光电鼠标传感器的精密测量与控制系统

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  • 引 言
       
    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

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