專利名稱：電壓驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于條形碼閱讀機掃描馬達的驅(qū)動電路，特別是應(yīng)用多重反饋電路及微步技術(shù)使步進馬達處于線性化工作范圍的電壓驅(qū)動電路。
以前商業(yè)界為識別商品而使用條形碼，為此開發(fā)了各種條形碼閱讀機系統(tǒng)。條形碼閱讀機的用戶要求使用便于攜帶的手持掃描器，它除了小而輕以外還具有耗電低的優(yōu)點。這種裝置記載在美國專利4，496，831號，其中公開的激光掃描系統(tǒng)能適用于各種形式的閱讀機，較好的一種是帶輕塑料殼的手槍型掃描頭，掃描頭的各種元件裝置在其中，其備有把手及槍管部，槍管部置有小型光源、包含有聚焦鏡以及使來自光源的光線掃過條型的符號而射向掃描系統(tǒng)的小型光學系統(tǒng)及檢測由條形碼反射光束的小型光傳感器。小型光源是由像同軸氦氖激光管式激光管構(gòu)成的，小型光源盡量采用比上述激光管小且輕的半導(dǎo)體激光二極管，以減少掃描頭所占據(jù)的空間，并減輕其重量，使其易于手握、易手操作。
從光源產(chǎn)生的光線穿過所述光學系統(tǒng)而射向位于槍管中的掃描系統(tǒng);掃描系統(tǒng)使激光束沿長度方而掃過條形碼符號，該系統(tǒng)包括至少一個掃描用步進馬達，也可設(shè)置第二個馬達，它是使激光束沿符號的寬度方向掃描;光反射鏡被裝設(shè)于馬達軸上，它將激光束引導(dǎo)至條形碼符號，由傳感器電路檢測并處理由條形碼符號反射的光信號，一般系統(tǒng)中采用半導(dǎo)體光電二極管作光檢測元件。使用時用戶按掃描軌跡橫掃條形碼符號，光檢測元件將所識別的符號轉(zhuǎn)變成連續(xù)的電信號;信號處理電路產(chǎn)生一個輸至譯碼電路的信號。
當用戶將閱讀機指向應(yīng)讀取的條形碼符號時，若閱讀機自備電源，可觸動開關(guān)，啟動激光束和檢測電路;輕塑料外殼中設(shè)的激光光源、檢測器、光學系統(tǒng)、信號電路、CPN以及電池。使用時閱讀機與條形碼有一定距離，指向符號時，不接觸符號或移動地掃過符號。手持條形碼閱讀機設(shè)計成距離目標約數(shù)英寸的范圍內(nèi)操作。
為驅(qū)動激光式條形碼閱讀機掃描裝置內(nèi)的步進馬達，現(xiàn)有技術(shù)中一般是采用電流驅(qū)動電路，這種電路中步進馬達的AC和DC線圈的連接與

圖1所示的電壓驅(qū)動電路不同，也就是驅(qū)動電位被導(dǎo)至AC線圈的中心接點，而AC線圈的相對二端接地，DC線圈的地及電位端也與圖1所示的方式不同。在現(xiàn)有技術(shù)中的電流驅(qū)動電路中，通過AC線圈的電流在電流反饋電路中被檢測并反饋到輸入電流中。
現(xiàn)有技術(shù)的電流驅(qū)動電路的優(yōu)點是減少了由馬達線圈的感抗造成的相位滯后，這樣就可直接由振蕩器產(chǎn)生掃描啟動同步信號，而且，馬達線圈中的溫度上升被均衡，馬達線圈提供7V電壓。
現(xiàn)有技術(shù)的電流驅(qū)動電路存在下述缺點，馬達有較強的共振，是一個高Q值的系統(tǒng)而且其頻率取決于驅(qū)動振幅、馬達的功率及反射鏡的質(zhì)量。本裝置對于馬達功率、負載質(zhì)量及慣性、軸承的摩擦力、阻尼以及驅(qū)動頻率的漂移是敏感的。而且DC線圈的非線性恢復(fù)力產(chǎn)生“圖象浮散”(Blooming)現(xiàn)象。簡要地說，為使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，需適當?shù)刈鳈C械調(diào)整。
由于電流驅(qū)動電路的上述狀缺點，使它更適合于驅(qū)動帶有套筒式軸承的步進馬達，因其本身存在摩擦和阻尼;然而這種電流驅(qū)動電路不適于驅(qū)動具有球形軸承的步進馬達;因為這種結(jié)構(gòu)的摩擦力和阻尼是可忽視的，它的使用壽命長。本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路提供的高阻尼、低Q值非常適用于驅(qū)動這種裝有球形軸承的步進馬達。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種用于驅(qū)動激光式條形碼閱讀機步進馬達的電壓驅(qū)動電路。
