使用光學(xué)鼠標(biāo)傳感器實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)測(cè)量

本設(shè)計(jì)實(shí)例使用光學(xué)電腦鼠標(biāo)中的傳感器測(cè)量圓盤的旋轉(zhuǎn)，其中的圓盤可以通過(guò)機(jī)械方式連接到任何一種旋轉(zhuǎn)裝置。通過(guò)沿著圓盤半徑改變傳感器位置，該方案可以調(diào)整每次旋轉(zhuǎn)的脈沖。

鼠標(biāo)芯片的CMOS光學(xué)傳感器可提供非機(jī)械式跟蹤引擎。在該芯片內(nèi)部可完成圖像的捕獲、數(shù)字化和數(shù)字處理。就拿簡(jiǎn)單且低成本的OM02來(lái)說(shuō)，該傳感器通過(guò)采集表面圖像幀來(lái)測(cè)量位置，并通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算判定運(yùn)動(dòng)方向和距離。該傳感器安裝聚苯乙烯光學(xué)封裝中，設(shè)計(jì)用來(lái)與高亮度LED一起使用。它有一個(gè)完整且緊湊的跟蹤引擎;沒有活動(dòng)部件，也不要求精密的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。OM02可以為X和Y方向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生正交輸出信號(hào)。分辨率約為0.0025英寸，運(yùn)動(dòng)速度最高為每秒16英寸。

該芯片產(chǎn)生的正交X方向輸出信號(hào)模擬了普通編碼器的輸出。X和Y信號(hào)都可以用于2D系統(tǒng)。OM02以最高約25kHz的頻率產(chǎn)生X1和X2正交信號(hào)。圖1顯示了正向X運(yùn)動(dòng)(向右方向)的時(shí)序圖。這種正交輸出在需要時(shí)還可以用于直流步進(jìn)電機(jī)控制。

圖1：正交輸出波形(+X運(yùn)動(dòng))示例。

根據(jù)IC數(shù)據(jù)手冊(cè)的說(shuō)明，可以使用內(nèi)部振蕩器，此時(shí)可以不用電容COSC(圖2)。電阻ROSC定義了幀速率：它的值越小，對(duì)應(yīng)的速率就越高。

圖2：用OM02傳感器實(shí)現(xiàn)圓盤旋轉(zhuǎn)測(cè)量。

將X1和X2輸出連接到XOR門可以使數(shù)據(jù)速率翻倍，不過(guò)會(huì)丟失方向信息。

物理實(shí)現(xiàn)

要想得到良好的表面圖案光學(xué)識(shí)別效果，檢測(cè)圓盤或其他表面必須具有一定的紋理、圖案、劃痕或刷面處理(圖3)。

圖3：旋轉(zhuǎn)檢測(cè)物理原理。

圖4所示結(jié)構(gòu)已被成功地運(yùn)用到組裝線、傳輸帶、標(biāo)簽張貼設(shè)備、移動(dòng)物體上打印等應(yīng)用中提供同步運(yùn)動(dòng)。生產(chǎn)的100多個(gè)產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行后仍工作良好。

圖4：已被成功地運(yùn)用到生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。

市場(chǎng)上還有其他一些傳感器IC ，它們可以處理不同的光源， 并且有不同的輸出、速度等指標(biāo)。比如PAN3101 CMOS光學(xué)鼠標(biāo)傳感器使用SPI，PAN101BCMOS光學(xué)導(dǎo)航傳感器同時(shí)具有SPI和正交輸出。

SPI接口的原理圖例子

采用SPI接口(或多使用一個(gè)IC的USB接口)的傳感器不允許單獨(dú)跟蹤每個(gè)脈沖，因?yàn)樗鼈儼l(fā)送的是數(shù)據(jù)包(圖5)。對(duì)于硬實(shí)時(shí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，最好選用提供正交輸出的傳感器。

用無(wú)線電腦鼠標(biāo)搭建編碼器將是非常令人感興趣的事，而使用數(shù)顯卡尺中的傳感器也許令人更感興趣，因?yàn)槠渲械拇蠖鄶?shù)傳感器有I2C接口。

圖5：SPI接口的原理圖示例。