和nRF2401射频收发器组成。微加速度传感器采用美国AD公司生产的ADXL203微传感器，微控制器采用Atmel公司生产的ATmega 16L微控制器，该微控制器附带有8路10位可编程的A/D转换电路，可以实时地将ADXL203加速度传感器输出的加速度模拟信号转换成加速度数字信号。 　　ADXL203加速度传感器在加速度为0时输出电压为2.5V，为提高A/D转换的精度，本文利用ATmega 16L内置的差分放大功能，用差分信号将这2.5V电压给滤掉，并将差分后的电压信号放大到与A/D转换的参考电压相匹配。系统供电采用电器中常见的9V电池，连接一个LM78M05稳压贴片得到恒定的5V电压，供各个模块使用。 　　主机端子系统由nRF2401射频收发器，串行传输接口芯片和另一个ATmega 16L微控制器组成，其中，RS232串行通信接口芯片采用的是Maxim2IC公司的MAX233芯片，作用是将微控制器输出的5V TTL/CMOS电平转换为EIA/TIA-232-E电平，以便与电脑主机进行串行(RS232)通信。 　　软件与算法设计 　　鼠标在人的操纵下移动，微加速度传感器便会实时地输出鼠标运动的加速度大小和方向，ADXL203传感器的量程为±1.7gn ，电压灵敏度为1000mV/gn，这个电压信号经过差分放大5.0/1.7倍后，通过微控制器A/D转换功能变成与加速度大小对应的数字信号，加速度经过两次积分，便变成了鼠标移动的位移信号，然后，再经过编码，并通过nRF2401射频收发器将位移信号发射出去。 　　当加速度传感器输出电压为a时，经A/D转换得到的数字量大小为 　　式中 表示取整数；a为加速度传感器输出的电压大小，V。ATmega 16L单片机最大采样速率可以达到15000次/秒，本文采用1000次/秒；即每1ms采样一次，每25ms便向电脑报告一次相对的位移改变量，以保证屏幕上鼠标指针运动的精确和平滑，则每一次报告的位移改变量包含25次对加速度采样的数据。可以采用近似算法来对加速度信号进行二次积分，得到位移信号。  　　编码的目的是将X和Y方向的位移改变量，连同鼠标按键的实时信息，按照标准的Microsoft鼠标协议要求的格式进行编码，以便最后发送到主机的信息能够被电脑正确识别，从而使电脑能正确处理发送给它的位移信号，来正确控制鼠标光标的移动等动作。表1表示的即是标准的鼠标协议规定的三字节数据包格式，第1个字节记录的是左右按键的信息和鼠标X，Y位移的最高2个字位的数据，按键按下时，对应的位置1，否则，置0；第2和第3个字节分别记录X和Y方向位移的低6位数据。位移值的范围取-127～+127，再大的位移改变量会自动溢出。 表1　Microsoft标准鼠标协议数据包格式 　　系统的基本组件 　　MEMS微加速度传感器 　　本文采用美国AD公司生产的电容式微加速度传感器ADXL203，如图2所示，该加速度传感器是利用各向异性刻蚀、阳极键合等硅整体加工工艺在硅材料上制造出来的，并在同一个基片上集成一些外围电路，对输出的加速度信号进行放大调制等处理后，可以同时在X 轴和Y轴2个方向输出精确的加速度信号。 图2　ADXL203加速度传感器原理图 　 　ATmega16L微控制器 　　ATmega16是Atmel公司生产的基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，本文选用ATmega 16L微控制器，可以满足系统要求，且存在比较大的扩展性。 　　无线收发器件 　　本文采用Nordic半导体公司的nRF2401射频收发器来实现位移数据的无线传输。因为nRF2401的优异性能非常适合无线鼠标的设计，并且，其内置的多点通信控制可以为系统提供很大的扩展空间。