生物組織自動切片機旋轉角度測量電路的設計

魯杰爽

摘要：本文在分析光電編碼器工作原理的基礎上，設計了生物組織自動切片機的旋轉角度測量電路，實踐證明，該硬件電路簡單可靠，響應靈敏，旋轉角度測量精度高，具有較高的實用價值。

關鍵詞：生物組織切片機；旋轉角度測量；光電編碼器；單片機

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

1 引言

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

2 光電編碼器的結構與工作原理

光電編碼器有四個基本組成部分：光源、轉盤、遮光板和光敏元件[2][3]。碼盤上均勻分布著多個孔，當碼盤隨轉子旋轉時，檢測光路會時通時斷。當碼盤隨著轉子轉到光源發出的光線恰好透過其孔時光路接通，光敏管會感應產生邏輯1信號；當光路被遮斷時，光敏管產生邏輯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換就將轉盤的機械轉旋轉角度轉化成了脈沖信號，脈沖的個數與轉角的大小成正比關系，因此被測物體（與碼盤固定連接）轉動角度的大小可以通過對脈沖計數得到，轉速當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路脈沖由于旋轉方向不同有著+90或-90度的相位差，旋轉編碼器每旋轉一圈發出一個Z信號脈沖，通?？梢宰鳛闄C械零位檢測。

3 旋轉角度檢測電路的設計與實現

光電編碼器與主軸固定連接，故編碼器的旋轉角度與主軸完全一致。旋轉角度檢測電路主要由光電編碼器、一片D觸發器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觸發器的D和CLK信號輸入端，當旋轉編碼器順時針方向旋轉時，由于SA路信號一直超前SB路信號90度，故當CLK端出現上升沿的SB路信號時，D端的SA路信號為高電平，因此觸發器的輸出信號Q將保持為高電平，利用Q信號的高電平去打開與非門U3A，使得旋轉編碼器的SA路脈沖能夠通過，作為正轉脈沖信號T0輸出給單片機計數；同時D觸發器的輸出信號為低電平，將與非門U3B鎖死，使得反轉脈沖信號T1關閉。

當光電編碼器逆時針方向旋轉時，由于SB路信號一直超前SA路信號90度，故當CLK端出現上升沿的SB路信號時，D端的SA路信號為低電平，故觸發器的輸出信號Q保持為低電平，將與非門U3A鎖死，使得正轉脈沖信號T0關閉。同時D觸發器的輸出信號為高電平，打開與非門U3B，使得旋轉編碼器的SA路脈沖作為反轉脈沖信號T1輸出給單片機計數。

單片機對接收到的正轉脈沖信號T0或反轉脈沖信號T1進行計數，就可以計算出主軸的旋轉角度，生物組織切片機根據主軸的旋轉角度控制切刀的進刀量，就可以實現設定厚度的生物組織切片的切削。

4 結語

本文所述的旋轉角度測量電路實際應用于某生物組織自動切片機的產品設計開發中，實踐證明該硬件電路簡單可靠，響應靈敏，旋轉角度測量精度高，具有較高的推廣使用價值。

參考文獻

[1]王劍飛，胡書舉，李建林，等.基于增量式旋轉編碼器的永磁風力發電機控制研究[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計[J].計算技術與自動化，2017，36（2）：78-84.

[3]蔡夕忠傳感器應用技能訓練[M].北京：高等教育出版社，2006.endprint