新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微控制器、限位傳感器讀取電路、電機驅(qū)動電路、編碼器讀取電路、步進電機、光學相位差編碼器和光電遮斷限位傳感器；所述限位傳感器讀取電路、電機驅(qū)動電路和編碼器讀取電路分別連接在微控制器上；所述步進電機分別連接在電機驅(qū)動電路上，所述光電遮斷限位傳感器分別連接在限位傳感器讀取電路上，所述光學相位差編碼器分別連接在編碼器讀取電路上。本實用新型提供了一種由數(shù)字成像系統(tǒng)中單個微控制器控制的多個步進電機或控制處于線性臺平移的步進電機的控制系統(tǒng)。
【專利說明】新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于準確定位和同步動作的微控制器控制步進電機的系統(tǒng)，尤其是一種由數(shù)字成像系統(tǒng)中單個微控制器控制的多個步進電機或控制處于線性臺平移的步進電機的控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]利用數(shù)字信號控制的步進電機在很多設備和低級儀器中被廣泛使用。步進電機的速度，方向等一些重要參數(shù)都可以用數(shù)字信號來控制。它的工作原理是通過適當?shù)碾娏饕砸欢樞蛉ゼ铍姍C繞阻的兩個線圈，一旦順序正確，電機軸轉(zhuǎn)動會帶動磁感應的產(chǎn)生，以正確的順序提供適量電流的過程由中繼器電路完成，這個電路將一個控制設備(如:微控制器)到線圈的電流的一系列的數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換成所期望的順序通過一個激勵電路提供給電機繞阻。
[0003]步進電機經(jīng)常用于在電機軸上的機械連接的導螺桿和滑塊系統(tǒng)上，用來提供線性運動。在一些實際應用中(如:數(shù)字病理圖像系統(tǒng))，精密的線性運動是必須的，并且需要基于線性臺平移的步進電機。
[0004]數(shù)字病理學是掃描病理學載玻片，并在數(shù)字病理學系統(tǒng)類似數(shù)字切片掃描儀或者自動掃描成像系統(tǒng)的顯微鏡等的幫助下將其轉(zhuǎn)換成高分辨率數(shù)字圖像，取放切片是通過機械運動比如切片夾具和用于運送切片的盒子配合來將切片置于掃描區(qū)域中或是移出掃描區(qū)域。為了增加切片裝載系統(tǒng)可擴展性，即插即用模塊的加入，可使在原來基礎(chǔ)上增加切片可承載數(shù)量。在掃描過程中的載玻片可以像在X和Y軸多個軸移動到感興趣的區(qū)域或是根據(jù)各種期望的倍率的物鏡來進行掃描。為了能準確對焦，是由多個軸移動來實現(xiàn)的。所有這些動作是自動的，并且需要進行精細的校對，用于精確定位托架位置和切片的準確掃描。
[0005]所以需要一種能夠由單個微控制器控制的多個處在線性臺平移的步進電機用于實現(xiàn)所描述的準確定位和同步動作的系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種由數(shù)字成像系統(tǒng)中單個微控制器控制的多個步進電機或控制處于線性臺平移的步進電機的控制系統(tǒng)。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微控制器、限位傳感器讀取電路、電機驅(qū)動電路、編碼器讀取電路、步進電機、光學相位差編碼器和光電遮斷限位傳感器；所述限位傳感器讀取電路、電機驅(qū)動電路和編碼器讀取電路分別連接在微控制器上；所述步進電機分別連接在電機驅(qū)動電路上，所述光電遮斷限位傳感器分別連接在限位傳感器讀取電路上，所述光學相位差編碼器分別連接在編碼器讀取電路上。
[0008]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，進一步包括所述的電機驅(qū)動電路包括鎖存器電路、步進電機驅(qū)動器和電機，所述鎖存器電路與步進電機驅(qū)動器連接，所述步進電機驅(qū)動器與電機。
[0009]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，進一步包括所述編碼器讀取電路包括讀取模塊和編碼器，所述編碼器與讀取模塊連接。
[0010]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，進一步包括所述限位傳感器讀取電路包括鎖存器和數(shù)字傳感器反饋，所述鎖存器與數(shù)字傳感器反饋連接。
[0011]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，進一步包括所述微控制器上還連接有鎖存器選擇邏輯和脈沖信號。
[0012]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，進一步包括所述微控制器上還連接有編碼器選擇邏輯。
[0013]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，進一步包括所述微控制器上還連接有鎖存器選擇邏輯。
