高分辨率扫描控制系统及其细分驱动控制方法
【专利摘要】本发明公开一种高分辨率扫描控制系统，该系统包含：上位机，其输出控制信息；现场可编程门阵列；其输入端电路连接上位机串口，接收上位机输出的控制信息，分析处理后输出脉冲宽度调制信号；恒流斩波驱动控制模块，其输入端电路连接现场可编程门阵列，接收现场可编程门阵列输出的脉冲宽度调制信号，输出电机控制信号；电机；其电路连接恒流斩波驱动控制模块，接收恒流斩波驱动控制模块输出的电机控制信号，对摆镜进行控制。本发明通过现场可编程门阵列产生细分信号，并通过恒流斩波技术实现对输入两相混合步进电机电流的控制，以达到电机转动时的高步距角分辨率以及稳定性和速度与方向的要求。
【专利说明】高分辨率扫描控制系统及其细分驱动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高分辨率扫描控制系统中对摆镜实现的高线性度和高稳定性的控制技术，具体涉及一种高分辨率扫描控制系统及其细分驱动控制方法。
【背景技术】
[0002]现有的为满足光电系统大视场、高分辨率需求的光学机械扫描方法分为旋转反射棱镜，旋转平面镜以及摆动平面镜。旋转反射棱镜可以实现高速扫描，扫描效率较高，但在会聚光束中会产生严重的像散，主要用于平行光束扫描，其扫描视场宽，图像质量一般；旋转平面镜的扫描器结构简单，扫描视场宽，但扫描效率低，图像质量一般；摆动平面镜在一定范围内周期性摆动，既可用做平行光束扫描器，又可用做会聚光束扫描器，扫描效率不高，扫描视场窄。因此，在进行汇聚光束扫描时需选用摆动平面镜扫描方式并通过一定的控制来扩大摆动平面镜的有效摆动幅度、提高其有效扫描时间，减少无效扫描时间，从而能够达到宽视场、闻效率、闻稳定性的技术指标。
[0003]同时，目前扫描摆镜的驱动方式主要靠力矩电机直接驱动摆镜，直驱方式可以达到很好的控制精度，扫描器结构也相对简单，但这种驱动方式对电机的驱动能力要求极高，而且摆镜的面积和转动惯量也必须严格控制。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种高分辨率扫描控制系统及其细分驱动控制方法，达到高分辨率光学系统在采集时所需的大视场，高分辨率以及高稳定性的光学机械摆动要求，同时实现了对摆镜在摆动时的速度和方向的实时改变。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种高分辨率扫描控制系统，其特点是，该系统包含:
上位机，其输出控制信息；
现场可编程门阵列；其输入端电路连接上位机串口，接收上位机输出的控制信息，分析处理后输出脉冲宽度调制信号；
恒流斩波驱动控制模块，其输入端电路连接现场可编程门阵列，接收现场可编程门阵列输出的脉冲宽度调制信号，输出电机控制信号；
电机；其电路连接恒流斩波驱动控制模块，接收恒流斩波驱动控制模块输出的电机控制信号，对摆镜进行控制。
[0006]上述现场可编程门阵列包含:数字时钟模块，执行计数器，脉冲宽度调制生成器模块，细分等级模块，方向控制模块；
数字时钟模块，其产生时钟信号。并输出到执行计数器、脉冲宽度调制生成器模块、细分等级模块以及方向控制模块，以提供程序执行的基准时钟信号；
执行计数器，其以给定时钟信号为基准进行计数，达到一定计数值后产生并输出控制信号至细分等级模块；方向控制模块，其按照给定指令输出电机正向运转或反向运转的方向信号至细分等级模块；
细分等级模块，其接收控制信号和方向信号，在时钟信号基准下给脉冲宽度调制生成器模块发送相应的地址信号以得到脉冲宽度调制生成器模块送回的8位数据信号并将其与控制信号一并输出给后续电路；
脉冲宽度调制生成器模块，其在接收到地址信号后，从相应地址取出8位数据信号输出给细分等级模块。
[0007]上述脉冲宽度调制信号包含方向信号与参考电压信号。
[0008]上述现场可编程门阵列的I/O 口电路连接有比较器，该比较器接收现场可编程门阵列输出的参考电压信号，并与恒流斩波驱动控制模块(3)输出的负载感应电流取样所得的取样信号进行比较，输出斩波控制信号至恒流斩波驱动控制模块。
[0009]上述现场可编程门阵列的I/O 口与比较器之间还电路连接有数模转换电路，用于将现场可编程门阵列输出的数字信号转换为模拟信号。
[0010]上述现场可编程门阵列的I/O 口分别与数模转换电路及恒流斩波驱动控制模块之间还电路连接有电平转换电路，电平转换电路输出端分别电路连接至数模转换电路输入端以及恒流斩波驱动控制模块输入端；现场可编程门阵列输出参考电压信号至电平转换电路进行电平转换后传输至 数模转换电路，现场可编程门阵列输出方向信号至电平转换电路进行电平转换后传输至恒流斩波驱动控制模块。
[0011]上述摆镜的下方设有26位的编码码盘，该编码码盘实时探测摆镜角度反馈至上位机。
[0012]上述电机采用两相混合式步进电机。
[0013]一种上述的高分辨率扫描控制系统的细分驱动控制方法，其特点是，该方法包含以下步骤:
步骤1、测定并记录均匀步距角细分后电机两相的电流数据；
步骤1.1、将通入电机A、B两相的电流按下式进行变化:
【权利要求】
