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伺服控制系統的硬件設計

作者: 時(shí)間:2012-08-24 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

在顯微鏡系統中,主要由電動(dòng)機驅動(dòng)、顯微鏡光源自動(dòng)與分布式監控網(wǎng)絡(luò )系統三部分組成。為了保證所有的既可單獨工作,又可同時(shí)工作的要求,采用了多單片機組成的分布式通信網(wǎng)絡(luò ),通過(guò)RS-232通信接口,直接接受PC的統一管理??紤]到成本問(wèn)題,選用了性?xún)r(jià)比很高的AT89C2051單片機I/O端口及可以在PC上進(jìn)行通信的UART通信端口。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/167613.htm

在電機驅動(dòng)控制系統中,用四個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機分別控制顯微鏡載物臺在X軸和y軸方向上的平面運動(dòng),在Z軸方向上的調焦運動(dòng)與物鏡的選擇切換。每一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機用一個(gè)AT89C⒛51單片機來(lái)單獨管理其運行狀態(tài)及移動(dòng)的位置,其驅動(dòng)環(huán)節電路框圖如圖1所示。和y軸兩個(gè)方向上的開(kāi)環(huán)位移進(jìn)行控制;可通過(guò)計算機圖像的灰度值閉環(huán)控制物鏡的上下移動(dòng),以實(shí)現自動(dòng)調焦;物鏡轉換器可自動(dòng)切換;通過(guò)載物臺在X軸和y軸兩個(gè)方向上的二維移動(dòng),再加上在Z軸方向上的實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤調焦,可實(shí)現對觀(guān)察物(切片或培養皿)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描,使整個(gè)觀(guān)察過(guò)程能顯示出清晰的圖像;通過(guò)預先設定載物臺的運動(dòng)規則,使顯微鏡能按程序觀(guān)察到規定的視場(chǎng);通過(guò)快速接近(相當于粗調)或精細調節(相當于微調)兩種方式可自動(dòng)精確調焦和自動(dòng)跟蹤調焦(調焦精度小于0.5 gm);單片機控制電路和計數脈沖及在X軸和y軸兩方向上的重復定位精度(±0.02 mm)能滿(mǎn)足醫學(xué)臨床檢驗的需要;可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠程遙控顯微鏡,以利于醫學(xué)學(xué)術(shù)交流或教學(xué)交流。

控制系統的原理框圖如圖1所示,圖中的虛線(xiàn)框是顯微鏡的控制系統,它通過(guò)分布式微控制器系統網(wǎng)絡(luò )來(lái)驅動(dòng)顯微鏡平臺的精確運動(dòng),具有自動(dòng)精確調焦和自動(dòng)跟蹤調焦的功能。

360截圖20120824134504622.jpg

由CCD采集到的圖像經(jīng)圖像采集卡送入計算機,PC根據算法分析當前圖像的清晰度。若圖像不是最清晰的,則PC通過(guò)RS-232通信端口發(fā)送調焦命令送給微控制器系統,微控制器系統把相應的控制信號傳送給Z軸調焦電機,由Z軸調焦電動(dòng)機推動(dòng)調焦機構做相應的運動(dòng),從而改變圖像的清晰度。如此反復的由PC與伺服系統共同作用,直至找到圖像最清晰的位置為止,從而完成自動(dòng)精確調焦的全過(guò)程。由PC發(fā)送命令,通過(guò)控制x軸和y軸步進(jìn)電機的運動(dòng)可改變觀(guān)察視場(chǎng)。在改變視場(chǎng)的過(guò)程中,PC自動(dòng)跟蹤圖像的清晰度,以保證物鏡處于最佳成像位置。



關(guān)鍵詞: 設計 硬件 控制系統 伺服

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