基于AVR單片機(jī)的核磁共振儀床體運(yùn)動(dòng)控制與檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

3．1．2 伺服電機(jī)的控制

直流伺服電機(jī)是由單片機(jī)發(fā)出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。通過接在電機(jī)上的編碼器的反饋信號(hào)和前后極限位置傳感器判斷床體當(dāng)前的縱向位置，實(shí)現(xiàn)了直流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制?？刂齐姍C(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的起/停、正/反轉(zhuǎn)和加/減速功能，從而實(shí)現(xiàn)床體的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和指定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是由主控制板發(fā)出控制信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)動(dòng)作，配以脈沖發(fā)生器（編碼器）測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)角，經(jīng)濾波后反饋給單片機(jī)，從而構(gòu)成了電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流伺服電機(jī)的精確控制。

3．2 AVR單片機(jī)固化程序

AVR單片機(jī)固化程序采用ICC語言編寫，并使用模塊化的設(shè)計(jì)方法，分為主程序、鍵盤掃描模塊、顯示模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、橫向運(yùn)動(dòng)測(cè)試模塊、縱向運(yùn)動(dòng)測(cè)試模塊和壽命測(cè)試模塊。模塊化設(shè)計(jì)使軟件更加靈活，便于調(diào)用和移植，并且在錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)候，可以很快的找到錯(cuò)誤，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3．2．1 主程序

主程序要完成系統(tǒng)的初始化，中斷設(shè)置，全局變量設(shè)置和看門狗設(shè)置等。在初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入主查詢循環(huán)過程，判斷當(dāng)前進(jìn)行的操作，并進(jìn)入相應(yīng)的功能模塊。系統(tǒng)程序中采用了狀態(tài)位的方式，實(shí)現(xiàn)主程序和各個(gè)功能模塊，以及各個(gè)功能模塊之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的通信，保證了在各個(gè)功能模塊之間切換時(shí)，系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

圖4 鍵盤掃描模塊程序流程圖

3．2．2 鍵盤掃描模塊

由于對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度要求不高，所以鍵盤掃描采用了查詢的方式。鍵盤掃描模塊程序流程圖如圖4所示，縱向運(yùn)動(dòng)的優(yōu)先級(jí)大于橫向運(yùn)動(dòng)的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)縱向按鍵和橫向按鍵同時(shí)按下時(shí)，床體將會(huì)縱向運(yùn)動(dòng)，橫向運(yùn)動(dòng)按鍵被屏蔽。

3．2．3 壽命測(cè)試模塊

壽命測(cè)試部分是本系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，涉及變量最多的一個(gè)功能模塊，并且同時(shí)存在系統(tǒng)狀態(tài)位和壽命測(cè)試狀態(tài)位變量，所以各個(gè)功能模塊之間的狀態(tài)通信也比其他功能模塊復(fù)雜。在這個(gè)模塊中，主要實(shí)現(xiàn)了床體自動(dòng)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的功能，并且能夠?qū)Ω鞣N預(yù)先設(shè)定的循環(huán)運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)床體的壽命測(cè)試。

圖5 壽命測(cè)試模塊

3．3 CPLD固化程序

CPLD固化程序采用VHDL語言編寫。主要功能為：

①驅(qū)動(dòng)“縱向位置”數(shù)碼管顯示當(dāng)前縱向位置或壽命測(cè)試計(jì)數(shù)；

②對(duì)極限位置傳感器的差分信號(hào)解碼后，輸出給MCU；

③接收橫向位置信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)“橫向位置”數(shù)碼管，顯示橫向位置；

④驅(qū)動(dòng)極限位置指示LED；

4結(jié)論

通過在核磁共振儀的床體上進(jìn)行的實(shí)際應(yīng)用，證明本系統(tǒng)能夠完全實(shí)現(xiàn)對(duì)床體的控制功能，并且滿足對(duì)床體各種測(cè)試的要求，具有較高的穩(wěn)定可靠性。本系統(tǒng)能夠獨(dú)立對(duì)核磁共振儀的床體進(jìn)行檢測(cè)，大大降低了生產(chǎn)成本，縮短了生沒產(chǎn)周期，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。