光電鼠標(biāo)傳感器的精密測(cè)量與控制系統(tǒng)
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帶傳動(dòng)是工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的傳輸裝置，其常用的速度檢測(cè)裝置是安裝在電機(jī)旋轉(zhuǎn)端的光電編碼器；但設(shè)備在長期使用中，因磨損等不可預(yù)計(jì)情況，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速與帶傳動(dòng)速度出現(xiàn)嚴(yán)重的不一致。這種半閉環(huán)控制方式在需要較高精度的帶傳動(dòng)速度控制上誤差很大。光柵尺等因價(jià)格昂貴、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求高，往往對(duì)于普通工況中帶傳動(dòng)裝置的改裝并不很適用。鑒于此，本文提出了使用一般商用的光電鼠標(biāo)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢測(cè)器件的方法，通過AT89S51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的PID控制，使帶傳動(dòng)速度達(dá)到滿意的要求。
1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成
1．1 OM02光學(xué)傳感器芯片及鼠標(biāo)控制器
這款光學(xué)CMOS傳感器是一款針對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)所配置的非接觸式光電鼠標(biāo)芯片，集成有數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、雙通道正交輸出端口等。在芯片底部有一個(gè)感光眼，能夠不斷地對(duì)物體進(jìn)行拍照，并將前后兩次圖像送入DSP中進(jìn)行處理，得到移動(dòng)的方向和距離。DSP產(chǎn)生的位移值，轉(zhuǎn)換成雙通道正交信號(hào)，配合鼠標(biāo)控制器，將雙通道正交信號(hào)轉(zhuǎn)化成單片機(jī)能夠處理的PS／2數(shù)據(jù)格式。設(shè)備安裝在一套塑料的光學(xué)透鏡設(shè)備上，并配有一個(gè)高強(qiáng)度的LED。此外，它可提供高達(dá)40O點(diǎn)／in的分辨率以及16 in／s以內(nèi)的檢測(cè)速度。
圖1為鼠標(biāo)芯片傳感器的裝配圖。因OM02芯片為CMOS型傳感器，因此必須配有與之相適應(yīng)的高強(qiáng)度發(fā)光二極管，發(fā)射角度(與底板之間的夾角)為30°～45°。在標(biāo)準(zhǔn)安裝配合后，底板距離工作表面的有效距離在O～2 mm內(nèi)，OM02芯片可進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)接收檢測(cè)。
1．2 檢測(cè)控制原理及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制方式，如圖2所示。將鼠標(biāo)檢測(cè)到的位移增量反饋回單片機(jī)，并進(jìn)行數(shù)字式PID控制，然后將運(yùn)算結(jié)果通過D／A轉(zhuǎn)換芯片傳給變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分和控制部分組成。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)器的重要組成部分，不僅應(yīng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，而且應(yīng)具有良好性能。為此，采用三相交流異步電機(jī)(Y2―63M1―4型，O．12 kW)、變頻器(富士FRNO．4C1S一4C)、30：1蝸輪蝸桿減速器、v型B相帶傳輸裝置、P204型球軸承及軸承座等作為模擬工業(yè)設(shè)備的主要傳動(dòng)及執(zhí)行部分。通過單片機(jī)調(diào)整數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U，可改變變頻器的輸出頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。
2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)
2．1 鼠標(biāo)通信協(xié)議原理
鼠標(biāo)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信方式采用PS／2通信協(xié)議。PS／2鼠標(biāo)的物理接口為6腳圓形接口。使用中只需第1引腳Data、第3引腳GND、第4引腳+5VPower和第5引腳Clock這4個(gè)引腳即可。
鼠標(biāo)履行一種雙向同步串行通信協(xié)議，在時(shí)鐘信號(hào)的作用下串行發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。通常情況下，單片機(jī)在總線上具有總線控制優(yōu)先權(quán)，可在任何時(shí)候抑制來自于鼠標(biāo)的通信。從鼠標(biāo)到單片機(jī)的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿被讀??；相反，單片機(jī)到鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升沿被讀取。時(shí)鐘信號(hào)總由鼠標(biāo)內(nèi)部的芯片提供，時(shí)鐘頻率一般在10～20 kHz。
(1)單片機(jī)對(duì)鼠標(biāo)的通信
根據(jù)協(xié)議要求，單片機(jī)對(duì)鼠標(biāo)的控制只需把時(shí)鐘線拉低最少100μs以上來禁止其通信，并且單片機(jī)拉低數(shù)據(jù)線使之處于請(qǐng)求發(fā)送狀態(tài)。如圖3所示，時(shí)鐘線升為高電平后被PS／2設(shè)備重新拉低，即可開始單片機(jī)向鼠標(biāo)的通信。
(2)鼠標(biāo)對(duì)單片機(jī)的通信
因單片機(jī)對(duì)總線具有控制權(quán)，當(dāng)鼠標(biāo)要向單片機(jī)發(fā)送信息時(shí)，必須先檢查時(shí)鐘線是否為高電平。如圖4所示，當(dāng)時(shí)鐘線出現(xiàn)高電平、數(shù)據(jù)線出現(xiàn)低電平時(shí)，表明鼠標(biāo)請(qǐng)求發(fā)送，單片機(jī)可以接收來自鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)。
評(píng)論