1.一种高分辨率扫描控制系统，其特征在于，该系统包含: 上位机(1)，其输出控制信息； 现场可编程门阵列(2);其输入端电路连接所述上位机(I)串口，接收上位机输出的控制信息，分析处理后输出脉冲宽度调制信号； 恒流斩波驱动控制模块(3 )，其输入端电路连接所述现场可编程门阵列(2 )，接收现场可编程门阵列(2)输出的脉冲宽度调制信号，输出电机控制信号； 电机(4);其电路连接恒流斩波驱动控制模块(3)，接收恒流斩波驱动控制模块(3)输出的电机控制信号，对摆镜进行控制。
2.如权利要求书I所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列(2)包含:数字时钟模块，执行计数器，脉冲宽度调制生成器模块，细分等级模块，方向控制丰旲块; 数字时钟模块，其产生时钟信号，并输出到执行计数器、脉冲宽度调制生成器模块、细分等级模块以及方向控制模块，以提供程序执行的基准时钟信号； 执行计数器，其以给定时钟信号为基准进行计数，达到一定计数值后产生并输出控制信号至细分等级模块； 方向控制模块，其按照给定指令输出电机正向运转或反向运转的方向信号至细分等级模块； 细分等级模块，其接收控制信号和方向信号，在时钟信号基准下给脉冲宽度调制生成器模块发送相应的地址信号以得到脉冲宽度调制生成器模块送回的8位数据信号并将其与控制信号一并输出给后续电路；` 脉冲宽度调制生成器模块，其在接收到地址信号后，从相应地址取出8位数据信号输出给细分等级模块。
3.如权利要求书I所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述脉冲宽度调制信号包含方向信号与参考电压信号。
4.如权利要求书3所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列(2 )的I/O 口电路连接有比较器(7 )，该比较器(7 )接收现场可编程门阵列(2 )输出的参考电压信号，并与恒流斩波驱动控制模块(3)输出的负载感应电流取样所得的取样信号进行比较，输出斩波控制信号至恒流斩波驱动控制模块(3)。
5.如权利要求书4所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列(2)的I/O 口与比较器之间还电路连接有数模转换电路(5)，用于将现场可编程门阵列(2)输出的数字信号转换为模拟信号。
6.如权利要求书5所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列(2)的I/O 口分别与数模转换电路(5)及恒流斩波驱动控制模块(3)之间还电路连接有电平转换电路(6)，电平转换电路(6)输出端分别电路连接数模转换电路(5)输入端以及恒流斩波驱动控制模块(3)的输入端；现场可编程门阵列输出参考电压信号至电平转换电路(6)进行电平转换后传输至数模转换电路(5)，现场可编程门阵列输出方向信号至电平转换电路(6 )进行电平转换后传输至恒流斩波驱动控制模块(3 )。
7.如权利要求书I所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述摆镜的下方设有26位的编码码盘，该编码码盘实时探测摆镜角度反馈至上位机(I )。
8.如权利要求书I所述的高分辨率扫描控制系统，其特征在于，所述电机(4)采用两相混合式步进电机。
9.一种如权利要求1至8中任意一项权利要求所述的高分辨率扫描控制系统的细分驱动控制方法，其特征在于，该方法包含以下步骤: 步骤1、测定并记录均匀步距角细分后电机两相的电流数据； 步骤2、上位机(I)输出控制信息至现场可编程门阵列(2)，根据步数选取对应的电流数据输出至现场可编程门阵列(2)； 步骤3、现场可编程门阵列(2)根据接收的控制信息与电流数据，进行分析处理后，输出方向信号与参考电压信号；； 步骤4、电平转换电路(6)接收现场可编程门阵列(2)输出的参考电压信号电平转换后输出至数模转换电路(5)，接收现场可编程门阵列(2)输出的方向信号电平转换后输出至恒流斩波驱动控制模块(3)； 步骤5、数模转换电路(5 )接收参考电压信号进行数模转换，输出至比较器； 步骤6、比较器(7)接收参考电压信号以及恒流斩波驱动控制模块(3)输出的负载感应电流取样所得的取样信号，输出斩波控制信号至恒流斩波驱动控制模块(3); 步骤7、恒流斩波驱动控制模块(3)接收比较器输出的出斩波控制信号、电平转换电路(6)输出的方向信号,输出电机控制信号对电机(4)进行恒流斩波驱动控制； 步骤8、电机(4)控制摆镜进行光学扫描。
10.如权利要求9所述高分辨率扫描控制系统的细分驱动控制方法，其特征在于，所述步骤I包含以下步骤: 步骤1.1、将通入电机A、B两相的电流按下式进行变化:
【文档编号】G05D3/12GK103699139SQ201310352923
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月14日 优先权日:2013年8月14日
【发明者】安博文, 刘毓博, 崔安杰 申请人:上海海事大学