三轴步进电机控制系统

　　三轴步进电机系统在机器人、机床加工中心、全方位跟踪等系统中都有广泛的应用前景。传统眼底照相系统主要采用手动控制来确定相机位置，本系统可实现全自动瞳孔定位。主要介绍三轴步进电机系统的实现。

1 眼底照相系统

　　眼底照相系统主要由以下3个部分构成：

　　(1)三个二相步进电机及相应控制器构成三轴电机系统；

　　(2)电机驱动器负责接收控制命令参数及发送脉冲给相应电机；

　　(3)上位机由遥控面板或软件实现。

　　其系统工作流程：由眼底照相系统软件进行瞳孔自动定位和聚焦，调用“爬山算法”确定焦距及瞳孔位置，再发送相应的控制指令给下位机，控制电机移动从而调整相机至置最佳位置，周而复始直至最佳位置。眼底照相系统流程图见图1。

2 系统硬件设计

2.1 三轴二相步进电机及驱动器

　　此系统采用的电机与驱动器均为金坛市三鑫电机有限公司产品：

　　二相步进电机型号：42BYGH107步进电机是一种用电脉冲信号进行驱动控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件。

　　二相混合式步进电机驱动器型号：SH-2024B该型号驱动器具有工作电压范围宽、效率高，相电流、细分数可调，自动半流的特点，相电流设定从0.5～2 A，细分数设定有2，5，10，20，40共5档，可满足微步距驱动的要求。

2.2 控制板

　　控制板基于STC89C58RD+专用电机控制板，为本实验室开发，具有如下功能：

　　(1)五轴步进电机控制(15路数字信号输出)；

　　(2)16路开关量输入，路开关量输出，4路功率驱动输出；

　　(3)128×64图形液晶显示、30个可编辑功能键、15个LED灯指示；

　　(4)全光电隔离、双电源供电、高运行可靠性；

　　(5)高速CPU，ISP串口编程，可直接通过通信口修改软件，无需拆下电路；

　　(6)一路RS 232通信接口，可与PC机远程通信，实现远程监控功能。

　　(7)可能过RS 232通信接口外接副机遥控板，减少控制板接线，提高可靠性。

　　控制器电路见图2。

3 系统软件设计

　　系统采用RTX51TINY操作系统，共创建如下进程：初始化进程INIT，串口通信进程COM，电机转动进程IOCIRCLE及串口中断函数serial()。

　　各进程功能介绍下：

　　进程INIT()：串口初始化函数serial()，各参数初始化，创建COM，IOCIRCLE进程，删除自身。

　　串口初始化serial()：判断串口得到的控制字是否有误(采用偶校验)，有错直接返回，正确则唤醒进程COM()。

　　进程COM()：判断控制字类型，更改相应寄存器的值，并调用IOCIRCLE()进程。

　　进程IOCIRCLE()：依据各寄存器值，控制电机的运动状态。

流程图见图3，指令结构见图4。

4 结 语

　　将传统的手控眼底照相系统改进为自动控制，实现了上位机系统的简化，上位机只需要发送相应的控制命令即可实现对三轴步进电机的控制，此三轴步进电机系统很容易改进成多电机系统。

　　本系统的上位机实现遥控板控制与软件控制，软件控制若采用Java实现则可搭建B／S架构，实现远程控制。