本發(fā)明進一步的目的是應(yīng)用多重反饋回路及微步技術(shù)確保所述的步進馬達處于更寬的線性化范圍內(nèi)動作。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的電壓驅(qū)動電路不同于現(xiàn)有技術(shù)的，而使用了新機構(gòu)、新反饋控制、新微步補償技術(shù)。這種設(shè)計的基本點是不改變反射鏡裝置，關(guān)鍵是需要驅(qū)動球軸承步進馬達;這些對現(xiàn)有技術(shù)的電流驅(qū)動電路對所要求的振幅來說難以在穩(wěn)定狀態(tài)下完成。
本發(fā)明提供一個高阻尼、低Q值的電壓驅(qū)動電路，其中諧振被限制以及DC線圈的速度阻尼使定子的動態(tài)動力線性化;電壓驅(qū)動電路能工作在包括自然諧振頻率在內(nèi)的任何頻率;而且，電壓驅(qū)動電路由于補償馬達功率偏移、補償馬達軸承負載變化、均衡馬達溫度的改變，能帶動各種反射鏡的負載質(zhì)量;這種電壓驅(qū)動電路的缺點是很少的;由于馬達感抗的相位滯后使掃描啟動同步信號補償是必須的，電壓驅(qū)動電路峰值電壓限制在6V。
本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路主要包括一個產(chǎn)生周期性三角波電壓信號的三角波發(fā)生器;利用所述周期性三角波信號驅(qū)動AC線圈的裝置，其包括一個電壓反饋電路在該電路中跨接于AC線圈上的電壓作為比較信號并反饋于AC線圈驅(qū)動裝置的信號輸入端;利用DC線圈的電壓信號驅(qū)動所述DC線圈的驅(qū)動裝置。
本發(fā)明提供的電壓驅(qū)動電路包括由轉(zhuǎn)子、定子和帶中間接點的AC線圈和DC線圈組成的步進馬達;該馬達驅(qū)動電路包括產(chǎn)生周期性三角波形電壓信號的三角波信號發(fā)生器，AC線圈的驅(qū)動電路;接收周期性三角波信號作為一個輸入信號，其電路包括一個電壓反饋電路，其中跨接于AC線圈上的電壓反饋于輸入端;DC線圈的驅(qū)動電路產(chǎn)生直流線圈的電壓信號。
進一步詳述AC線圈的中心接點接地，AC線圈的驅(qū)動電路具有抑制在AC線圈上產(chǎn)生的反電動力電壓的作用。本發(fā)明的AC線圈驅(qū)動電路包括驅(qū)動AC線圈的第一相位線圈的第1非反相運算放大器及驅(qū)動第二相線圈的第2反相運算放大器;第1、第2運算放大器接收三角波電壓信號作為第一輸入信號，接收相應(yīng)的反饋信號為第2輸入信號;
本AC線圈的驅(qū)動電路還包括第1及第2低輸出阻抗的射極輸出器，以便將第1及第2運算放大器的輸出耦合到AC線圈。
本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路中的DC線圈的驅(qū)動電路利用來自AC線圈的電壓反饋信號修正前述AC線圈及DC線圈之間的角偏移，該電路包括用于聯(lián)接直流電壓驅(qū)動信號及電壓反饋信號的運算放大器;在反饋電路中由AC線圈取得的微步電壓反饋信號用于修正線圈間的中心偏移;DC線圈的驅(qū)動電路為馬達定子提供阻尼，以使動態(tài)動力線性化，并提供了低輸出阻抗裝置。
本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路中，三角波信號發(fā)生器是將一種間斷的直流信號輸?shù)揭浑娙萜?，該電路包括一比較器，其輸出耦合到一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，以便從輸該信號中分壓一部分輸入到一運算放大器，該運算放大器的使用于溫度補償?shù)碾娙萜髦芷谛缘爻潆姟?br> 一個掃描啟動滯后補償電路提供由馬達，特別是由線圈感抗和定子/負載慣性產(chǎn)生的相位滯后的滯后補償。
