Auf die Maus
An Kugelmäusen ist nicht nur der Name ausgefallen, sondern auch die Innereien. Neben dem Schmand, der sich in alten Modellen über die Jahre so ansammelt, sind da noch vorzügliche Lichtschranken und höchst robuste Taster zu finden.
Die Kugelmaus ist eine wahrhaft geniale Schöpfung. Auf einem sauberen Habitat (Mauspad) verrichtet sie tadellos ihren Dienst und gibt hochpräzise relative Positionsangaben aus, wobei sie einem sehr simplen, wie einfallsreichen Funktionsprinzip folgt. Eine mit Gummi überzogene Eisenkugel überträgt ihre Rollbewegung auf eine Schlitzscheibe. Die Scheibe dreht sich allerdings dank einer Übersetzung um einiges schneller als die Kugel. Eine Lichtschranke bestehend aus einer LED und einem Dualfototransistor detektiert die sich an ihr vorbeibewegenden Schlitze der Scheibe.
Die Elektronik sorgt dabei für den richtigen Takt. Die LED leuchtet bei unserem Testmodell alle 8 Millisekunden für 25 Mikrosekunden auf. Im Oszilloskop ist dieses Signal gelb dargestellt, es steigt rapide auf seinen Maximalpegel und fällt rapide wieder ab, was in unserem Oszilloskop bedingt durch das Messverfahren als langsamer Abstieg angezeigt wird. Die Signale des Dualfototransistors (in pink und hellblau) bilden Rampen innerhalb der Leuchtphase der LED. Je nach Stellung des Rades sind die Rampen unterschiedlich hoch.
Lässt man die LED durchgehend leuchten, dann entstehen am Dualfototransistor Quadratursignale, wie sie in der Grafik dargestellt sind. Damit lässt sich die Drehbewegung der Schlitzscheibe genau messen, ebenso wie die Richtung. Letzteres kann einfach darüber bestimmt werden, auf welchem Kanal die Signalflanke früher da ist. Da die Flanken bei der analogen Lichtschranke eher flach, als steil sind, kann man einen Schmitt Trigger benutzen, zum Beispiel den CD4093, um ein sauberes digitales Signal zu erhalten. Für die Benutzung der Lichtschranke an einem Mikrocontroller sollte dies aber nicht erforderlich sein. Wenn man die Spannungen an der Lichtschranke digital abtastet, kann man, um Strom zu sparen, die LED kurz vor der Abtastung einschalten und gleich wieder ausschalten, so wie das in unserer Maus geschieht. Übrigens erzeugt ein mechanischer Drehencoder ebenfalls ein Quadratursignal.
Apropos Drehencoder: Ein sehr präziser Endlosdrehencoder lässt sich aus den Bauteilen einer alten Maus mit etwas Fleiß selbst aufbauen. Man kann die Schlitzscheiben aber auch benutzen, um zum Beispiel die zurückgelegte Entfernung eines Roboters oder ferngesteuerten Modellautos zu messen. Früher hat man das gebraucht, um auf einer Landkarte aus Papier die Strecke mit der kürzesten Entfernung eines Reiseziels zu ermitteln.
Aber auch die Taster lassen sich für Selbstbauprojekte noch gut verwenden. In der Regel müssen die nämlich sehr viele Tastvorgänge aushalten, damit der Hersteller an Garantieansprüchen nicht Pleite geht. —pff