光电鼠标改装为位移传感器

1、光电鼠标改装位移传感器摘要：本文通过分析位移传感器和光电鼠标的原理，根据两者的共同点，借助单片机的编程，将光电鼠标改装成位移传感器。关键词：鼠标；位移传感器；1前言位移是线位移和角位移的统称，是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量。其测量方式所涉及的范围是相当广泛的。同时，位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。以位移作为被测物理量的传感器则称为位移传感器。其又称为线性传感器，是把位移转换为电量的传感器。位移传感器的原理位移传感器可以分为电阻式位移传感器、电感式位移传感器，电容式位移传感器，应变式位移传感器，霍

2、尔式位移传感器。光电式传感器，基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。针对位移测量的应用场合，可采用不同用途的位移传感器。表1中列出了较常见的位移传感器的主要特点和使用性能。表1

3、常用位移传感器一览表型式测量范围精确度直线性特点电阻式滑线式线位移1300mm0.1%0.1%分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固角位移0360。0.1%0.1%变阻器式线位移11000mm0.5%0.5%结构牢固，寿命长，角位移060r0.5%0.5%但分辨力差，电噪声大应变式非粘贴的0.15%应变0.1%1%不牢固粘贴的0.3%应变2%3%使用方便，需温度补偿半导体的0.25%应变2%3%满刻度20%输出幅值大，温度灵敏性咼电感式自感式变气隙型0.2mm1%3%只宜用于微小位移测量螺管型1.52mm测量范围较前者特大型3002000mm0.15%1%手.1匕g七心nU1=1宽，使用

4、方便可靠,动态性能较差差动变压器0.0875mm0.5%0.5%分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽涡电流式2.5250mm1%3%3%分辨力好，受被测物体材料、形状、加工质量影响同步机3600.1。7。0.5%可在1200r/min转速工作，坚固，对温度和湿度不敏感微动同步器101%0.05%非线性误差与变压比和测量范围有关旋转变压器600.1%电容式变面积10-3103mm0.005%1%受介电常数因环境温度、湿度而变化的影响变间距10-310mm0.1%分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性霍尔元件1.5mm0.5%结构简单，动态特性好感应同步器直线式10-3104mm2.5

5、pm250mm模拟和数字混合测量系统，数字显示（直线式感应同步器的分辨力可达1pm）旋转式0。360。0.5计量光栅长光栅10-3103mm3pm1m同上（长光栅分辨力可达1pm）圆光栅0。360。0.5”磁尺长磁尺10-3104mm5pm1m圆磁尺0。360。1”角度编码器接触式0。360。10-6rad光电式0。360。10-6rad测量时工作速度可达12m/min分辨力好，可靠性高12光电鼠标原理光电鼠标是利用LED与COMS感光块组合来测量位移。光电鼠标内的发光二极管LED发出的光线照亮光电鼠标底部表面，后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜传输到CMOS感光块内成像

6、。光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，最后利用DSP处理器对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离oDSP按一定的采样率对位移进行运算与比较，并将其转化成脉冲实时向外输出从而完成光标的定位。1.3位移传感器的应用用于测量机械位移、机械零部件的几何参数（尺寸、表面形状等）以及在加工过程中连续测量钢板、纸和橡胶等的几何尺寸。甚至岩体位移、软土沉降、结构基础下沉等方面测定。131光纤位移传感器应用：光纤位移传感器系统在现行的铁路运行系统中起到重要作用，铁路道岔的搬动是靠转辙机来完成的，而道岔是否搬到位

7、又是借助于一种被称为缺口检测的机械传动装置来实现的，由于这种机械传动装置只能检测开关量而不能检测具体位移量清误报警却不能立刻识别等缺点，给行车安全带来极大的隐患。光纤位移传感器解决了其它测量方法中无法消除电磁干扰，使用寿命短，不耐高温，不耐腐蚀等问题，与传统只测量开关量的方法相比，本系统实现了位移的准确测量，并能对出现的误报警及时进行判断。经过软件拟合，系统中的测量精度可以达到0.01mm。完全达到铁路系统中转辙机在道轨搬动中测量的误差要求。1.3.2激光位移传感器应用范围：主公路路面平整度、车辙测量专用激光位移传感器它适用于路面测量应用中所有可能遇到的表面类型、汽车速度、振动情况、阳光强度、

