光电鼠标传感器的精密测量与控制系统

　　引言

　　带传动是工业生产中使用普遍的传输装置，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的的带传动装置改装并不很适用。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，通过AT89S51单片机实现现场的PID控制，使带传动速度达到我们满意的要求。

　　1.检测系统硬件组成

　　1.1OM02光学传感器芯片及鼠标控制器

　　这款光学COMS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。他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，能够不断的对物体进行拍照，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结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，并一个配备有一个高强度的LED。此外，他可提供高达400点/英寸的分辨率以及16英寸/秒以内的速度检测。

　　图1为鼠标芯片的安装装配图。因OM02芯片为COMS型传感器，因此必须配备有与之相适应的高强度发光二极管，发射角度与底板夹角30。~45。范围内。在标准安装配合后，底板距离工作表面的有效距离在0mm~2mm内，OM02芯片可进行正常的数据接收检测。

　　1.2检测控制原理

　　本系统采用全闭环控制方式，如下图图2，将鼠标检测到位移增量反馈回单片机，并进行数字式PID控制，运算结果通过D/A转换芯片传给变频器，从而控制电机的转速。

　　本实验系统主要由原动机、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,本实验采用三相交流异步电机(Y2-63M1-4型，0.12KW)、变频器(富士FRN0.4C1S-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的传动及执行部分。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1引脚Data、3引脚GND、4引脚+5VPower和5引脚Clock这4个引脚即可。