本實用新型涉及X射線機運動技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路及其裝置。

背景技術(shù)：

在X射線機運動控制系統(tǒng)中，出于對成本和負載作用力的考慮，采用步進電機對機械臂結(jié)構(gòu)進行運動控制。整個過程中的限位保護包括限位功能和急停功能。所謂限位功能是指整機在運動過程中受到系統(tǒng)空間的約束限制，避免整機運動受到誤操作的影響而進入異常位置，影響醫(yī)生對整機的使用。例如X射線機運動控制過程中的機械臂升降限位、機械臂旋轉(zhuǎn)限位以及壓迫器運動限位等。急停控制是指通過外部急停按鈕實現(xiàn)整機運動立即停止。實際應用中這兩個功能對于減少因誤操作給醫(yī)生帶來困擾，延長整機使用壽命，提高整機運動可靠性具有重要意義。

傳統(tǒng)的限位功能和急停功能的實現(xiàn)方法是直接將限位觸發(fā)信號、急停按鍵信號反饋至控制器的CPU，由CPU響應后控制步進電機停止轉(zhuǎn)動。但是，CPU響應限位觸發(fā)信號、急停按鍵信號需要一段時間，不能即刻停止步進電機；并且響應過程會占用一定的CPU資源，降低CPU 的可靠性。

因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型的目的在于提供一種X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路及其裝置，以解決現(xiàn)有限位保護通過CPU響應導致CPU占用率較大的問題。

為了達到上述目的，本實用新型采取了以下技術(shù)方案：

一種X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路，連接CPU、限位識別電路，其中，所述限位保護電路包括：

用于對輸入的急停按鍵信號進行隔離和電平轉(zhuǎn)換，輸出使能信號的隔離單元；

用于根據(jù)輸入的一組限位觸發(fā)信號和轉(zhuǎn)向控制信號輸出第一路控制信號，以及根據(jù)使能信號和脈沖控制信號輸出第二路控制信號的控制單元；

用于根據(jù)第一路控制信號輸出轉(zhuǎn)向驅(qū)動信號的轉(zhuǎn)向輸出單元；

用于根據(jù)第二路控制信號輸出脈沖驅(qū)動信號的脈沖輸出單元；

所述控制單元連接隔離單元、轉(zhuǎn)向輸出單元和脈沖輸出單元，限位識別電路連接控制單元，CPU連接隔離單元和控制單元。

所述的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路中，所述隔離單元包括光耦隔離器和第一電阻；

所述光耦隔離器的第1腳連接CPU，光耦隔離器的第2腳連接按鍵地，光耦隔離器的第3腳接地；光耦隔離器的第4腳連接控制單元并通過第一電阻連接電源端。

所述的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路中，所述控制單元包括數(shù)據(jù)選擇器、第二電阻和第三電阻；

所述數(shù)據(jù)選擇器的A腳、B腳連接限位識別電路，數(shù)據(jù)選擇器的1G腳接地，數(shù)據(jù)選擇器的1C0腳連接CPU和數(shù)據(jù)選擇器的1C3腳，數(shù)據(jù)選擇器的1C1腳通過第二電阻連接電源端，數(shù)據(jù)選擇器的1C2腳通過第三電阻接地，數(shù)據(jù)選擇器的2G腳連接光耦隔離器的第4腳；數(shù)據(jù)選擇器的2C0腳、2C1腳、2C2腳均連接CPU；數(shù)據(jù)選擇器的2C3腳接地，數(shù)據(jù)選擇器的VCC腳連接電源端，數(shù)據(jù)選擇器的GND腳接地，數(shù)據(jù)選擇器的1Y腳連接轉(zhuǎn)向輸出單元，數(shù)據(jù)選擇器的2Y腳連接脈沖輸出單元。

所述的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路中，所述轉(zhuǎn)向輸出單元包括第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一三極管和第一指示燈；

所述第四電阻的一端連接第一指示燈的負極和數(shù)據(jù)選擇器的1Y腳，第四電阻的另一端連接第一三極管的基極，第一指示燈的正極通過第五電阻連接電源端；第一三極管的集電極連接電機驅(qū)動電路、還通過第六電阻連接電源端；第一三極管的發(fā)射極接地。

所述的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路中，所述脈沖輸出單元包括第七電阻、第八電阻、第九電阻、第二三極管和第二指示燈；

所述第七電阻的一端連接第二指示燈的負極和數(shù)據(jù)選擇器的2Y腳，第七電阻的另一端連接第二三極管的基極，第二指示燈的正極通過第八電阻連接電源端；第二三極管的集電極連接電機驅(qū)動電路、還通過第九電阻連接電源端；第二三極管的發(fā)射極接地。

所述的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路中，所述光耦隔離器的型號為TLP521-4，數(shù)據(jù)選擇器采用型號為74LS153的雙四選一數(shù)據(jù)選擇器。

一種X射線機運動系統(tǒng)的限位保護裝置，與電機連接，包括CPU、限位識別電路和電機驅(qū)動電路，其特征在于，還包括所述的限位保護電路；所述限位保護電路連接限位識別電路、CPU和電機驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路連接電機；

