多功能调焦调光系统电路实现

　　引言

　　在大型望远镜或经纬仪系统中，往往需要一些调焦调光系统，通过上位机发出的相关命令进行必要控制，如变倍、调焦、调光等，才能得到优异的成像质量。调焦的目的在于调整镜头中的光学组件位置使目标像点始终位于焦平面上，以获得最佳成像质量，从而提高对目标的发现能力。

　　调光的目的是当背景光不断变化时，维持像面上背景光的曝光量基本不变，使目标在CCD上的感光特性曲线的直线段所规定的范围内，而不受外界背景亮度变化的影响，从而避免对比度的降低，使仪器达到应有的作用距离。为此设计了一种模块化的统一电机电压的调焦调光系统，能最大驱动8路直流电机，输出电流达1.2A路，CPU采用C8051F020作为控制的核心器件，调控各部分的协调工作，同时具有液晶显示模块，RS422和RS232通讯，满足实时和上位机进行通讯，8路数字量输入，8ADC输入，数字量输入可以用于检测系统上的限位信息，ADC可以采样系统上的电位器的输出电压值。在设计系统的机械结构和选择合适的直流电机时，注意选择同等电压等级的电机，好在电机的种类多，品种全，这一点也并非难事。大型望远镜中的调焦调光子系统往往具有多个电机，如可见电视调焦电机、红外电视调焦电机、捕获电视调焦电机、可见调光电机、开关机盖的电机等，以及调焦限位开关的输出、电位器式位置反馈元件。这就需要功能齐全的控制芯片，模块化设计，才能大大减小系统的体积。设计的该电路系统已在多个项目种应用，实践证明，该方法可行，可靠性高，能满足设计要求。

　　1系统工作原理

　　作为调焦调光的执行机构：电机和机械传动部件是在设计系统时考虑好了的，有减速箱和转动比等齿轮机构，检测位置的元件在要求精度不是很高的情况下可采用电位器，有单圈和多圈电位器，这样电路设计中就得有A/D采样电路。为配合电路设计的具体需求，在选择电机的转矩时，充分考虑电机的直流电压和峰值电流，当使用多个电机时，最好将电机的额定电压选择一致，而电流的大小则和转矩相关。这样有利于电路控制系统的模块化和实现标准化。

　　上位机或给定信号机构发出的控制信号通过通讯线传到该系统，按照事先的通讯协议进行解码，分解为各种功能，调焦调光系统进行相应的控制。如：上位机发出的调焦信号为向前运动到一固定位置，C8051F020的通讯口接收到命令后，控制相应的接口信号，再通过电机驱动级控制电机的转动方向和快慢，在这过程中，一直检测位置反馈电位器的电压大小，当到达给定的位置时，控制电机停止;电压大小和距离之间的关系是在调试时标校好的。又如：在电机的转动过程中，某限位开关发出了限位信号，CPU接收到后也控制相应的电机作出适当的反应。原理框图如图1。