[0014]本實用新型的有益效果:本實用新型解決了【背景技術(shù)】中存在的缺陷，通過微控制器、限位傳感器讀取電路、電機驅(qū)動電路、編碼器讀取電路、步進電機、光學相位差編碼器和光電遮斷限位傳感器的連接設置，將微控制器引腳分時復用，大大提高了微控制器的使用率和工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0016]圖1是本實用新型的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為電機驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為編碼器讀取電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為限位傳感器讀取電路結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0020]如圖1-4所示，一種新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微控制器151，限位傳感器讀取電路132，電機驅(qū)動電路131，編碼器讀取電路133，步進電機101、102、103、104、105，光學相位差編碼器111、112、113、114、115和光電遮斷限位傳感器121、122、123、124、125 ;所述限位傳感器讀取電路132、電機驅(qū)動電路131和編碼器讀取電路133分別連接在微控制器151上；所述步進電機101、102、103、104、105分別連接在電機驅(qū)動電路131上，所述光電遮斷限位傳感器121、122、123、124、125分別連接在限位傳感器讀取電路132上，所述光學相位差編碼器111、112、113、114、115分別連接在編碼器讀取電路133上。
[0021]所述的電機驅(qū)動電路131)包括鎖存器電路221、222、223、224、225，步進電機驅(qū)動器 211、212、213、214、215 和電機 201、202、203、204、205，所述鎖存器電路 221、222、223、224,225與步進電機驅(qū)動器211、212、213、214、215連接，所述步進電機驅(qū)動器211、212、213、214、215與電機201、202、203、204、205。所述編碼器讀取電路133包括讀取模塊311、312、313、314、315 和編碼器 301、302、303、304、305，所述編碼器 301、302、303、304、305 與讀取模塊311、312、313、314、315連接。所述限位傳感器讀取電路132包括鎖存器411、412、413和數(shù)字傳感器反饋401、402、403，所述鎖存器411、412、413與數(shù)字傳感器反饋401、402、403連接。
[0022]所述微控制器151上還連接有鎖存器選擇邏輯231和脈沖信號230。所述微控制器151上還連接有編碼器選擇邏輯321。所述微控制器151上還連接有鎖存器選擇邏輯421。
[0023]如圖1所示的方案中，每個階段基于線性臺的五個步進電機101、102、103、104、105是使用光學相位差編碼器111、112、113、114、115和一組光電遮斷限位傳感器121、122、123、124、125 相關(guān)聯(lián)。
[0024]有五個步進電機101、102、103、104、105和每個繞阻都連接到相應的步進電機驅(qū)動器211、212、213、214、215的輸出端的電機201、202、203、204、205。這些步進電機驅(qū)動器211、212、213、214、215由一個微控制器151驅(qū)動。
[0025]每一組光電遮斷限位傳感器121、122、123、124、125都有三個限位傳感器連接，對于步進電機，這些傳感器提供反饋機動階段位置和充當正限位，負限位和原點限位。數(shù)字邏輯電平0/1(0/5伏特)的形式由這些傳感器提供輸出，并通過一個限位傳感器讀取電路132反饋到微控制器151。
[0026]正交編碼器與電機軸相關(guān)聯(lián)，并提供三個同步數(shù)字脈沖信號A，B和Z作為輸出。當A和B的脈沖相對于彼此保持90度的相位，就可以被同時讀取電機軸的位置或線性臺的位置。Z脈沖是索引脈沖，標志著在電機軸完整的旋轉(zhuǎn)。當電機/線性臺在運動中，讀取編碼器的狀態(tài)，相應計數(shù)器不斷地更新電機的位置。編碼器輸出(A，B和Z)的脈沖信號被輸入到編碼器讀取電路133中，(對應于每個編碼器的五個電路)，它是基于一個32位正交計數(shù)器集成電路。此集成電路通過連續(xù)采樣A，B和Z脈沖，并更新其計數(shù)器來跟蹤電機的位置。由微控制器通過一個串行外圍設備接口(SPI)來讀取正交編碼器集成電路的計數(shù)器值。
[0027]在給出的大量的各種模塊(五個編碼器模塊，五個電機驅(qū)動模塊，限位傳感器和其他傳感器的幾條線)及微控制器的有限數(shù)量輸入/輸出引腳的數(shù)字線路，這些數(shù)字線路復用。程序算法/代碼設定為所述電機通過邏輯電路同步運行相對應的組件。
[0028]本系統(tǒng)使用以下方法來實現(xiàn)步進電機的同步和同步運動:
[0029]圖2顯示了電機驅(qū)動電路(圖1中)131的內(nèi)部原理圖。每個電機201、202、203、204,205中的一個連接至相應的步進電機驅(qū)動器211、212、213、214、215。這些驅(qū)動器是彼此相同的并且基于現(xiàn)成的中繼驅(qū)動器集成電路。該集成電路是由微控制器151發(fā)出的邏輯控制信號控制，例如由三個數(shù)字信號控制的微步進模式，一個用于控制方向(順時針/逆時針)，一個用于步進脈沖，一個用來激活/啟用集成電路等。
[0030]首先運行的電機需要初始化控制信號的狀態(tài)，然后開始發(fā)送以預先決定頻率(由所要求的速度決定)的脈沖。
[0031]在目前的方法中，所有可用于所有的電機驅(qū)動集成電路的控制信號已經(jīng)被復用，即只有一個微控制器的輸出引腳用于設置/復位一個電機驅(qū)動控制信號，除了脈沖信號。因此，在實例中的8個控制信號(方向，微步進模式，啟用休眠模式等)，八個微控制器151引腳都已經(jīng)被占用。
[0032]所有的脈沖信號230，被直接連接到對應的步進驅(qū)動器211、212、213、214、215集成電路的引腳上。
