使用光學(xué)鼠標傳感器實(shí)現旋轉測量

　　本設計實(shí)例使用光學(xué)電腦鼠標中的傳感器測量圓盤(pán)的旋轉，其中的圓盤(pán)可以通過(guò)機械方式連接到任何一種旋轉裝置。通過(guò)沿著(zhù)圓盤(pán)半徑改變傳感器位置，該方案可以調整每次旋轉的脈沖。

　　鼠標芯片的CMOS光學(xué)傳感器可提供非機械式跟蹤引擎。在該芯片內部可完成圖像的捕獲、數字化和數字處理。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)測量位置，并通過(guò)數學(xué)運算判定運動(dòng)方向和距離。該傳感器安裝聚苯乙烯光學(xué)封裝中，設計用來(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(méi)有活動(dòng)部件，也不要求精密的光學(xué)對準。OM02可以為X和Y方向運動(dòng)產(chǎn)生正交輸出信號。分辨率約為0.0025英寸，運動(dòng)速度最高為每秒16英寸。

　　該芯片產(chǎn)生的正交X方向輸出信號模擬了普通編碼器的輸出。X和Y信號都可以用于2D系統。OM02以最高約25kHz的頻率產(chǎn)生X1和X2正交信號。圖1顯示了正向X運動(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)電機控制。

　　圖1：正交輸出波形（+X運動(dòng)）示例。

　　根據IC數據手冊的說(shuō)明，可以使用內部振蕩器，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，對應的速率就越高。

　　圖2：用OM02傳感器實(shí)現圓盤(pán)旋轉測量。

　　將X1和X2輸出連接到XOR門(mén)可以使數據速率翻倍，不過(guò)會(huì )丟失方向信息。

　　物理實(shí)現

　　要想得到良好的表面圖案光學(xué)識別效果，檢測圓盤(pán)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：旋轉檢測物理原理。

　　圖4所示結構已被成功地運用到組裝線(xiàn)、傳輸帶、標簽張貼設備、移動(dòng)物體上打印等應用中提供同步運動(dòng)。生產(chǎn)的100多個(gè)產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)多年運行后仍工作良好。

　　圖4：已被成功地運用到生產(chǎn)的結構。

　　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。比如PAN3101 CMOS光學(xué)鼠標傳感器使用SPI，PAN101BCMOS光學(xué)導航傳感器同時(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跟蹤每個(gè)脈沖，因為它們發(fā)送的是數據包（圖5）。對于硬實(shí)時(shí)應用來(lái)說(shuō)，最好選用提供正交輸出的傳感器。

　　用無(wú)線(xiàn)電腦鼠標搭建編碼器將是非常令人感興趣的事，而使用數顯卡尺中的傳感器也許令人更感興趣，因為其中的大多數傳感器有I2C接口。

　　圖5：SPI接口的原理圖示例。