8、和温度条件。1.3.3高精度数字位移传感器HB.56-LCT-9723数字位移传感器主要用于测量物体的平动位移或转动位移、平动速度或转动速度，输出数字信号，优良的远距离传输功能，功耗极低（小于7uA）,有效满足工程测量应用的要求。广泛应用于多种智能仪表，如热量表、冷水表、燃气表、流量计、电动机、测速仪、编码器等需要测量转动或平动各类机械设备或者电子计数的各类自动化生产线。1.3.4LVDT测微移传感器MDS系列LVDT测微仪是一种高精度微位移检测仪器。广泛应用于国防，医疗卫生，微电子工业，光纤通信等领域。微位移检测技术是微动机器系统的关键技术之一，而且微位移检测有其环境的特殊性。可以满足微动机

9、器位移检测的要求。从而使LVDT检测技术得到迅速发展。1.3.5涡电流位移传感器XEH6位移传感器主要应用于液压汽缸的安装。位移传感器的引导轴承位于感应铝管的中心，这种构造使得无接触式测量器不仅具有机械性还具有电子性。XEH6位移传感器能与TCA型信号控制器共同使用。1.3.6角位移传感器mmAja9S3.83适用于需要测量角度和位置的所有场所，广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、纺织、建筑、机械、机床、机器人系统等行业。1.4相关产品报价1.4.1位移传感器报价(1)产品型号：CFWY位移传感器技术参数：量程l-1000mm,+500mm线性行程(满量

10、程)1-1000mm,0.5500mm输出电压稳定度V0.05%4精度：1%,0.5%,0.3%,0.2%,0.1%波形失真1%灵敏度2.550mV/mm最大负载电流200mA供电直流电压9V或12-15V(db)动态频率1KHZ(1-5KHZ)灵敏度漂移零点0.01%c满度0.05%r使用环境温度-10C+40C负载阻抗20KQ供电电源220V10%50HZ工作温度-10C+50C外形尺寸180 x200 x100mm16.应用到冶金、机械，石化、运输，水利等行业的行程检测。优越性：CFWY型直流位移传感器是在WY型位移传感器基础上发展的，它将传感器、振荡器和解调器，滤波器集为一体，只要外供

11、直流稳压电源即可工作，除具有一般交流位移传感器的特性外，在以下场合显示出它的优越性。位移传感2S与控制室相距100米以上：；同时使用多只传感器，要求互相之间以及对其他设备仪器不产生干扰；需要防爆场合：4要求便于携带，能进行野外使用。（2）产品型号：GEFRAN直线位移传感器PY-2-F-050-S01M主要特征：10至100mm行程控制杆的双向支持和复位弹簧顶部具有M2.5螺纹与不锈钢球独立线性达土0.1%无限分辨率超出理论电气行程无电气信号的变化位移速率达10m/s工作温度:-30+100C电气连接：PY2F3线1米屏蔽电缆PY2C5极接头DIN43322使用寿命100 x106次（有效的电

12、气行程之内）保护等级：IP40适用于气体压力（IIA,IIB,IIC组）的爆炸性环境和易燃粉末。具体应用：地质技术设备、打磨机、陶瓷机械（检查厚度和平面度）木工机械（检查厚度和平面度）特点：轻巧测量杆用双重支撑，侧面连接使采用穿过整条杆的结构成为可能，保证传感器整体具有坚固性。由于配备有回程弹簧，PY2和PY3型传感器的头部可自动定位，使之成为用于精确检查凸轮和检查离开自动生产线的产品的最佳解决方案。(3)产品型号：GA-30900LVDT直线差动式位移传感器主要技术参数：量程：0-4mm、2mm测量精度：0.1%、0.2%、0.3%、0.5%分辨力：0.01V线性度:0.05%F.S最大输出

