CN110112968A - 基于单片机控制步进电机的振镜控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于单片机控制步进电机的振镜控制***及控制方法，所述控制***包括脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及振镜。本发明的控制***，用步进电机替代原振镜***中的检流计，用脉冲发生器和单片机输出控制波形驱动步进电机旋转，结构紧凑，便于控制，而且成本低，同时采用步进电机作为驱动原件还可以做到及时刹车抑制振镜转动时的惯性，以免造成扫描时的范围误差及扫描失真。
Description
技术领域
本发明属于振镜控制领域，具体涉及一种基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***及控制方法。
背景技术
在OCT的振镜扫描***中，振镜的设计思路完全沿袭检流计的设计方法，即载流线圈在磁场中受到力矩而偏转的原理，镜片取代了表针，而检流计指针偏转的信号由计算机控制的-5V至+5V或-10V至+10V的直流信号取代，以完成预定的动作。在振镜***工作时，有X、Y两个方向的扫描镜协调动作才能完成对二维平面的扫描，即将激光束入射到两反射镜(扫描镜)上，控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，而控制反射镜的反射角度，需要分别提供给两个振镜的驱动电路一个特定的信号波，并且需要控制好两个波形信号对应的变化时间来完成振镜的预定动作。
给振镜驱动电路提供波形信号的多为波形发生器，而现有的波形发生器已经产品化，且体积较大，不便于和OCT***集成在一起，因此利用单片机设计振镜控制***并集成于OCT***中。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***及控制方法。
为了达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，包括脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及振镜；
所述脉冲发生器与单片机连接，为其提供脉冲信号；
所述单片机为X、Y方向步进电机提供步进信号，且该步进信号经放大电路放大后进入X、Y方向步进电机；
所述电机驱动电源电路经放大电路供电给X、Y方向步进电机，
所述X、Y方向步进电机与所述振镜连接，驱动振镜的运动。
优选地，所述单片机采用STC89C52RC芯片。
优选地，所述单片机还连接有外部I/O扩展芯片，且该I/O扩展芯片与放大电路连接，以便于扩展，同时具有经济实惠，成本相对较低的优点，能获得最佳的性能性价比。
进一步优选地，所述I/O扩展芯片的型号为74HC165。
优选地，还包括操作按键；所述操作按键连接到所述单片机，用于调节振镜扫描速度。进一步地，所述操作按键包括4个独立按键，用于振镜扫描开始，扫描停止及速度选择功能。
本发明的另一方面还提供了一种OCT振镜的控制方法，所述OCT振镜控制***包括脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及振镜；所述控制方法包括以下步骤：
(1)脉冲发生器提供特定频率的脉冲信号，
(2)单片机接收脉冲发生器产生的脉冲信号并计数，
(3)单片机根据计数结果发出步进信号，通过放大电路放大后作用于X、Y方向步进电机，然后电机驱动电源电路发出信号，X、Y方向步进电机根据步进信号驱动振镜，改变振镜扫描时的视场范围。
本发明的有益效果是：本发明的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，用步进电机替代原振镜***中的检流计，用脉冲发生器和单片机输出控制波形驱动步进电机旋转，结构紧凑，便于控制，而且成本低，同时采用步进电机作为驱动原件还可以做到及时刹车抑制振镜转动时的惯性，以免造成扫描时的范围误差及扫描失真。
附图说明
图1为本发明的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***结构示意图；
图2为本发明的脉冲发射器提供的脉冲信号示意图；
图3为本发明的X、Y方向步进电机的输入信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，包括脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及二维振镜；脉冲发生器与单片机连接，为其提供脉冲信号；单片机为X、Y方向步进电机提供步进信号，且该步进信号经放大电路放大后进入X、Y方向步进电机；电机驱动电源电路经放大电路供电给X、Y方向步进电机；X、Y方向步进电机与所述振镜连接，驱动振镜的运动。
本发明的OCT振镜扫描控制***中，通过单片机来将脉冲信号转变成控制波形驱动驱动电机，步进信号来自单片机管脚；X，Y方向的两驱动电机采用小步长，高精度的步进电机，因此电机的相数较多；步进电机采用另一套驱动电路供电。
具体地，脉冲发生器提供一特定频率的脉冲信号，单片机对脉冲发生器产生的脉冲信号进行脉冲计数，计数得到的结果会作用于步进电机的步数进而改变振镜扫描时的视场范围。两个步进电机，即X、Y方向步进电机共同完成一个平面的扫描，两个旋转中心不在同一个平面，分为快轴(X方向)和慢轴(Y方向)，针对X，Y方向共设置两个脉冲信号数量值，X方向脉冲信号数量值达到预设值时X方向完成一次线扫描，然后有一个触发信号用于触发Y方向的步进电机步进一步和X方向步进电机返回初始位置，在Y方向脉冲信号达到预设值时，整个平面扫描完成，Y方向步进电机回到初始位置。
