一种基于光电鼠标传感技术的振动偏移量采集设备

　　光电鼠标的工作机理是采用一种基于CMOS成像的图像识别方法，通过一个感光眼，不断的对物体进行拍照，并将前后两次图像进行DSP处理，得到移动的方向和间隔，因此，光电鼠标芯片具有一种传感器的基本功能。振动的检测，其基本原理可以归结到一种位移的检测。只是此种位移是围绕某个基本点进行往复移动。因此设计了一种采用光电鼠标传感器原理进行振动检测的设备。

　　该设备是完全从市场应用的角度进行设计的，设备等间隔连续采集到的△x和△y值经上位机应用程序可以绘制出设备的各种运动参数曲线(包括位移、速度和加速度曲线)并进行相应的运动学分析。

　　采用现行的鼠标芯片，采集设备可以在速度≤1m/s,加速度≤160m/s2 范围内实现偏移量在精度为15.88mm,反应时间为0.156ms的捕获。其精确性能、高速性能和低廉的价格使得该采集设备具备了广阔的应用前景。

　　1 总体方案设计

　　系统框图如图1所示，光源照在基板上，该设备固定在待测量物体上。设备主要由ADNS-3080、CY7C68013两块集成芯片及外围电路组成，工作后，ADNS-3080通过其影像撷取系统(IAS)不断捕获基板的图像，经其数字信号处理器(DSP)时频分析并提取出特征值△x、△y,保存至相应的寄存器，并使运动触发寄存器(Motion_Burst)的标志位置1,等待读取;CY7C68013通过SPI总线与作为SPI从设备的ADNS-3080进行通信，循环查询△x和△y的标志位，一旦发现置1,读取△x和△y值，并通过USB2.0接口向上位机传输。E2PROM采用了8KB的24C64,用于实现设备的C0或C2方式加载。CY7C68013采用端口模式模拟主SPI与ADNS-3080通信，与上位机数据传输采用USB中断模式。

图1 系统原理框图

　　2 设备硬件方案选择

　　为充分减小系统的PCB板尺寸，设备使用了集成芯片、串行交换结构技术、USB供电等手段。集成芯片的使用还提高了设备抗EMI(电磁干扰)能力;USB2.0接口的使用提供了高速、可靠的数据通信和人性化的用户接口;非接触式的光电测量方法，避免了传统接触式测量中因磨损带来的误差，并可用于恶劣的环境，加大了设备的使用范围。

　　2.1 ADNS-3080

　　该集成芯片包括一个影像撷取系统(IAS)，一个数字信号处理器(DSP)和一个四线串口(SPI接口)。

　　IAS通过透镜和照明系统捕获精微的表面图像。这些图像经DSP处理后得出运动的方向和距离。DSP计算出相对位移值△x和△y,等待MCU读取。

　　它具有如下特性：(1)高速运动的捕获-高达40inch/s和15个gn;(2)超过6400帧/秒的可编程帧速率;(3)支持高达1600cpi的分辨率。