nRF2401为2.4 GHz全球开放频段产品，采用0.18μm工艺设计。 　　系统和算法的Matlab模拟 　　AD公司给出了ADXL203微加速度传感器的Simulink模型(参见AD公司主页)，本文以此为基础，构建了基于该微加速度传感器的无线鼠标系统模型，如图3所示。 图3　无线MEMS鼠标系统的Simulink模型 　　其中，方框内的子系统模型即是封装好的ADXL203微加速度传感器模型。模型最后将采样的加速度值存入文件中，然后，通过编程来模拟微控制器中运行的不同积分算法，用Matlab来图示各个算法的模拟结果，对于系统算法的比较和选择有很大帮助。 　　上文通过假设每一次加速度采样间隔内鼠标做匀加速度运动，提出了一种二次积分的近似算法，便于编程实现，可以利用鼠标系统的Simulink模型，结合编程模拟该算法，来考察它的精确性。 　　程序取采样周期为1ms，发送周期为25ms，最后，Matlab模拟的结果如图4和图5所示。 　　由图4和图5中可以看出：由于该二次近似积分算法作了很大的简化，再加上加速度传感器的噪声干扰和信号延迟、A/D转换的误差等多方面的因素，当鼠标位移较大时，存在一些误差。但当鼠标位移在12cm以内时，精确度是非常理想的，这足以满足鼠标的一般应用，更大的移动距离可以通过改变二次积分的算法来实现。 　　光电和滚轮式鼠标的分辨力通常用dots per inch (DPI)来表示，即每英寸(2.54cm)的点数，它表示鼠标在物理表面上每移动1英寸(约2.54cm)，光学传感器所接收到的坐标点数。由于光学引擎中CMOS矩阵的像素密度和透镜的放大倍数限制，常见光电鼠标的分辨力一般在200～400DPI。对于MEMS鼠标，可以用鼠标每移动1英寸(2.54 cm)对加速度采样的次数来表示分辨力的大小。 　　MEMS鼠标中微控制器对加速度的最大采样速率可以达到15000次/秒，本文只需采用1000次/秒时，取鼠标1s移动的位移为10cm，则鼠标的分辨力便达到了1000×2.54/10=254DPI，已经达到了常见鼠标的分辨力，并且，更高的分辨力可以通过提高加速度的采样速率来实现，理论上，最大值可以达到15000/1000×254=3810DPI，远远高于一般光学鼠标的分辨力。 图4　X轴的鼠标实际位移与模拟位移对照图 图5　Y轴的鼠标实际位移与模拟位移对照图 　　 结束语 　　本文详细讨论了基于微加速度传感器的MEMS无线鼠标的软件、硬件设计和系统构成，并给出了Matlab环境下系统的simulink模型和算法，模拟的结果证明：无线鼠标的设计是合理可行的，文中提出的二次积分近似算法是简捷有效的；文中讨论的二维鼠标的设计技术，能为进一步研究多维多功能的MEMS输入设备打下很好的基础。本文选择硬件时，充分考虑了系统向多维和多功能扩展的可能性，可以在此二维鼠标的基础上再添加一些器件，构成功能更多更完善的MEMS输入设备，例如：可以再添加一个微加速度传感器来感测Z轴的加速度，从而实现三维鼠标，可以实现对三维立体旋转等的控制；也可以利用nRF2401射频收发器内置的多点通信控制的特性，再多增加几个接收模块，可以同时控制多台主机，或多增加几个发射模块，用几个输入设备来控制同一台主机，以适应不同应用场合的需要。

  昨天闲来无事，就把滚轮坏了的无线鼠标拆了想看下问题出在那了，拆开后发现问题不大只是由于鼠标的上下部分是咬合在一起的，有点松了，也就导致的外面滚轮的滚动并不能带动内部的小滚轮良性的滚动，也就出现了滚动失灵的情况，还过也算是看了下里面的电路其它也比较简单，可能它的成本主要是用在了那块BuleTooth芯片模块上吧，不知道它能不能用于其它的无线数据传输，等它完全坏了，再拆下来试试，看能不能DIY个BlueTooth耳机！