导言
带传动是工业生产中运用遍及的传输设备，其常用的速度检测设备是设备在电机旋转端的光电编码器。但设备在长期运用中，因磨损等不行估计状况，使得电机转速与带传动速度呈现严峻的不一致。这种半闭环操控方法在需求较高精度的带传动速度操控上差错很大。光栅尺等因价格昂贵、对现场环境要求高，往往关于一般工况中的的带传动设备改装并不很适用。鉴于此，本文提出了运用一般商用的光电鼠标替代传统的检测器材，经过AT89S51单片机完结现场的PID操控，使带传动速度到达咱们满足的要求。
1、检测体系硬件组成
1.1OM02光学传感器芯片及鼠标操控器
这款光学COMS传感器是一款针对个人计算机所装备的非触摸式光电鼠标芯片。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摄影，并将前后两次图画送入DSP中进行处理，得到移动的方向和距离。DSP发生的位移值，转化成双通道正交信号，合作鼠标操控器，将双通道正交信号转结成单片机能够处理的PS/2数据格局。设备设备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，他可供给高达400点/英寸的分辨率以及16英寸/秒以内的速度检测。
图1为鼠标芯片的设备装配图。因OM02芯片为COMS型传感器，因而有必要配备有与之相适应的高强度发光二极管，发射视点与底板夹角30。~45。范围内。在标准设备合作后，底板距离作业外表的有用距离在0mm~2mm内，OM02芯片可进行正常的数据接纳检测。
1.2检测操控原理
本体系选用全闭环操控方法，如下图图2，将鼠标检测到位移增量反应回单片机，并进行数字式PID操控，运算成果经过D/A转化芯片传给变频器，然后操控电机的转速。
本试验体系首要由原动机、传动部分、实行部分和操控部分组成。机械传动体系作为机器的重要组成部分,不只应能完结预期功用,并且应具有杰出功用。为此,本试验选用三相沟通异步电机(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相带传输设备、P204型球轴承及轴承座等作为模仿工业设备的首要的传动及实行部分。经过单片机调整数模转化器的输出电压U，可改动变频器的输出频率，然后改动电机转速。
2、单片机程序规划
2.1鼠标通讯协议原理
鼠标与单片机的数据通讯方法选用PS/2通讯协议。
PS/2鼠标的物理接口为6脚圆形接口，运用中只需1引脚Data、3引脚GND、4引脚+5VPower和5引脚Clock这4个引脚即可。
鼠标实行一种双向同步串行通讯协议，在时钟信号的作用下串行发送或许承受数据。通常状况下，单片机在总线上具有总线操控优先权，可在任何时候按捺来自于鼠标的通讯。从鼠标到单片机的数据在时钟的下降沿被读取，相反，单片机到鼠标的数据在时钟的上升沿被读取。时钟信号总由鼠标内部芯片供给，时钟频率一般在10~20KHz。
2.1.1单片机对鼠标的通讯
依据协议要求，单片机对鼠标的操控只需把时钟线拉低最少100us以上来制止其通讯，并且单片机拉低数据线使之处于恳求发送状况。如图3所示，当时钟线升为高电平后被PS/2设备从头拉低，即可开端单片机向鼠标的通讯。
2.1.2鼠标对单片机的通讯
因单片机对总线具有操控权，当鼠标要向单片机发送信息时，有必要先查看时钟线是否为高电平。如图4所示，当时钟线呈现高电平，数据线呈现低电平，标明鼠标恳求发送，单片机能够承受来自鼠标的数据。
2.1.3单片机发送的操控数据
依照鼠标的PS/2协议标准，实践编程时先对鼠标发送0xff使其复位，默许采样频率为100次/秒，缩放份额1：1，数据陈述制止。运用0xea指令进入stream形式、运用0xe8，0x03指令设置解析度为8点/毫米。运用0xf4指令使能数据陈述。合作AT89S51单片机的定时器功用，将其时刻常数设置为0.1s，每次中止时发送0xeb指令读取位移数据信息，每宣布一次，单片机接纳到的位移数据包都包括有位移信息和按键动作信息。详细格局为表1所示。编译时也只需提取X3的有用数据包即Y方向位移增量
2.2PID操控软件算法
运用神经网络PID自适应操控对体系进行matlab的仿真测验，作用颇令人满足。但因其输入层、隐含层、输出层的多阶矩阵运算使得单片机的运算时刻大幅度的添加，形成时刻上的不确定要素增大，同比运用增量型PID操控，虽然后者需调整三个操控参数，但相同可使精度到达咱们预期的作用，运算时刻则大幅度下降，为此仍可选用增量型PID算法作为操控。算法增量式数字PID的操控算法为:
U(k)=U(k-1)+*(e(k)-e(k-1))+*e(k)+*(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))
其间e(k)为当时位移增量与上一次位移增量的改变量，同理e(k-1)、e(k-2)各为往前时刻距离的位移改变量。
运用单片机串行中止接纳功用，可在PC机上实时调理PID的kp，ki，kd参数。
3、上位机监测规划
经过单片机的串口发送，在LabVIEW中编写程序来完结PC机操控数据通讯设备进行数据交换，直接经过串口接纳外部数据并进行图形显现，并能够将数据存放在txt文件傍边。在Labview中首要是经过VISA控件完结串行口直接数据通讯，经过RS-232串行接口和Labview完结数据的通讯。
运用readstring控件能够用来显现。数据接纳并非接二连三的接纳，而是经过必定的延时。为完结不间断的接纳单片机发送的串口数据包，须将前面的写和延时都去掉。因串口接纳到的数据是字符型的，经过强制转化将数据转化为单精度整型。创立数组将数据和数组初始化相结合得到一个完好的数组，经过Waveformgraph控件以及移位寄存器即可完结上位机的实时显现与记载。
4、检测操控功用点评
PS/2接口最大的一直频率是33kHz。本试验单片机运用12MHz的晶振，可轻松完结接口功用。但受其芯片的特性的影响，虽然OM02的鼠标芯片最高可运用的分辨率为400DPI,但在运用较高分辨率的状况下，鼠标传输的误码率将有所上升，其位移精度也将遭到质疑。为确保位移量的准确性，选用200DPI的分辨率，合作看门狗，精度差错和程序安稳性将大为好转。
5、结语
运用光电鼠标作为检测带运动的速度传感器，其价格低廉、准确性高并且运用方便，再合作单片机的数字式PID操控以及labview软件的图形检测，能够很好的对速度要求较低、要求精度不是十分高的设备进行改装，使其到达输出速度安稳。又由于光电鼠标技能已趋于老练，在一般分辨率的状况下下对检测外表的要求不高，在比较恶劣的工况下仍可确保运转无障碍。而近些年所推出的激光鼠标，其分辨率可到达0.01毫米，作用甚佳。该试验在北京某半导体企业进行了现场测验，作用抱负。