一個馬達故障檢測電路當步進馬達處于非工作狀態(tài)時，進行檢測，并于馬達處于非工作狀態(tài)時，限制激光掃描裝置中的功率輸入。當檢測到步進馬達的反電動力電壓處于負電壓范圍時，馬達故障檢測電路處于工作狀態(tài)。
本發(fā)明的效果在于本發(fā)明利用高阻尼、低Q值電路機構(gòu)，消除系統(tǒng)中的共振，由于DC線圈的速度阻尼，可使馬達定子動態(tài)動力線性化。
附圖簡要說明圖1本發(fā)明電壓驅(qū)動電路實施例的部分電路示意圖;
圖2本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路的三角波發(fā)生器及掃描啟動電路圖;
圖3本發(fā)明電壓驅(qū)動電路的部分電路圖;
圖4使用本發(fā)明電壓驅(qū)動電路的條形碼閱讀機的平面示意圖。
結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進一步說明如下如附圖所示馬達的電壓驅(qū)動電路包括一個三角波發(fā)生器10、一個AC線圈14的驅(qū)動電路12、一個DC線圈18的驅(qū)動電路16、掃描啟動(sos)補償電路20以及馬達故障檢測電路22。
以下是有關(guān)各部分電路功能及與以往電路不同處的敘述如圖2所示三角波信號產(chǎn)生過程利用比較器U1A及電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R5、R6、R7，將間斷的直流信號加到電容器C4(跨接于運算放大器U3A)，三角波信號由TP1端輸出。由于使用了新的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，所以可使用溫度補償?shù)?800Pf NPO/COG型電容器C4，它的頻率漂移小，而在現(xiàn)有技術(shù)的電路中使用0.1μf X7R型電容器產(chǎn)生較大的頻率漂移，這是由于在波焊時的高溫引起電容量的變化而產(chǎn)生的。
在三角波發(fā)生器電路中，連接在反饋電路中的比較器產(chǎn)生一個矩形波輸出信號，經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R5、R6、R7分壓，使矩形波信號幅度降低，以便能使用容量較小的溫度補償電容器C4，而且NPO/COG型電容器在受到如X7R型電容器所遇到的那種由于波焊造成的高溫時，其容量不會改變。矩形波信號經(jīng)運算放大器U3A轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ㄐ盘?，并?jīng)電位器R9調(diào)幅，由TP1輸出。
如圖1所示，在AC線圈14的驅(qū)動電路12中，AC線圈14的中間接點接地(代替現(xiàn)有技術(shù)電流驅(qū)動電路中的VBAT)，經(jīng)晶體管Q1及Q2構(gòu)成的低輸出阻抗射極輸出器連接到線圈的二端(AC線圈14的相反二端)。電壓反饋及低輸出阻抗驅(qū)動裝置(代替高輸出阻抗及電流反饋)的選擇是為了高阻尼、低Q值以及抑制反電動力電壓。反電動力(electromotiveforce)電壓是由運轉(zhuǎn)中的馬達產(chǎn)生的。運算放大器U2B和U2D取相同的增益值，它們由比較器U3B驅(qū)動，其具有7倍增益值，其振幅通過電位器R9調(diào)節(jié)。
在AC線圈的驅(qū)動電路12工作中，三角波信號由運算放大器U3B放大后，輸入到運算放大器U2B和U2D;運算放大器U2B為非反轉(zhuǎn)形的，三角波的正半周通過放大器Q1驅(qū)動AC線圈14的一個相位線圈;而運算放大器U2D是反轉(zhuǎn)形的，三角波的負半周通過放大器Q2驅(qū)動AC線圈14的另一相位線圈。所以，在三角波的每個周期中，在三角波的前半周期第一放大器U2D驅(qū)動AC線圈右邊的相位線圈(如圖示);在三角波的后半周期放大器U2B驅(qū)動AC線圈左邊的相位線圈。運算放大器U2B的反饋電壓經(jīng)電阻R17反饋到其輸入端，U2D的反饋電壓經(jīng)電阻R10反饋到輸入端。高阻尼、低Q值電路使步進馬達的位置非常精確地隨設(shè)定的三角波變動，這與電流反饋電路情況不同。
