基于LabVIEW的光栅单色仪控制

　　广西区自然科学基金项目(2008105960811M13)单色仪是通过光栅的转动将不同波长的单色光从复色光中分离出来的重要光学仪器。 目前光栅单色仪是光谱测量中普遍采用的分光仪器， 但是许多光栅单色仪采用手动调节光栅变换波长的定点控制方式，这种控制方式控制速度慢而且操作麻烦。

　　本文介绍一种 LabVIEW 环境下光栅单色仪的步进电机控制方法，由 LabVIEW 的数据采集卡输出信号控制步进电机，步进电机带动光栅单色仪传动，对所测光进行逐点扫描，得到对应于各波长位置的相对光强度分布值,实现对光谱参数的自动测量。

　　本设计基于 LabVIEW8.2 进行软件平台的设计， 软件通过数据采集卡输出信号， 此输出信号做为电机驱动电路的输入信号，进而使驱动电路输出相应的信号，此信号控制步进电机的转动，进而带动单色仪的传动，从而使单设仪输出相应波长的光。本设计采用的数据采集卡是 NI 公司的 PCI-6251， 其有两路模拟输出通道，输出分辨率是 16 位，更新速率是 2.8MS/s，满足我们系统设计的需要。

　　本设计采用的步进电机是四线两相制电机， 满足我们系统设计的需要。

　　本设计采用的单色仪是天津拓普的 DS-100 小型光栅单色仪， 其波长范围是 200nm 到 800nm， 涵盖了可见光 (380～780nm)的范围，满足我们系统设计的需要。

　　2 软件设计

　　程序前面板如图 3 所示。 本程序的作用是通过数据采集卡输出模拟信号，以给驱动电路输入信号。 主程序包含升降速参数设计和细分参数设置两个子程序，升降速参数设置子程序的主要作用是在最短的时间使步进电机达到最适合的旋转速度 (匀速)并使步进电机从匀速状态减速直至停止的时间最短，而且能保证电机不失步。 细分驱动法是驱动步进电机的一种算法，它能减少步进电机的振动和噪声，降低步进电机的失步率。 比如细分参数设置子程序中，细分数为 5 和细分数为 16 相比，后者输出的模拟信号比较平缓，且电机失步率较低，但细分数也不宜设置太多，因为细分数越多，走同一波长距离用时越长，而电机失步率并没有显著改善。 在前面板中输入所测波长和各参数，启动后步进电机经过加速、匀速、减速三个阶段控制单色仪走到所需测量波长。

　　3 硬件设计

　　硬件原理图如图 4 所示。

　　(1)总体介绍

　　本设计采用 L298 芯片为基本驱动器，加以斩波横流电路实现两相步进电机的任意细分驱动。

　　(2)L298

　　L298 芯片是一种高电压、 大电流双 H 桥功率驱动集成电路，可方便地与 TTL 电平输入信号连接，每半桥下臂的三极管的射级是连接在一起， 连到相应的外接线端可用来连接外设检测电阻。 ENA 和 ENB 是两个桥的使能端，可用作 PWM 控制端。