三軸步進電機控制系統

　　三軸步進電機系統在機器人、機床加工中心、全方位跟蹤等系統中都有廣泛的應用前景。傳統眼底照相系統主要采用手動控制來確定相機位置，本系統可實現全自動瞳孔定位。主要介紹三軸步進電機系統的實現。

1 眼底照相系統

　　眼底照相系統主要由以下3個部分構成：

　　(1)三個二相步進電機及相應控制器構成三軸電機系統；

　　(2)電機驅動器負責接收控制命令參數及發送脈沖給相應電機；

　　(3)上位機由遙控面板或軟件實現。

　　其系統工作流程：由眼底照相系統軟件進行瞳孔自動定位和聚焦，調用“爬山算法”確定焦距及瞳孔位置，再發送相應的控制指令給下位機，控制電機移動從而調整相機至置最佳位置，周而復始直至最佳位置。眼底照相系統流程圖見圖1。

2 系統硬件設計

2.1 三軸二相步進電機及驅動器

　　此系統采用的電機與驅動器均為金壇市三鑫電機有限公司產品：

　　二相步進電機型號：42BYGH107步進電機是一種用電脈沖信號進行驅動控制，并將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的機電執行元件。

　　二相混合式步進電機驅動器型號：SH-2024B該型號驅動器具有工作電壓范圍寬、效率高，相電流、細分數可調，自動半流的特點，相電流設定從0.5～2 A，細分數設定有2，5，10，20，40共5檔，可滿足微步距驅動的要求。

2.2 控制板

　　控制板基于STC89C58RD+專用電機控制板，為本實驗室開發，具有如下功能：

　　(1)五軸步進電機控制(15路數字信號輸出)；

　　(2)16路開關量輸入，路開關量輸出，4路功率驅動輸出；

　　(3)128×64圖形液晶顯示、30個可編輯功能鍵、15個LED燈指示；

　　(4)全光電隔離、雙電源供電、高運行可靠性；

　　(5)高速CPU，ISP串口編程，可直接通過通信口修改軟件，無需拆下電路；

　　(6)一路RS 232通信接口，可與PC機遠程通信，實現遠程監控功能。

　　(7)可能過RS 232通信接口外接副機遙控板，減少控制板接線，提高可靠性。

　　控制器電路見圖2。

3 系統軟件設計

　　系統采用RTX51TINY操作系統，共創建如下進程：初始化進程INIT，串口通信進程COM，電機轉動進程IOCIRCLE及串口中斷函數serial()。

　　各進程功能介紹下：

　　進程INIT()：串口初始化函數serial()，各參數初始化，創建COM，IOCIRCLE進程，刪除自身。

　　串口初始化serial()：判斷串口得到的控制字是否有誤(采用偶校驗)，有錯直接返回，正確則喚醒進程COM()。

　　進程COM()：判斷控制字類型，更改相應寄存器的值，并調用IOCIRCLE()進程。

　　進程IOCIRCLE()：依據各寄存器值，控制電機的運動狀態。

流程圖見圖3，指令結構見圖4。

4 結 語

　　將傳統的手控眼底照相系統改進為自動控制，實現了上位機系統的簡化，上位機只需要發送相應的控制命令即可實現對三軸步進電機的控制，此三軸步進電機系統很容易改進成多電機系統。

　　本系統的上位機實現遙控板控制與軟件控制，軟件控制若采用Java實現則可搭建B／S架構，實現遠程控制。