在DC線圈18的驅(qū)動電路16中，運算放大器U2C是以低輸出阻抗狀態(tài)下驅(qū)動一端接地的DC線圈18(代替現(xiàn)有電流驅(qū)動電路中的VBAT)。選用電壓反饋及低輸出阻抗是為了對馬達定子提供速度阻尼(速度阻尼是確保馬達的速度精確地隨輸入波形的予定的速度變化)。AC線圈14的反饋電壓取自于U2D的輸入端，作為微步信號以補償AC與DC線圈間的中心偏移。
在DC線圈18的驅(qū)動電路16的運轉(zhuǎn)中，直流電壓附加于DC線圈18中，并加一周期性微步電壓信號，以修正馬達的AC線圈14與DC線圈間的中心偏移，上述馬達是一種市場上可買到的非淺性步進馬達，它是以振動形式(而不是轉(zhuǎn)動)帶動激光掃描反射鏡;這類步進馬達的AC和DC線圈大約偏移22°，這會產(chǎn)生中心偏移的掃描運動;附加的微步電壓會產(chǎn)生對準中心的掃描振動，這有效地改變了制動裝置，使馬達停止到中心位置，提供一種具有線性響應(yīng)的馬達;此附加的微步信號電壓取自于U2D反饋回路中的電阻R10，并直接作為運算放大器U2A的輸入信號，運算放大器U2A的輸出信號直接輸入到運算放大器U2C。運算放大器U2C的第二輸入是直流電壓，由運算放大器U2C置入微步信號。
如圖2所示在掃描啟動(sos)修正電路中，電容器C5和電阻R10為比較器U1B提供一個時間延遲，以補償由驅(qū)動線圈感抗及定子負載慣性引起的相位滯后;(sos)電路20在提供一輸出信號在TP2直接輸入到激光掃描譯碼電路，sos電路20的輸出為譯碼電路提供一個顯示掃描啟動的信號;
sos電路20的輸入信號是三角波發(fā)生器10的運算放大器U3A輸出的三角波信號，它直接經(jīng)電容器C5延時并輸入到比較器U1B，U1B輸出一方波并由放大器Q3放大后由“sos”處輸出，該電路提供的時間延時輸出正比于電壓驅(qū)動電路引入的時間延時。
如圖3所示馬達故障檢測電路22在馬達的一組相位線圈TP3處檢測反電動力電壓，包括所有負電壓;晶體管Q4可檢測到任何負電壓信號，通過晶體管Q5對電容器C6充電，電容器C6的作用是控制場效應(yīng)晶體管(FET)Q6截止。這個電路對激光驅(qū)動電路提供一個輸出信號，以在不接馬達或馬達故障時限制激光器輸出只達功率的25%(idle mode)。
馬達故障檢測電路22的輸入信號來自于AC線圈驅(qū)動電路的晶體管Q2的輸出端，這是三角波信號的下半部，晶體管Q2僅在三角波信號高于接地電位時才導(dǎo)通;晶體管Q2不導(dǎo)通時，馬達故障檢測電路的輸入就是馬達的反電動力電壓，這時由馬達故障檢測電路22所檢測出的信號。
晶體管Q4對任何低于接地電位的電壓進行放大，并驅(qū)動晶體管Q5，并相繼驅(qū)動場效應(yīng)晶體管Q6，當檢測到馬達故障時，該電路產(chǎn)生一個高電平信號。
在頻率響應(yīng)測試中，球形軸承及套筒軸承馬達的頻率響應(yīng)是利用耦合到反射鏡上的速度傳感器測定的。馬達的驅(qū)動是分別利用過去的電流驅(qū)動電路的微步電路和上述電壓驅(qū)動電路的微步電路;各電路都是用三角波發(fā)生器驅(qū)動。頻率響應(yīng)試驗表明在電流驅(qū)動裝置中由于共振而出現(xiàn)振幅峰值，而本發(fā)明的電壓驅(qū)動裝置具有被阻尼的平直的頻率響應(yīng)。
在溫度試驗中，溫度試驗是以同樣電路及球形軸承馬達，在標準室溫(25℃)及提升到45℃下進行的，測試結(jié)果是相同的，本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路，是利用AC及DC線圈的反饋控制而得到自身的補償;振蕩器由使用一個NPO型電容器而得到溫度補償。
簡單地說，在二個電路所進行的試驗中，說明阻尼型電壓驅(qū)動微步電路不需任何電路調(diào)整即能使它配合任何馬達及反射鏡負載保持正常運轉(zhuǎn)及功能;本電路使用更少的直流電，占用相同的空間;以往的電流驅(qū)動電路裝置在驅(qū)動典型的套筒軸承馬達時，當振幅較大時會稍不穩(wěn)定，在驅(qū)動球形軸承馬達時，若不增加直流電流和反射鏡質(zhì)量也是不穩(wěn)定的?？傊?，電流驅(qū)動電路只有在使用封閉循環(huán)系統(tǒng)時具有減小相移及增加帶寬/相位增益的優(yōu)點，但是開放循環(huán)系統(tǒng)中在共振點振幅增加是不希望的。
