光電鼠標傳感器的精密測量與控制系統

1 檢測系統硬件組成
1．1 OM02光學(xué)傳感器芯片及鼠標控制器
這款光學(xué)CMOS傳感器是一款針對個(gè)人計算機所配置的非接觸式光電鼠標芯片，集成有數字信號處理器(DSP)、雙通道正交輸出端口等。在芯片底部有一個(gè)感光眼，能夠不斷地對物體進(jìn)行拍照，并將前后兩次圖像送入DSP中進(jìn)行處理，得到移動(dòng)的方向和距離。DSP產(chǎn)生的位移值，轉換成雙通道正交信號，配合鼠標控制器，將雙通道正交信號轉化成單片機能夠處理的PS／2數據格式。設備安裝在一套塑料的光學(xué)透鏡設備上，并配有一個(gè)高強度的LED。此外，它可提供高達40O點(diǎn)／in的分辨率以及16 in／s以?xún)鹊臋z測速度。
圖1為鼠標芯片傳感器的裝配圖。因OM02芯片為CMOS型傳感器，因此必須配有與之相適應的高強度發(fā)光二極管，發(fā)射角度(與底板之間的夾角)為30°～45°。在標準安裝配合后，底板距離工作表面的有效距離在O～2 mm內，OM02芯片可進(jìn)行正常的數據接收檢測。

1．2 檢測控制原理及系統硬件設計
本系統采用全閉環(huán)控制方式，如圖2所示。將鼠標檢測到的位移增量反饋回單片機，并進(jìn)行數字式PID控制，然后將運算結果通過(guò)D／A轉換芯片傳給變頻器，進(jìn)而控制電機的轉速。

系統主要由電動(dòng)機、傳動(dòng)部分、執行部分和控制部分組成。機械傳動(dòng)系統作為機器的重要組成部分，不僅應能實(shí)現預期功能，而且應具有良好性能。為此，采用三相交流異步電機(Y2―63M1―4型，O．12 kW)、變頻器(富士FRNO．4C1S一4C)、30：1蝸輪蝸桿減速器、v型B相帶傳輸裝置、P204型球軸承及軸承座等作為模擬工業(yè)設備的主要傳動(dòng)及執行部分。通過(guò)單片機調整數模轉換器的輸出電壓U，可改變變頻器的輸出頻率，從而改變電機轉速。

2 單片機程序設計
2．1 鼠標通信協(xié)議原理
鼠標與單片機的數據通信方式采用PS／2通信協(xié)議。PS／2鼠標的物理接口為6腳圓形接口。使用中只需第1引腳Data、第3引腳GND、第4引腳+5VPower和第5引腳Clock這4個(gè)引腳即可。
鼠標履行一種雙向同步串行通信協(xié)議，在時(shí)鐘信號的作用下串行發(fā)送或者接收數據。通常情況下，單片機在總線(xiàn)上具有總線(xiàn)控制優(yōu)先權，可在任何時(shí)候抑制來(lái)自于鼠標的通信。從鼠標到單片機的數據在時(shí)鐘的下降沿被讀??；相反，單片機到鼠標的數據在時(shí)鐘的上升沿被讀取。時(shí)鐘信號總由鼠標內部的芯片提供，時(shí)鐘頻率一般在10～20 kHz。
(1)單片機對鼠標的通信
根據協(xié)議要求，單片機對鼠標的控制只需把時(shí)鐘線(xiàn)拉低最少100μs以上來(lái)禁止其通信，并且單片機拉低數據線(xiàn)使之處于請求發(fā)送狀態(tài)。如圖3所示，時(shí)鐘線(xiàn)升為高電平后被PS／2設備重新拉低，即可開(kāi)始單片機向鼠標的通信。

(2)鼠標對單片機的通信
因單片機對總線(xiàn)具有控制權，當鼠標要向單片機發(fā)送信息時(shí)，必須先檢查時(shí)鐘線(xiàn)是否為高電平。如圖4所示，當時(shí)鐘線(xiàn)出現高電平、數據線(xiàn)出現低電平時(shí)，表明鼠標請求發(fā)送，單片機可以接收來(lái)自鼠標的數據。