可根据扫描的合适范围，来确定步进电机完成一次线扫描的X方向步进电机步数及Y方向步进电机步数。由于单片机管脚输出的点平信号不具备直接驱动电机的能力，脉冲信号只用来作计数功能，因此对步进电机相序进行高低电平的定义，高低电平的定义体现在程序中，单片机管脚只输出步进信号。步进信号是由电机的相序决定的存储在单片机内部的高低电平信号，经过放大电路对信号放大，外部的电机驱动电源为两步进电机提供驱动能力，使振镜工作。
通过软件编程方式可以改变脉冲发生器产生脉冲信号的频率来改变扫描速度，通常选择C语言编程，可读性好，便于改进和扩充，移植容易，可大大缩短编程开发周期。在程序中可以设置不同的扫描速度；单片机还外接键盘，通过键盘来选择不同的扫描速度。
本发明的另一方面还提供了一种OCT振镜的控制方法，OCT振镜控制***包括脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及振镜；控制方法包括以下步骤：
(1)脉冲发生器提供特定频率的脉冲信号，
(2)单片机接收脉冲发生器产生的脉冲信号并计数，
(3)单片机根据计数结果发出步进信号，通过放大电路放大后作用于X、Y方向步进电机，然后电机驱动电源电路驱动X、Y方向步进电机，X、Y方向步进电机根据步进信号驱动振镜，改变振镜扫描时的视场范围。
实施例1
参考图1，一种基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，包括脉冲发生器1、单片机2、I/O扩展芯片3、电机驱动电源电路4、放大电路5、X、Y方向步进电机6、振镜7及操作按键8。
单片机2采用STC89C52RC芯片，并采用型号74HC165的I/O扩展芯片3对单片机2的I/O口进行扩展，采用串行转并行的方式，所有芯片共用一个电源电路。
操作按键8与单片机2连接，振镜7的扫描速度分为两档，扫描开始，停止及速度选择一共采用4个独立按键，共分配4个单片机I/O口来扫描操作按键8的键盘信号，当按下某一按键时，单片机2检测对应I/O口的高低电平，然后对脉冲发生器1进行操作，通过脉冲发生器1开始、停止、快、慢发出脉冲信号的方式改变***状态。
使用本实施例的控制***进行控制时，控制方法包括以下步骤：
(1)脉冲发生器1提供特定频率的脉冲信号，脉冲信号如图2所示；
(2)单片机2的接收脉冲发生器1产生的脉冲信号并计数；
(3)单片机2根据计数结果发出步进信号，通过放大电路放大后作用于X、Y方向步进电机6，电机驱动电源电路4供电X、Y方向步进电机5，X、Y方向步进电机6根据步进信号驱动振镜7，改变振镜7扫描时的视场范围；其中X、Y方向步进电机的输入信号如图3所示。
实施例1提供控制***的有益效果是：
(1)用步进电机替代原振镜***中的检流计，用脉冲发生器和单片机输出控制波形驱动步进电机旋转，结构紧凑，便于控制，而且成本低。
(2)单片机I/O引脚通常是多功能的，外部扩展能力强，同时具有经济实惠，成本相对较低的优点，能获得最佳的性能性价比。
(3)采用单片机，可以选择采用C语言编程，可读性好，移植容易，便于改进和扩充，会大大缩短编程开发周期，且成本低。
(4)采用步进电机作为驱动原件可以做到及时刹车抑制振镜转动时的惯性，以免造成扫描时的范围误差及扫描失真。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，其特征在于，包括，脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及振镜；
所述脉冲发生器与单片机连接，为其提供脉冲信号；
所述单片机为X、Y方向步进电机提供步进信号，且该步进信号经放大电路放大后进入X、Y方向步进电机；
所述电机驱动电源电路经放大电路供电给X、Y方向步进电机，
所述X、Y方向步进电机与所述振镜连接，驱动振镜的运动。
2.根据权利要求1所述的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，其特征在于，
所述单片机采用STC89C52RC芯片。
3.根据权利要求1所述的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，其特征在于，
所述单片机还连接有外部I/O扩展芯片，且该I/O扩展芯片与放大电路连接。
4.根据权利要求3所述的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，其特征在于，
所述I/O扩展芯片的型号为74HC165。
5.根据权利要求1所述的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，其特征在于，
还包括操作按键；所述操作按键连接到所述单片机，用于调节振镜扫描速度。
6.根据权利要求5所述的基于单片机控制步进电机的OCT振镜控制***，其特征在于，
所述操作按键包括4个独立按键。
7.一种OCT振镜的控制方法，其特征在于，所述OCT振镜控制***包括脉冲发生器、单片机、电机驱动电源电路、放大电路、X、Y方向步进电机及振镜；所述控制方法包括以下步骤：
(1)脉冲发生器提供特定频率的脉冲信号，
(2)单片机接收脉冲发生器产生的脉冲信号并计数，
(3)单片机根据计数结果发出步进信号，通过放大电路放大后作用于X、Y方向步进电机，然后电机驱动电源电路供电给X、Y方向步进电机，X、Y方向步进电机根据步进信号驱动振镜，改变振镜扫描时的视场范围。
8.根据权利要求7所述的OCT振镜的控制方法，其特征在于，所述单片机采用STC89C52RC芯片。
9.根据权利要求7所述的OCT振镜的控制方法，其特征在于，所述单片机还外接有I/O扩展芯片，且该I/O扩展芯片与放大电路连接。
10.根据权利要求9所述的OCT振镜的控制方法，其特征在于，所述I/O扩展芯片的型号为74HC165。
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