生物组织自动切片机旋转角度测量电路的设计

鲁杰爽

摘要：本文在分析光电编码器工作原理的基础上，设计了生物组织自动切片机的旋转角度测量电路，实践证明，该硬件电路简单可靠，响应灵敏，旋转角度测量精度高，具有较高的实用价值。

关键词：生物组织切片机；旋转角度测量；光电编码器；单片机

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0173-01

1 引言

生物组织自动切片机是医学病理检测的重要常用仪器，转动其摇柄，它将对被检测生物组织相应地进行均匀地切片，并且对切片的厚度有着严苛的要求。传统的检测转子位置和速度的方法是使用位置和速度传感器，目前应用比较广泛的有光电编码器、旋转变压器和感应同步器等[1]，光电编码器精度高、可靠、反应快、体积小、重量轻，本文利用光电编码器对摇柄的旋转角度进行了精确的测量。

2 光电编码器的结构与工作原理

光电编码器有四个基本组成部分：光源、转盘、遮光板和光敏元件[2][3]。码盘上均匀分布着多个孔，当码盘随转子旋转时，检测光路会时通时断。当码盘随着转子转到光源发出的光线恰好透过其孔时光路接通，光敏管会感应产生逻辑1信号；当光路被遮断时，光敏管产生逻辑0信号；从而形成一个周期脉冲。光电编码器上装有相位相差90度的两路光电检测，两个光敏管就会产生A、B两路相位相差90度的正交信号。这样光电编码器通过光电转换就将转盘的机械转旋转角度转化成了脉冲信号，脉冲的个数与转角的大小成正比关系，因此被测物体（与码盘固定连接）转动角度的大小可以通过对脉冲计数得到，转速当然也可以通过计算脉冲的频率来获得。

光电编码器广泛地用于旋转角度检测等方面，通常其输出有A、B、Z三路输出信号脉冲。A、B路脉冲由于旋转方向不同有着+90或-90度的相位差，旋转编码器每旋转一圈发出一个Z信号脉冲，通常可以作为机械零位检测。

3 旋转角度检测电路的设计与实现

光电编码器与主轴固定连接，故编码器的旋转角度与主轴完全一致。旋转角度检测电路主要由光电编码器、一片D触发器74HC74芯片，一片与非门74LS00芯片组成，如图1所示。

光电编码器的输出SA、SB路信号如图2所示，它们分别接至D触发器的D和CLK信号输入端，当旋转编码器顺时针方向旋转时，由于SA路信号一直超前SB路信号90度，故当CLK端出现上升沿的SB路信号时，D端的SA路信号为高电平，因此触发器的输出信号Q将保持为高电平，利用Q信号的高电平去打开与非门U3A，使得旋转编码器的SA路脉冲能够通过，作为正转脉冲信号T0输出给单片机计数；同时D触发器的输出信号为低电平，将与非门U3B锁死，使得反转脉冲信号T1关闭。

当光电编码器逆时针方向旋转时，由于SB路信号一直超前SA路信号90度，故当CLK端出现上升沿的SB路信号时，D端的SA路信号为低电平，故触发器的输出信号Q保持为低电平，将与非门U3A锁死，使得正转脉冲信号T0关闭。同时D触发器的输出信号为高电平，打开与非门U3B，使得旋转编码器的SA路脉冲作为反转脉冲信号T1输出给单片机计数。

单片机对接收到的正转脉冲信号T0或反轉脉冲信号T1进行计数，就可以计算出主轴的旋转角度，生物组织切片机根据主轴的旋转角度控制切刀的进刀量，就可以实现设定厚度的生物组织切片的切削。

4 结语

本文所述的旋转角度测量电路实际应用于某生物组织自动切片机的产品设计开发中，实践证明该硬件电路简单可靠，响应灵敏，旋转角度测量精度高，具有较高的推广使用价值。

参考文献

[1]王剑飞，胡书举，李建林，等.基于增量式旋转编码器的永磁风力发电机控制研究[J].电气传动，2009，39（5）：27-30.

[2]李鹏飞，汪光森，张向明，等.基于光电编码器的角加速度观测器设计[J].计算技术与自动化，2017，36（2）：78-84.

[3]蔡夕忠传感器应用技能训练[M].北京：高等教育出版社，2006.endprint