13、电流：8mA输出电压：0-5VDC、0-10VDC7传感器使用环境温度：0C-70C供电电压：12VDC-18VDC电源纹波系数：v=3mv.rms消耗功率：=2W绝缘电阻：=20MQ位移量与输出电压的关系，见(a)图13外形尺寸见(b)图14主要适用于汽轮机主汽门油动机行程阀门开度，高压缸、中压缸、低压缸油动机行程的测量优点：静态线性良好、结构简单、工作可靠、频带宽、灵敏度高、时间常数小1.4.2鼠标报价(1)罗技G1光电鼠标主要参数型号：G1光电鼠标与电脑连接方式：有线鼠标类型：光电鼠标按键数：4键滚轮数：1接口类型：USB接口光电分辩率：800DPI其它性能：罗技MX光电引擎,580万像

14、素/秒图像处理能力，最大15G加速度，重量80克，耐用的特氟隆平滑底面，耐久设计，左右手均适用,USB到PS/2适配器(2)雷柏9200主要参数型号：9200与电脑连接方式：无线鼠标类型：激光鼠标按键数：10键滚轮数：一个接口类型：USB接口光电分辩率：1600DPI其它性能：工作距离：10米,无线载波频率:2402MHz2480MHz,无线工作频道:16个,自动跳频，额定工作电压：1.5V,额定工作电流：15mA,最大加速度:14英寸/秒，分辨率：800CPI/1600CPI可调/鼠标净重:75g,鼠标大小:116x75x40mm。(3)罗技V320无线笔记本光电鼠标主要参数型号：V320无

15、线笔记本光电鼠标与电脑连接方式：鼠标类型：光电鼠标按键数：3键滚轮数：1接口类型：USB接口光电分辩率：1000DPI其它性能:2.4GHz数字无线/收纳式微型接收器/倾斜滚动和缩放功能/2节AAA电(4)RazerMamba曼巴眼镜蛇主要参数特色分类：型号：Mamba曼巴眼镜蛇与电脑连接方式：无线鼠标类型：激光鼠标按键数：7接口类型：USB接口光电分辩率：5600DPI其它性能：3.5G激光传感器，快速有线/无线转换技术，RazerSynapse板载内存,最高50G加速51E与电葩赛方*x)战覲TiOt习摆口龍悅定口EISQ磁口.旳犠口因ttmII4DM:flaJrt磴e.Smu3期鹳-爼展

16、瀑国鶯它性土1碘蘇器,1褪聘,龄割屯ktr5叫1*(1碟.瑚漳鮭ZtiHEr-ZiSWi,極工UfflJf邮乍碱亂駆工床飯.1祀醍工契5H先啡黒.5W石冷素噌酬处用勘.狀席出躺.fltW.E；叵才电.力删.砂”；遊层ttw.酹需r.tft.楸密七左3QCTI可闿此标赫斑刑圍t置.瓯BU按方宇骂翎.昭豹述蚩中:】前肯硏冶,敲亀丈卜世*145*2实验装备及步骤2.1实验设备清华紫光光电鼠标单片机液晶显示屏实验步骤光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，最后利用DSP处理器对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和

17、移动距离。光电鼠标的每一个位置有着一个唯一对应的坐标，所以，我们可以通过坐标的改变计算出鼠标移动的实际距离。通过单片机编程，将所得的坐标经过计算转化为距离显示在液晶显示屏上。3实验结果及研讨3.1实验结果表2屏幕原理测量值及实际值的对比理论值测试值1测试值2测试值2（处理）平均值0022151031002100101.5102012072207204152993272327313204094202420414.5255095442540524.5306056362636620.5357167462746731408168532853834.5459179382938927.5501028102

18、810281028实验最大误差为4.9%，平均误差为3.4%表3测量值与理论值图表（测试1为正序测量，测试2为倒序测量）从上表中可以看出，测试2出现的明显的错误，比应得数据大了10倍，因此我们在数据处理的时候把数据缩小了10倍，从图表可以看出所得结果基本上遵循线性规律，因此，找出测量值与实际值之间的比例关系就可以根据液晶显示屏上的显示计算出移动距离，通过计算，距离=0.05*显示值。实验研讨改进方案程序进一步改进，使得测得数据与理想值相差不多，不仅仅线性相关，误差值应至少控制在5%以内。提高精度：运用高DPI的鼠标。4结论4.1项目总结通过1个多月的共同努力，我们实现了光电鼠标改装成位移传感器的目标。以较低的成本实现了位移传感器的功能，实验误差控制在5%之内。但是由于时间和技术上的问题，液晶显示屏上的数据需要经过计算才能得到真正