魯杰爽

摘要：本文在分析光電編碼器工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了生物組織自動切片機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度測量電路，實(shí)踐證明，該硬件電路簡單可靠，響應(yīng)靈敏，旋轉(zhuǎn)角度測量精度高，具有較高的實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：生物組織切片機(jī)；旋轉(zhuǎn)角度測量；光電編碼器；單片機(jī)

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0173-01

1 引言

生物組織自動切片機(jī)是醫(yī)學(xué)病理檢測的重要常用儀器，轉(zhuǎn)動其搖柄，它將對被檢測生物組織相應(yīng)地進(jìn)行均勻地切片，并且對切片的厚度有著嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的檢測轉(zhuǎn)子位置和速度的方法是使用位置和速度傳感器，目前應(yīng)用比較廣泛的有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器等[1]，光電編碼器精度高、可靠、反應(yīng)快、體積小、重量輕，本文利用光電編碼器對搖柄的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行了精確的測量。

2 光電編碼器的結(jié)構(gòu)與工作原理

光電編碼器有四個基本組成部分：光源、轉(zhuǎn)盤、遮光板和光敏元件[2][3]。碼盤上均勻分布著多個孔，當(dāng)碼盤隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，檢測光路會時通時斷。當(dāng)碼盤隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到光源發(fā)出的光線恰好透過其孔時光路接通，光敏管會感應(yīng)產(chǎn)生邏輯1信號；當(dāng)光路被遮斷時，光敏管產(chǎn)生邏輯0信號；從而形成一個周期脈沖。光電編碼器上裝有相位相差90度的兩路光電檢測，兩個光敏管就會產(chǎn)生A、B兩路相位相差90度的正交信號。這樣光電編碼器通過光電轉(zhuǎn)換就將轉(zhuǎn)盤的機(jī)械轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)化成了脈沖信號，脈沖的個數(shù)與轉(zhuǎn)角的大小成正比關(guān)系，因此被測物體（與碼盤固定連接）轉(zhuǎn)動角度的大小可以通過對脈沖計數(shù)得到，轉(zhuǎn)速當(dāng)然也可以通過計算脈沖的頻率來獲得。

光電編碼器廣泛地用于旋轉(zhuǎn)角度檢測等方面，通常其輸出有A、B、Z三路輸出信號脈沖。A、B路脈沖由于旋轉(zhuǎn)方向不同有著+90或-90度的相位差，旋轉(zhuǎn)編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈發(fā)出一個Z信號脈沖，通?？梢宰鳛闄C(jī)械零位檢測。

3 旋轉(zhuǎn)角度檢測電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

光電編碼器與主軸固定連接，故編碼器的旋轉(zhuǎn)角度與主軸完全一致。旋轉(zhuǎn)角度檢測電路主要由光電編碼器、一片D觸發(fā)器74HC74芯片，一片與非門74LS00芯片組成，如圖1所示。

光電編碼器的輸出SA、SB路信號如圖2所示，它們分別接至D觸發(fā)器的D和CLK信號輸入端，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器順時針方向旋轉(zhuǎn)時，由于SA路信號一直超前SB路信號90度，故當(dāng)CLK端出現(xiàn)上升沿的SB路信號時，D端的SA路信號為高電平，因此觸發(fā)器的輸出信號Q將保持為高電平，利用Q信號的高電平去打開與非門U3A，使得旋轉(zhuǎn)編碼器的SA路脈沖能夠通過，作為正轉(zhuǎn)脈沖信號T0輸出給單片機(jī)計數(shù)；同時D觸發(fā)器的輸出信號為低電平，將與非門U3B鎖死，使得反轉(zhuǎn)脈沖信號T1關(guān)閉。

當(dāng)光電編碼器逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，由于SB路信號一直超前SA路信號90度，故當(dāng)CLK端出現(xiàn)上升沿的SB路信號時，D端的SA路信號為低電平，故觸發(fā)器的輸出信號Q保持為低電平，將與非門U3A鎖死，使得正轉(zhuǎn)脈沖信號T0關(guān)閉。同時D觸發(fā)器的輸出信號為高電平，打開與非門U3B，使得旋轉(zhuǎn)編碼器的SA路脈沖作為反轉(zhuǎn)脈沖信號T1輸出給單片機(jī)計數(shù)。

單片機(jī)對接收到的正轉(zhuǎn)脈沖信號T0或反轉(zhuǎn)脈沖信號T1進(jìn)行計數(shù)，就可以計算出主軸的旋轉(zhuǎn)角度，生物組織切片機(jī)根據(jù)主軸的旋轉(zhuǎn)角度控制切刀的進(jìn)刀量，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定厚度的生物組織切片的切削。

4 結(jié)語

本文所述的旋轉(zhuǎn)角度測量電路實(shí)際應(yīng)用于某生物組織自動切片機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中，實(shí)踐證明該硬件電路簡單可靠，響應(yīng)靈敏，旋轉(zhuǎn)角度測量精度高，具有較高的推廣使用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]王劍飛，胡書舉，李建林，等.基于增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制研究[J].電氣傳動，2009，39（5）：27-30.

[2]李鵬飛，汪光森，張向明，等.基于光電編碼器的角加速度觀測器設(shè)計[J].計算技術(shù)與自動化，2017，36（2）：78-84.

[3]蔡夕忠傳感器應(yīng)用技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2006.endprint