圖4是本發(fā)明的電壓驅(qū)動電路用于條形碼閱讀機的一典型實施例，閱讀機100如圖所示，為一手持式掃描器，也可是桌上工作站或是固定型掃描器形式，本實施例中，掃描器外殼155上帶有射出激光束151的射出口156，該激光束151照射并橫掃位于外殼外側(cè)的符號170。
如圖4所示的手持掃描器記載于美國專利4，760，248或4，896，026中，也有類似結(jié)構(gòu)的市售條形碼閱讀器，其型號為Ls8100或Ls2000，此外，美國專利4，760，248或美國專利4，409，470是SYMBLOTECHNOLOGY公司申請的，這些專利都適用于圖4所示的條形碼閱讀機。
如圖4中，激光束151通常是利用設(shè)于閱讀機100內(nèi)的激光二極管產(chǎn)生的，激光束151直接照射在位于閱讀機前方數(shù)英寸的條形碼符號上，并按掃描軌跡掃描，來自條形符號的反射光線152藉由閱讀機內(nèi)的光敏無件158檢測，并產(chǎn)生連續(xù)電信號，該電信號被處理并譯碼以產(chǎn)生相應(yīng)條形碼的數(shù)據(jù)。
閱讀機100為具有把手53及觸動開關(guān)154的手槍型裝置，當用戶將其對準應(yīng)讀取的符號時，利用觸發(fā)開關(guān)，能使光束和檢測電路啟動;輕塑料外殼155內(nèi)裝有激光源、檢測器158、光學系統(tǒng)及信號處理電路CPU140和電源(或電池)162。外殼前端設(shè)有透光的透明窗156，激光束151及反射光束152經(jīng)透明窗156射出和射入，使用時將閱讀機100在一定距離處描準條型符號，不接觸符號或從符號上掃過。一般手持式閱讀機規(guī)定在距離符號幾英寸范圍內(nèi)操作。
如圖所示，透鏡157(或多重透鏡系統(tǒng))用于使激光束聚焦到一個適當?shù)膮⒖计矫嫔?半導(dǎo)體激光二極管光源146設(shè)置于透鏡157的光軸上，經(jīng)半透光的銀反射鏡或其他必要的窄光束成形系統(tǒng);當觸發(fā)開關(guān)154時，激光束隨著由電壓驅(qū)動電路驅(qū)動的掃描馬達而振動的反射鏡159移動;如果光源146所發(fā)出的光束為不可見光束，那么在光學系統(tǒng)中也包含用于產(chǎn)生瞄準的可見光束。
權(quán)利要求
1.一種步進馬達的電壓驅(qū)動電路，所述步進馬達具有一個轉(zhuǎn)子、一個定子、一個帶有中心接點的AC線圈和DC線圈，其特征在于電壓驅(qū)動電路包括a一個產(chǎn)生周期性三角波電壓信號的三角波發(fā)生器；b利用所述周期性三角波信號驅(qū)動AC線圈的裝置，其包括一個電壓反饋電路在該電路中跨接于AC線圈上的電壓作為比較信號并反饋于AC線圈驅(qū)動裝置的信號輸入端；c利用DC線圈的電壓信號驅(qū)動所述DC線圈的驅(qū)動裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于條形碼閱讀機激光掃描系統(tǒng)的電壓驅(qū)動電路，它包括產(chǎn)生周期性三角波電壓信號的三角波發(fā)生器、掃描馬達交流線圈的電壓驅(qū)動電路及直流線圈的電壓驅(qū)動電路、馬達故障檢測電路，該電壓驅(qū)動電路提供一個高阻尼、低Q值的驅(qū)動以消除系統(tǒng)的共振，使馬達定子的動態(tài)動力線性化，DC線圈的驅(qū)動電路包括一運算放大器，利用來自AC線圈的微步反饋電壓信號補償AC與DC線圈間的角偏移。
文檔編號H02P8/00GK1085359SQ9211118
公開日1994年4月13日 申請日期1992年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月29日
發(fā)明者米契爾·史考特·羅那 申請人:歐林巴斯光學工業(yè)股份有限公司