[0033]控制信號通過相應的鎖存器電路221、222、223、224、225連接到步進電機驅(qū)動器211、212、213、214、215中相應的管腳。這些鎖存器集成電路，在其默認狀態(tài)下，分離的復用信號由微控制器端向電機驅(qū)動器端發(fā)送。
[0034]為了驅(qū)動電機，微控制器151，加載在其引腳對應的控制信號，然后通過鎖存器選擇邏輯231選擇對應的鎖存器223，因此，該控制信號立即被耦合到對應的步進電機驅(qū)動器213中。此時，鎖存器被再次恢復到其默認狀態(tài)和步進電機驅(qū)動器213以便再次分離到微控制器151的控制信號。
[0035]一旦達到特定步進電機驅(qū)動器213的控制狀態(tài)設置，微控制器151可以開始申請在相應的引腳上發(fā)送相應的脈沖信號230來驅(qū)動步進電機。
[0036]要運行多個步進電機可以采用同樣的方法。兩個脈沖信號之間，用時間延遲來改變微控制器151的控制引腳的狀態(tài)，并且將他們狀態(tài)鎖定到相應的步進電機驅(qū)動器中等。
[0037]不同電機之間的脈沖信號通過基于預先設置好的時間間隔產(chǎn)生中斷來控制不同的電機。
[0038]如圖3所示，在輸出的電路中，所有編碼器301、302、303、304、305產(chǎn)生A，B和Z脈沖信號的編碼器連接到其相應的讀取模塊311、312、313、314、315中，每個模塊中裝有一個32位計數(shù)器集成電路。
[0039]該微控制器151，通過串行外設接口(SPI)通信協(xié)議與計數(shù)器芯片通信。SPI使用“主入從出“(MIS0)，”主出從入“(M0SI)和“時鐘”(CLK)三個復用線來傳輸微控制器和所有計數(shù)器芯片之間的數(shù)據(jù)。
[0040]為了讀取來自任何計數(shù)器電路中的數(shù)據(jù)或設置任何計數(shù)器電路模式，微控制器151使用一個編碼器選擇邏輯321來選擇相應的編碼器讀取電路。
[0041]類似的方法，在電機驅(qū)動器電路131和編碼器讀取電路133中，已經(jīng)通過讀取范圍和其他傳感器的數(shù)字反饋。正如圖4所示，所有的限位傳感器的輸出被存在3組每組8個數(shù)字線路中，經(jīng)過3個鎖存器411、412、413送入微控制器151。
[0042]通過一個鎖存器選擇邏輯421，任何給定的一組數(shù)字傳感器401、402、403反饋可以由微控制器151讀出。
[0043]應當理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。由本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括微控制器(151)，限位傳感器讀取電路(132)，電機驅(qū)動電路(131)，編碼器讀取電路(133)，步進電機(101、102、103、104、105)，光學相位差編碼器(111、112、113、114、115)和光電遮斷限位傳感器(121、122、123、124、125);所述限位傳感器讀取電路(132)、電機驅(qū)動電路(131)和編碼器讀取電路(133)分別連接在微控制器(151)上；所述步進電機(101、102、103、104、105)分別連接在電機驅(qū)動電路(131)上，所述光電遮斷限位傳感器(121、122、123、124、125)分別連接在限位傳感器讀取電路(132)上，所述光學相位差編碼器(111、112、113、114、115)分別連接在編碼器讀取電路(133)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:所述的電機驅(qū)動電路(131)包括鎖存器電路(221、222、223、224、225)，步進電機驅(qū)動器(211、212、213、214、215)和電機(201、202、203、204、205)，所述鎖存器電路(221、222、223、224、225)與步進電機驅(qū)動器(211、212、213、214、215)連接，所述步進電機驅(qū)動器(211、212、213、214、215)與電機(201、202、203、204、205)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:所述編碼器讀取電路(133)包括讀取模塊(311、312、313、314、315)和編碼器(301、302、303、304、305)，所述編碼器(301、302、303、304、305)與讀取模塊(311、312、313、314、315)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:所述限位傳感器讀取電路(132)包括鎖存器(411、412、413)和數(shù)字傳感器反饋(401、402、403)，所述鎖存器(411、412、413)與數(shù)字傳感器反饋(401、402、403)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器(151)上還連接有鎖存器選擇邏輯(231)和脈沖信號(230 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器(151)上還連接有編碼器選擇邏輯(321)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型單個微控制器控制多個步進電機系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器(151)上還連接有鎖存器選擇邏輯(421)。
【文檔編號】H02P8/14GK204068796SQ201420188093
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】盧正斌, 吳超, 羅明, 薛建明, 謝涵浩 申請人:上海杰傲湃思醫(yī)療科技有限公司