Come fa un topo a palla a conoscere la direzione?

Per ogni asse su un mouse meccanico (a sfera) c'è un trasmettitore IR e una coppia di ricevitori con una ruota che sembra avere solo semplici fessure.

Come viene calcolata la direzione?

Non c'è solo una coppia trasmettitore / ricevitore IR, ce ne sono due . Tra trasmettitori e ricevitori c'è una ruota scanalata, che, ruotando, provoca un impulso nel ricevitore. (La luce del trasmettitore è bloccata, può passare, bloccarsi di nuovo e così via.)

Il trucco è come vengono posizionati i due ricevitori, ovvero in quadratura.

Ciò significa che gli impulsi di un ricevitore precedono gli impulsi dell'altro di un numero di gradi (idealmente 90 °). Se la ruota gira dall'altra parte, gli stessi impulsi ora ritardano gli altri.

Notare che su un fronte di salita del canale A il canale B è ad alto livello quando si gira in una direzione e basso quando si gira nell'altra direzione.

modifica (sugli encoder assoluti)
Non ero completamente soddisfatto della mia risposta al commento di JGord (alcune imprecisioni), quindi questa ripresa
Il sistema sopra descritto è noto come encoder incrementale perché rileva cambiamenti relativi, da una posizione all'altra. Durante una rotazione completa, i codici vengono ripetuti più volte, quindi non puoi conoscere la tua posizione assoluta semplicemente guardando il codice.
Per ovviare a questo, esistono encoder assoluti . Invece di due canali in quadratura hanno molti più canali creando un modello unico per ogni posizione di rotazione. Un codificatore a 10 canali può distinguere o 1024 posizioni diverse. Gli encoder per alberi nei robot sono ancora più precisi. $2^{10}$

Il modello specifico è tipico della codifica Gray .

sulla codifica Gray
Il binario ordinario ha lo svantaggio che le transizioni di codice possono creare codici errati durante la transizione. Prendi ad esempio la modifica da 0111(7) a 1000(8). Se il bit più a sinistra è un po 'più veloce degli altri, vedrai per un momento 1111(15), che è totalmente spento.
Il codice grigio risolve questo problema riorganizzando i codici in modo da modificare solo 1 bit alla volta.

Gli encoder assoluti non ti aiuteranno a trovare la posizione assoluta del mouse, poiché la ruota gira più volte mentre sposti il ​​mouse. Il modello "unico" si ripeterà ogni pochi mm e non è poi così unico. Inoltre, è sempre possibile spostare il mouse quando il computer è spento, oppure è possibile sollevare il mouse e rimetterlo un po 'più in basso. Entrambe le azioni non verranno rilevate.

Ulteriori letture
"Control Shaft Encoder" Circuit Cellar issue 250, maggio 2011, p.28 ss$-$