数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法及装置与流程

1.本发明涉及一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法及装置，属于步进电机控制技术领域。


背景技术：

2.数字切片扫描仪是一种将计算机技术与传统光学放大装置有机结合的技术。通过使用步进电机带动x、y、z三个轴的移动，便可以将整个病理切片或者指定位置的病理切片完整的扫描拍摄下来。
3.步进电机是通过接收脉冲来实现角位移的，脉冲频率的快慢直接影响到步进电机转动的快慢。步进电机启动时不能使用过快的脉冲频率，过快的脉冲频率会使步进电机出现失步现象，脉冲频率的突然停止可能会使步进电机出现过冲现象。所以步进电机的启动和停止是存在一个加速和一个减速的过程，即脉冲频率越来越快和脉冲频率越来越慢的过程。而步进电机的加速减速过程则直接影响到步进电机运动的是否准确平滑稳定流畅。
4.步进电机加速和减速过快会带来较大的电机震动，将步进电机加速和减速减慢，虽然震动减小，但是会占用较多的时间。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法及装置，能够灵活的控制步进电机的加速和减速。
6.本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
7.第一方面，本发明实施例提供的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法，包括以下步骤：
8.根据数字切片扫描仪扫描过程中步进电机的最高转速计算出步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔；
9.根据所计算的时间间隔、以及加减速所需要的步数x和时间，计算s型加减速曲线的各个参数；
10.通过s型加减速曲线公式计算出步进电机加速阶段和减速阶段每步之间的时间间隔；
11.根据输入步数的不同，将总步数划分为多个部分；
12.根据划分好的步数，配合步与步之间的时间间隔，控制步进电机的移动。
13.作为本实施例一种可能的实现方式，所述步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔t为：
[0014][0015]
式中，m为步进电机的转速，n为步进电机一圈的步数。
[0016]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述s型加减速曲线的公式为：
[0017][0018]
式中，t为步与步之间的时间间隔，k为步与步之间的时间间隔的最大值，a和b为常数，x为加速时的步数。
[0019]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为多个部分，包括：根据输入步数的不同，将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分，或者将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分。
[0020]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分，包括：
[0021]
将步进电机移动的步数与设定好的阈值步数进行比较，如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为偶数，则将总步数划分为一半加速步数和一半减速步数。
[0022]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分，包括：如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为奇数，则将总步数划分为1步匀速，剩余步数一半加速步数和一半减速步数；如果步进电机移动步数大于2倍的阈值步数，则加速步数和减速步数都等于阈值，剩余步数为匀速步数。
[0023]
第二方面，本发明实施例提供的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制装置，包括：
[0024]
最高速间隔计算模块，用于根据数字切片扫描仪扫描过程中步进电机的最高转速计算出步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔；
[0025]
曲线参数计算模块，用于根据所计算的步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔、以及加减速所需要的步数x和时间，计算s型加减速曲线的各个参数；
[0026]
阶段时间间隔模块，用于通过s型加减速曲线公式计算出步进电机加速阶段和减速阶段每步之间的时间间隔；
[0027]
步数划分模块，用于根据输入步数的不同，将总步数划分为多个部分；
[0028]
控制模块，用于根据划分好的步数，配合步与步之间的时间间隔，控制步进电机的移动。
[0029]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔t为：
[0030][0031]
式中，m为步进电机的转速，n为步进电机一圈的步数。
[0032]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述s型加减速曲线的公式为：
[0033][0034]
式中，t为步与步之间的时间间隔，k为步与步之间的时间间隔的最大值，a和b为常数，x为加速时的步数。
[0035]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步数划分模块包括：
[0036]
第一步数划分模块，用于根据输入步数的不同，将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分；
[0037]
或者，第二步数划分模块，用于根据输入步数的不同，将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分。
[0038]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分，包括：
[0039]
将步进电机移动的步数与设定好的阈值步数进行比较，如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为偶数，则将总步数划分为一半加速步数和一半减速步数。
[0040]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分，包括：如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为奇数，则将总步数划分为1步匀速，剩余步数一半加速步数和一半减速步数；如果步进电机移动步数大于2倍的阈值步数，则加速步数和减速步数都等于阈值，剩余步数为匀速步数。
[0041]
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
[0042]
本发明对步进电机的加速和减速控制更加灵活更加精准，对步进电机转动不同步数的时间控制也更加灵活。相较于其他的步进电机加减速方式，本发明使步进电机加减速过程速度变化更加平缓，转动更加流畅。
附图说明：
[0043]
图1是根据一示例性实施例示出的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法的流程图；
[0044]
图2是根据一示例性实施例示出的一种s型加减速曲线示意图(加速曲线和减速曲线)；
[0045]
图3是根据一示例性实施例示出的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制装置的结构图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0047]
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0048]
图1是根据一示例性实施例示出的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制方法，包括以下步骤：
[0049]
根据数字切片扫描仪扫描过程中步进电机的最高转速计算出步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔；
[0050]
根据所计算的时间间隔、以及加减速所需要的步数x和时间，计算s型加减速曲线
的各个参数；
[0051]
通过s型加减速曲线公式计算出步进电机加速阶段和减速阶段每步之间的时间间隔；
