三軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

　　三軸步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在機(jī)器人、機(jī)床加工中心、全方位跟蹤等系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)眼底照相系統(tǒng)主要采用手動(dòng)控制來確定相機(jī)位置，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)瞳孔定位。主要介紹三軸步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1 眼底照相系統(tǒng)

　　眼底照相系統(tǒng)主要由以下3個(gè)部分構(gòu)成：

　　(1)三個(gè)二相步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)控制器構(gòu)成三軸電機(jī)系統(tǒng)；

　　(2)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)接收控制命令參數(shù)及發(fā)送脈沖給相應(yīng)電機(jī)；

　　(3)上位機(jī)由遙控面板或軟件實(shí)現(xiàn)。

　　其系統(tǒng)工作流程：由眼底照相系統(tǒng)軟件進(jìn)行瞳孔自動(dòng)定位和聚焦，調(diào)用“爬山算法”確定焦距及瞳孔位置，再發(fā)送相應(yīng)的控制指令給下位機(jī)，控制電機(jī)移動(dòng)從而調(diào)整相機(jī)至置最佳位置，周而復(fù)始直至最佳位置。眼底照相系統(tǒng)流程圖見圖1。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 三軸二相步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器

　　此系統(tǒng)采用的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器均為金壇市三鑫電機(jī)有限公司產(chǎn)品：

　　二相步進(jìn)電機(jī)型號(hào)：42BYGH107步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。

　　二相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)：SH-2024B該型號(hào)驅(qū)動(dòng)器具有工作電壓范圍寬、效率高，相電流、細(xì)分?jǐn)?shù)可調(diào)，自動(dòng)半流的特點(diǎn)，相電流設(shè)定從0.5～2 A，細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定有2，5，10，20，40共5檔，可滿足微步距驅(qū)動(dòng)的要求。

2.2 控制板

　　控制板基于STC89C58RD+專用電機(jī)控制板，為本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，具有如下功能：

　　(1)五軸步進(jìn)電機(jī)控制(15路數(shù)字信號(hào)輸出)；

　　(2)16路開關(guān)量輸入，路開關(guān)量輸出，4路功率驅(qū)動(dòng)輸出；

　　(3)128×64圖形液晶顯示、30個(gè)可編輯功能鍵、15個(gè)LED燈指示；

　　(4)全光電隔離、雙電源供電、高運(yùn)行可靠性；

　　(5)高速CPU，ISP串口編程，可直接通過通信口修改軟件，無需拆下電路；

　　(6)一路RS 232通信接口，可與PC機(jī)遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

　　(7)可能過RS 232通信接口外接副機(jī)遙控板，減少控制板接線，提高可靠性。

　　控制器電路見圖2。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用RTX51TINY操作系統(tǒng)，共創(chuàng)建如下進(jìn)程：初始化進(jìn)程INIT，串口通信進(jìn)程COM，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)程IOCIRCLE及串口中斷函數(shù)serial()。

　　各進(jìn)程功能介紹下：

　　進(jìn)程INIT()：串口初始化函數(shù)serial()，各參數(shù)初始化，創(chuàng)建COM，IOCIRCLE進(jìn)程，刪除自身。

　　串口初始化serial()：判斷串口得到的控制字是否有誤(采用偶校驗(yàn))，有錯(cuò)直接返回，正確則喚醒進(jìn)程COM()。

　　進(jìn)程COM()：判斷控制字類型，更改相應(yīng)寄存器的值，并調(diào)用IOCIRCLE()進(jìn)程。

　　進(jìn)程IOCIRCLE()：依據(jù)各寄存器值，控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

流程圖見圖3，指令結(jié)構(gòu)見圖4。

4 結(jié) 語

　　將傳統(tǒng)的手控眼底照相系統(tǒng)改進(jìn)為自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，上位機(jī)只需要發(fā)送相應(yīng)的控制命令即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸步進(jìn)電機(jī)的控制，此三軸步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)很容易改進(jìn)成多電機(jī)系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控板控制與軟件控制，軟件控制若采用Java實(shí)現(xiàn)則可搭建B／S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。