使用光学鼠标传感器实现旋转测量.doc

使用光学鼠标传感器实现旋转测量本设计实例使用光学电脑鼠标中的传感器测量圆盘的旋转，其中的圆盘可以通过机械方式连接到任何一种旋转装置。通过沿着圆盘半径改变传感器位置，该方案可以调整每次旋转的脉冲。鼠标芯片的CMOS光学传感器可提供非机械式跟踪引擎。在该芯片内部可完成图像的捕获、数字化和数字处理。就拿简单且低成本的OM02来说，该传感器通过采集表面图像帧来测量位置，并通过数学运算判定运动方向和距离。该传感器安装聚苯乙烯光学封装中，设计用来与高亮度LED一起使用。它有一个完整且紧凑的跟踪引擎；没有活动部件，也不要求精密的光学对准。OM02可以为X和Y方向运动产生正交输出信号。分辨率约为0.0025英寸，运动速度最高为每秒16英寸。该芯片产生的正交X方向输出信号模拟了普通编码器的输出。X和Y信号都可以用于2D系统。OM02以最高约25kHz的频率产生X1和X2正交信号。图1显示了正向X运动（向右方向）的时序图。这种正交输出在需要时还可以用于直流步进电机控制。图1：正交输出波形（+X运动）示例。根据IC数据手册的说明，可以使用内部振荡器，此时可以不用电容COSC（图2）。电阻ROSC定义了帧速率：它的值越小，对应的速率就越高。图2：用OM02传感器实现圆盘旋转测量。将X1和X2输出连接到XOR门可以使数据速率翻倍，不过会丢失方向信息。物理实现要想得到良好的表面图案光学识别效果，检测圆盘或其他表面必须具有一定的纹理、图案、划痕或刷面处理（图3）。图3：旋转检测物理原理。图4所示结构已被成功地运用到组装线、传输带、标签张贴设备、移动物体上打印等应用中提供同步运动。生产的100多个产品在经过多年运行后仍工作良好。图4：已被成功地运用到生产的结构。市场上还有其他一些传感器IC ，它们可以处理不同的光源， 并且有不同的输出、速度等指标。比如PAN3101 CMOS光学鼠标传感器使用SPI，PAN101BCMOS光学导航传感器同时具有SPI和正交输出。SPI接口的原理图例子采用SPI接口（或多使用一个IC的USB接口）的传感器不允许单独跟踪每个脉冲，因为它们发送的是数据包（图5）。对于硬实时应用来说，最好选用提供正交输出的传感器。用无线电脑鼠标搭建编码器将是非常令人感兴趣的事，而使用数显卡尺中的传感器也许令人更感兴趣，因为其中的大多数传感器有I2C接口。图5：SPI接口的原理图示例。