光电鼠标传感器的精密测量与控制系统
带传动是工业生产中普遍使用的传输装置，其常用的速度检测装置是安装在电机旋转端的光电编码器；但设备在长期使用中，因磨损等不可预计情况，使得电机转速与带传动速度出现严重的不一致。这种半闭环控制方式在需要较高精度的带传动速度控制上误差很大。光栅尺等因价格昂贵、对现场环境要求高，往往对于普通工况中带传动装置的改装并不很适用。鉴于此，本文提出了使用一般商用的光电鼠标代替传统的检测器件的方法，通过AT89S51单片机实现现场的PID控制，使带传动速度达到满意的要求。
1 检测系统硬件组成
1．1 OM02光学传感器芯片及鼠标控制器
这款光学CMOS传感器是一款针对个人计算机所配置的非接触式光电鼠标芯片，集成有数字信号处理器(DSP)、双通道正交输出端口等。在芯片底部有一个感光眼，能够不断地对物体进行拍照，并将前后两次图像送入DSP中进行处理，得到移动的方向和距离。DSP产生的位移值，转换成双通道正交信号，配合鼠标控制器，将双通道正交信号转化成单片机能够处理的PS／2数据格式。设备安装在一套塑料的光学透镜设备上，并配有一个高强度的LED。此外，它可提供高达40O点／in的分辨率以及16 in／s以内的检测速度。
图1为鼠标芯片传感器的装配图。因OM02芯片为CMOS型传感器，因此必须配有与之相适应的高强度发光二极管，发射角度(与底板之间的夹角)为30°～45°。在标准安装配合后，底板距离工作表面的有效距离在O～2 mm内，OM02芯片可进行正常的数据接收检测。
1．2 检测控制原理及系统硬件设计
本系统采用全闭环控制方式，如图2所示。将鼠标检测到的位移增量反馈回单片机，并进行数字式PID控制，然后将运算结果通过D／A转换芯片传给变频器，进而控制电机的转速。
系统主要由电动机、传动部分、执行部分和控制部分组成。机械传动系统作为机器的重要组成部分，不仅应能实现预期功能，而且应具有良好性能。为此，采用三相交流异步电机(Y2―63M1―4型，O．12 kW)、变频器(富士FRNO．4C1S一4C)、30：1蜗轮蜗杆减速器、v型B相带传输装置、P204型球轴承及轴承座等作为模拟工业设备的主要传动及执行部分。通过单片机调整数模转换器的输出电压U，可改变变频器的输出频率，从而改变电机转速。
2 单片机程序设计
2．1 鼠标通信协议原理
鼠标与单片机的数据通信方式采用PS／2通信协议。PS／2鼠标的物理接口为6脚圆形接口。使用中只需第1引脚Data、第3引脚GND、第4引脚+5VPower和第5引脚Clock这4个引脚即可。
鼠标履行一种双向同步串行通信协议，在时钟信号的作用下串行发送或者接收数据。通常情况下，单片机在总线上具有总线控制优先权，可在任何时候抑制来自于鼠标的通信。从鼠标到单片机的数据在时钟的下降沿被读取；相反，单片机到鼠标的数据在时钟的上升沿被读取。时钟信号总由鼠标内部的芯片提供，时钟频率一般在10～20 kHz。
(1)单片机对鼠标的通信
根据协议要求，单片机对鼠标的控制只需把时钟线拉低最少100μs以上来禁止其通信，并且单片机拉低数据线使之处于请求发送状态。如图3所示，时钟线升为高电平后被PS／2设备重新拉低，即可开始单片机向鼠标的通信。
(2)鼠标对单片机的通信
因单片机对总线具有控制权，当鼠标要向单片机发送信息时，必须先检查时钟线是否为高电平。如图4所示，当时钟线出现高电平、数据线出现低电平时，表明鼠标请求发送，单片机可以接收来自鼠标的数据。
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