Датчик оптического потока PAT9125⁠⁠

Современные компьютерные мыши, тачпады, сенсорные панели и мобильная робототехника, обязаны своей точностью и отзывчивостью миниатюрным системам движения. Одним из таких является PAT9125 - это высокоточный двухосевой оптический датчик, способный с невероятной точностью отслеживать перемещение по различным поверхностям.

PAT9125 представляет собой интеллектуальный датчик, в основе которого - микроскопическая камера и инфракрасная подсветка. Он реализует текстуру поверхности под собой, фиксируя мельчайшие смещения и на основе полученных данных изображений рассчитывает вектор движения. Благодаря высокой кадровой частоте, датчик способен точно отслеживать даже быстрое перемещение, сохраняя стабильность и минимальную задержку.

Основные характеристики:

• Количество осей: 2 (X и Y);

• Разрешение: до 1200 CPI (Counts Per Inch);

• Интерфейсы связи: I2C и SPI;

• Скорость кадров: до 2300 FPS (кадров в секунду);

• Рабочее расстояние: около 1.2мм ± 0.2мм от поверхности.

Применение и обработка данных

Считывание данных с датчика по I2C и SPI - интерфейсам, дает доступ к приращениям по осям X и Y. Эти значения можно использовать для расчета абсолютного перемещения, а при необходимости - перевести в сантиметры или метры, учитывая установленное разрешение (CPI), Таким образом, PAT9125 может эффективно выполнять роль оптического энкодера, позволяя измерять расстояние, путь и даже направление движения.

Пример схемы электрической принципиальной, подключение к микроконтроллеру STM32F103 по интерфейсу I2C.

Реализация программного кода (Настройка, прием данных, конвертация) PAT9125 и микроконтроллера STM32F103.

Настройка в CubeIDE

Выберем I2C и выставим параметры:

• I2C Speed Mode: Standard Mode;

• I2C Speed Frequency(KHz): 100.

Метод PAT9125_Init

В данном методе производится инициализация датчика:

• Считывание ID и проверка доступности устройства;

• Установление разрешения CPI, через метод PAT9125_SetCpi().

Метод PAT9125_SetCPI

Данный метод, устанавливает заданный CPI в регистры X[0x0D] и Y[0x0E], считывает один байт из регистра датчика PAT9125 по I2C, (выставлено 1000 CPI, что эквивалентно 0.0254 мм/отсчет).

Метод PAT9125_ReadReg

Считывает один байт из регистра датчика PAT9125 по I2C (используется для чтения текущих значений (идентификатора устройства, данных движения и т.д.)).

Метод PAT9125_WriteReg

Данный метод, записывает значение value в регистр reg датчика PAT9125, используется для настройки параметров датчика, например (Установка CPI-разрешения).

Метод PAT9125_ReadMotion

Данный метод, считывает информацию о перемещении по осям X и Y из датчика (режим Burst Read), так же обновляет общее смещение total_x, total_y, и вызывает функцию обновления общего пройденного пути, простыми словами (используется каждый раз, когда нужно получить новые данные движения с датчика).

Поддерживает форматы:

• 8-битный формат и 12-битный (определяется макросом USE_12BIT_FORMAT), для работы в 8-битном формате, просто закоментируйте макрос(#define USE_12BIT_FORMAT),

• в режиме 12-бит, данные собираются из старших и младших байтов и расширяются до знакового значения.

Метод ProcessMotionData

Данный метод является основным обработчиком движения, вызывает метод PAT9125_ReadMotion, обрабатывает данные и формирует строки для вывода по UART.

Метод UpdateTotalDistance

Данный метод вычисляет прирост пройденного пути на основе новых данных смещения и обновляет общий путь total_distance_cm

Метод convert_to_cm

Преобразует значение смещения из отсчетов в сантиметры, используя установленное разрешение CPI

Метод calculateBetaRadians

Данный метод вычисляет угол направления движения по данным X и Y

Ссылка на скачивание исходного кода [ https://t.me/ChipCraft В закрепленном сообщении [ #исскуствомк_исходный_код -оптический_датчик_PAT9125]

Вывод

Это полноценный драйвер + обработчик данных с датчика PAT9125, включающий:

• Считывание и обработку данных о движении;

• Перевод в физические единицы (см, мм, радианы);

• Калибровка чувствительности.

В целом, PAT9125 - это пример того, как миниатюрные технологии могут обеспечить высочайшую точность в системах, где важна каждая микронная деталь, благодаря своей компактности, энергоэффективности и простоте интеграции, он становится идеальным выбором для современных устройств ввода и мобильных систем позиционирования.

Если статья показалась Вам интересной, буду рад выпустить для Вас еще множество статей исследований по всевозможным видам устройств, так что, если не хотите их пропустить – буду благодарен за подписку на мой ТГ-канал: https://t.me/ChipCraft.