[0052]
根据输入步数的不同，将总步数划分为多个部分；
[0053]
根据划分好的步数，配合步与步之间的时间间隔，控制步进电机的移动。
[0054]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔t为：
[0055][0056]
式中，m为步进电机的转速，n为步进电机一圈的步数。
[0057]
步与步之间的时间间隔t越大步进电机转动越慢，反之步进电机转动越快，通过改变步进电机步与步之间的时间间隔来改变步进电机的转速。步进电机每接收到一个脉冲信号，步进电机转动一个角度前进一步，脉冲间隔等同于步与步之间的时间间隔t。脉冲间隔越低即脉冲频率越快，步进电机转速越快。
[0058]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述s型加减速曲线的公式为：
[0059][0060]
式中，t为步与步之间的时间间隔，k为步与步之间的时间间隔的最大值，a和b为常数，x为加速步数。x为任意正整数
[0061]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为多个部分，包括：根据输入步数的不同，将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分，或者将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分。
[0062]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分，包括：
[0063]
将步进电机移动的步数与设定好的阈值步数进行比较，如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为偶数，则将总步数划分为一半加速步数和一半减速步数。
[0064]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分，包括：如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为奇数，则将总步数划分为1步匀速，剩余步数一半加速步数和一半减速步数；如果步进电机移动步数大于2倍的阈值步数，则加速步数和减速步数都等于阈值，剩余步数为匀速步数。
[0065]
第二方面，本发明实施例提供的一种数字切片扫描仪步进电机加减速的控制装置，包括：
[0066]
最高速间隔计算模块，用于根据数字切片扫描仪扫描过程中步进电机的最高转速计算出步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔；
[0067]
曲线参数计算模块，用于根据所计算的步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔、以及加减速所需要的步数x和时间，计算s型加减速曲线的各个参数；
[0068]
阶段时间间隔模块，用于通过s型加减速曲线公式计算出步进电机加速阶段和减速阶段每步之间的时间间隔；
[0069]
步数划分模块，用于根据输入步数的不同，将总步数划分为多个部分；
[0070]
控制模块，用于根据划分好的步数，配合步与步之间的时间间隔，控制步进电机的移动。
[0071]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步进电机最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔t为：
[0072][0073]
式中，m为步进电机的转速，n为步进电机一圈的步数。
[0074]
作为本实施例一种可能的实现方式，如图2所示，所述s型加减速曲线的公式为：
[0075][0076]
式中，t为步与步之间的时间间隔，k为步与步之间的时间间隔的最大值，a和b为常数，x为加速时的步数。
[0077]
横轴表示x，纵轴表示t。x＝1时，t为步进电机第一步(即第一个脉冲)后的时间间隔。x＝2时，t为步进电机第二步(即第二个脉冲)后的时间间隔。以此类推，加速步数或者减速步数需要多少步即x依次取值到多少。k决定了步与步之间的最大时间间隔t，即最大脉冲间隔，b决定了步进电机速度由静止到匀速运动变化的快慢，x表示第几步(假设加速设定为30步，则x依次取值1到30)，a：该值决定了在x固定的情况下t的最小值为多少。
[0078]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步数划分模块包括：
[0079]
第一步数划分模块，用于根据输入步数的不同，将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分；
[0080]
或者，第二步数划分模块，用于根据输入步数的不同，将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分。
[0081]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数和减速步数两个部分，包括：
[0082]
将步进电机移动的步数与设定好的阈值步数进行比较，如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为偶数，则将总步数划分为一半加速步数和一半减速步数。
[0083]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述将总步数划分为加速步数、匀速步数和减速步数三个部分，包括：如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为奇数，则将总步数划分为1步匀速，剩余步数一半加速步数和一半减速步数；如果步进电机移动步数大于2倍的阈值步数，则加速步数和减速步数都等于阈值，剩余步数为匀速步数。
[0084]
利用本发明所示控制装置进行控制数字切片扫描仪步进电机加减速的一种具体实施过程为：
[0085]
根据实际步进电机的性能和实际使用中对步进电机的要求，要求x轴步进电机转速为236转每分钟，x轴步进电机一圈为3200步，即可算出x轴最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔t＝79微秒。
[0086]
为了减小步进电机启停的震动情况并考虑到步进电机移动的时间控制，加减速步数取值为x＝50。第一步到第二步的初始时间间隔设为k＝300微秒。
[0087]
通过以上参数的确定，即可以知道x从1取值到50步，t所对应的值应该是从300到79微秒。即步进电机从第一步到第五十步加速完成，每一步之间的时间间隔越来越小，直到我们设定的最高速匀速运动时步与步之间的时间间隔t＝79微秒。然后根据经验开始设置s型曲线公式中参数a和b的值，使其符合上述要求。
[0088]
s型曲线公式确定后，根据s型曲线公式计算出s型曲线所对应的时间间隔数据并存入数组a。这些时间间隔数据则直接控制步进电机转动脉冲发送的频率快慢。
[0089]
将步进电机移动的步数与设定好的阈值步数(加速步数x＝50)进行比较，如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为偶数，则将移动步数划分为一半加速一半减速；如果步进电机移动步数小于等于2倍的阈值步数且为奇数，则将移动步数划分为1步匀速剩余步数一半加速一半减速；如果步进电机移动步数大于2倍的阈值步数，则加速步数等于减速步数等于阈值，剩余步数为匀速步数。
[0090]
将步进电机移动的步数划分完成后开始执行加速函数，产生的脉冲频率由数组a中读取，减速曲线即为加速曲线的反向执行。
[0091]
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0092]
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0093]
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0094]
另外，在本申请提供的实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
[0095]
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0096]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0097]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0098]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。