显微镜工作台定位系统的设计与实现

　　1　概　述

　　显微镜工作台定位系统是多波长光存储试验装置[1]的重要组成部分,用于对多种光致变色光存储材料的实验研究,同时也可以用在医疗检验显微镜 上,实现自动检测。系统由上位机通过串口向单片机发送数据和指令,通过控制环节和执行环节,实现对工作台x,y两个方向上的位移控制。

　　2　基本原理

　　在本系统中,单片机对工作台位移的控制是通过计算计数脉冲的个数来实现的。在工作台每一个方向的传动齿轮边缘都安装了光耦,利用轮齿对光耦的遮 挡与否产生计数脉冲,通过倍频,提高脉冲控制的精度。单片机在接受到上位机的指令和参数后,控制输出,启动电机。电机运转时带动齿轮,通过光耦、倍频电路 产生计数脉冲,送入单片机的计器。当单片机的计数值达到要求时,单片机控制输出,停止电机。系统的原理框图如图1所示。

　　3　实现方法

　　3.1　机械结构的设计

　　在显微镜工作台机械结构不改变的情况下,利用两级齿轮传动,实现电机的减速,两级齿轮分别安装在工作台x、y向传动手柄上,然后通过齿轮齿条传动,将电机的转动转化为工作台的移动。在设计过程中,x、y两路传动的总传动比[2]均为1∶25,传动齿轮模数为0·4。

　　3.2　电路控制部分的设计

　　电路控制部分的设计主要包括硬件电路的设计、单片机控制程序的编写和串口数据传送部分的设计。硬件电路主要完成对光耦产生的脉冲进行整形倍频, 以及对单片机发送的指令进行有效传递。单片机控制程序主要实现对x-y工作台特定位移方式的控制。串口数据传送部分主要完成上位机指令和数据的发送以及有 效的反馈,以确保数据正确发送。

　　(1)硬件电路的设计

　　在硬件电路[3]的设计中,其主要部分是对光耦产生的计数脉冲的整形和倍频。在设计中,为了提高定位精度,x、y两路都采用了双光耦的方法,利 用双光耦产生信号的相位差进行4倍频,以提高计数脉冲的分辨率。两路的光耦分别安装在齿廓的边缘和齿廓的中心,如图2所示。两个光耦产生的方波脉冲信号相 位差为90°,如图3所示。

　　利用一个异或门将两路信号进行逻辑异或运算,可得如图3所示的信号a,实现了2倍频。利用信号a的上升沿和下降沿分别对两个单稳态触发器进行触 发,产生单稳态的脉冲信号b和信号c。单稳态脉冲信号的脉宽t′可以通过调整单稳态触发器的外加电容电阻的大小来改变。利用或门对信号b和信号c进行逻辑 或运算,即可得到信号d。从时序关系上可以看出,最终产生的脉冲信号d的频率是原来单光耦脉冲频率的4倍,从而提高了计数脉冲的分辨率。