Anatoly Besplemennov
EDN
В этой схеме микросхема сенсора от компьютерной мыши используется для измерения вращения диска, который может быть механически связан с любым типом оборудования или приборов. Одной из особенностей схемы является возможность выполнения подстройки соотношения числа импульсов на оборот изменением позиции сенсора вдоль радиуса диска.
Оптический датчик мыши представляет собой КМОП микросхему, предназначенную для построения оптико-электронных следящих систем. Внутри микросхемы изображения захватываются, оцифровываются и обрабатываются в цифровом виде.
Для примера рассмотрим простой и дешевый сенсор OM2. Это устройство измеряет позицию, основываясь на полученных кадрах изображения поверхности, и путем математической обработки определяет направление перемещения и его величину. Разработанный для использования со светодиодом повышенной яркости датчик помещен в полистирольный оптический корпус. Датчик не имеет подвижных частей, не требует точной оптической подстройки и позволяет создать законченную, компактную следящую систему. OM02 вырабатывает квадратурный выходной сигнал для обоих направлений перемещения (X и Y). Разрешающая способность составляет примерно 0.06 мм, а скорость перемещения может достигать 0.4 м/с.
Микросхема датчика формирует квадратурный сигнал по направлению X, эмулирующий выход обычного энкодера. Для двухмерной системы могут быть использованы обе координаты X и Y. X1 и X2 генерируются с максимальной частотой около 25 кГц. Диаграммы на Рисунке 1 иллюстрируют временные характеристики для оси координат X (направление движения — вправо). При необходимости квадратурный выходной сигнал может быть использован для непосредственного управления шаговым мотором.
 |
| Рисунок 1. |
Схема включения датчика OM02 приведена на Рисунке 2. Согласно документации на микросхему, допускается использование ее внутреннего тактового генератора. В этом случае конденсатор Сosc может не потребоваться. Rosc определяет частоту кадров: меньшим значениям сопротивления соответствуют более высокие частоты.
 |
| Рисунок 2. |
Подключив выходы X1 и X2 к входу логического элемента исключающее «ИЛИ», можно удвоить выходную частоту данных, при этом потеряв информацию о направлении перемещения.
Физическая реализация
Используемый диск (или другая поверхность) должен иметь некоторую текстуру, узор, царапины или грубую шлифовку для того, чтобы получить хорошие результаты оптического распознавания элементов поверхности (Рисунок 3).
 |
| Рисунок 3. |
Конструкция, показанная на Рисунке 4, успешно использовалась для обеспечения синхронного движения в составе технологических линий, транспортеров, этикетировочного оборудования и печати на движущихся объектах. Было изготовлено более 100 экземпляров, все они работают спустя несколько лет.
 |
| Рисунок 4. |
Принципиальные схемы для интерфейса SPI
Доступны также и другие микросхемы оптических сенсоров, различающихся используемыми типами источников света, интерфейсами, скоростями и так далее. Например, в оптическом КМОП датчике мыши PAN3101 (Рисунок 5) используется последовательный интерфейс SPI, а оптический навигационный КМОП датчик PAN101B (Рисунок 6) имеет оба типа выходов, как SPI, так и квадратурный.
 |
| Рисунок 5. |
Датчики с интерфейсами SPI (или USB при использовании дополнительной микросхемы) не позволяют отслеживать каждый отдельный импульс, поскольку передают данные пакетами. Для приложений, работающих в жестком реальном времени, предпочтительнее датчики с квадратурным выходом.
 |
| Рисунок 6. |
Было бы также интересно построить энкодер на базе беспроводной компьютерной мыши, и, возможно, еще интереснее, на основе датчика от цифрового штангенциркуля, так как большинство из них имеют интерфейс I2C. Но это уже другая история.
Материалы по теме
Перевод: Анатолий Бесплеменнов по заказу РадиоЛоцман