所述CPU根據(jù)當前的工作狀態(tài)輸出對應的轉(zhuǎn)向控制信號、脈沖控制信號和急停按鍵信號；限位識別電路根據(jù)當前的工作狀態(tài)輸出對應的一組限位觸發(fā)信號；限位保護電路根據(jù)轉(zhuǎn)向控制信號、脈沖控制信號、急停按鍵信號、所述的一組限位觸發(fā)信號輸出對應的一組驅(qū)動信號；電機驅(qū)動電路根據(jù)所述的一組驅(qū)動信號對電機進行急停、限位、轉(zhuǎn)向、正常運轉(zhuǎn)的控制。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型提供的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路及其裝置，由CPU根據(jù)當前的工作狀態(tài)輸出對應的轉(zhuǎn)向控制信號、脈沖控制信號和急停按鍵信號；限位識別電路根據(jù)當前的工作狀態(tài)輸出對應的一組限位觸發(fā)信號；限位保護電路根據(jù)轉(zhuǎn)向控制信號、脈沖控制信號、急停按鍵信號、一組限位觸發(fā)信號輸出對應的一組驅(qū)動信號；電機驅(qū)動電路根據(jù)一組驅(qū)動信號對電機進行急停、限位、轉(zhuǎn)向、正常運轉(zhuǎn)的控制。通過硬件電路控制電機的工作狀態(tài)，與現(xiàn)有CPU響應控制相比，減少了對CPU資源的占用，提高了限位、急停功能響應的實時性的可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護裝置應用實施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型提供的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路的電路圖。

具體實施方式

本實用新型提供一種X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路及其裝置，通過硬件電路識別限位觸發(fā)信號，按照預設(shè)的邏輯關(guān)系選擇步進電機的控制狀態(tài)，從而實現(xiàn)對步進電機的限位、急停功能的控制，提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

請參閱圖1，本實用新型提供的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護裝置與電機連接，限位保護裝置包括CPU 10、限位識別電路20、限位保護電路30和電機驅(qū)動電路40。限位保護電路30連接CPU 10、限位識別電路20和電機驅(qū)動電路40，電機驅(qū)動電路40連接電機。所述CPU 10根據(jù)當前的工作狀態(tài)輸出對應的轉(zhuǎn)向控制信號StepDir、脈沖控制信號StepPlus和急停按鍵信號ESSW_STP。限位識別電路20根據(jù)當前的工作狀態(tài)輸出對應的一組限位觸發(fā)信號（SW_A，SW_B）。限位保護電路30根據(jù)轉(zhuǎn)向控制信號StepDir、脈沖控制信號StepPlus、急停按鍵信號ESSW_STP、所述的一組限位觸發(fā)信號輸出對應的一組驅(qū)動信號（StepDirOut，StepPlusOut）。電機驅(qū)動電路40根據(jù)所述的一組驅(qū)動信號對電機進行急停、限位、轉(zhuǎn)向、正常運轉(zhuǎn)的控制。

所述CPU 10為現(xiàn)有技術(shù)，其還有其他控制功能；本實施例主要使用其輸出的轉(zhuǎn)向控制信號StepDir、脈沖控制信號StepPlus和急停按鍵信號ESSW_STP，對其具體結(jié)構(gòu)不作贅述。

本實施例中，限位識別電路20中內(nèi)置兩個限位開關(guān)，用于限定一個行程。例如電機控制機械臂升降時，一個限位開關(guān)限定最高能升到哪里，另一個限定最低能降到哪里，最高和最低即組成一個升降行程。正常工作時，限位開關(guān)斷開輸出低電平的限位觸發(fā)信號。限位保護時，限位開關(guān)導通輸出高電平的限位觸發(fā)信號。限位識別電路20為現(xiàn)有技術(shù)，本實施例主要使用其輸出的一組限位觸發(fā)信號（SW_A，SW_B），對其具體電路結(jié)構(gòu)不作限定。

本實施例的改進點是限位保護電路30，其包括隔離單元310、控制單元320、轉(zhuǎn)向輸出單元330和脈沖輸出單元340。所述隔離單元310用于對急停按鍵信號ESSW_STP進行隔離和電平轉(zhuǎn)換，輸出使能信號EN?？刂茊卧?20根據(jù)所述的一組限位觸發(fā)信號（SW_A，SW_B）和轉(zhuǎn)向控制信號StepDir輸出第一路控制信號DIR；根據(jù)使能信號EN和脈沖控制信號StepPlus輸出第二路控制信號PLUS。所述轉(zhuǎn)向輸出單元330根據(jù)第一路控制信號DIR輸出轉(zhuǎn)向驅(qū)動信號StepDirOut。脈沖輸出單元340根據(jù)第二路控制信號PLUS輸出脈沖驅(qū)動信號StepPlusOut。所述控制單元320連接隔離單元310、轉(zhuǎn)向輸出單元330和脈沖輸出單元340，限位識別電路20連接控制單元320，CPU10連接隔離單元310和控制單元320。

請一并參閱圖2，本實施例中，由于急停按鍵信號是外部信號，通過按鍵的形式生成反饋到電路中，需要通過隔離單元310進行EMC隔離和電平轉(zhuǎn)換，以避免外部干擾，還能將急停按鍵信號的電平值轉(zhuǎn)換成控制單元320所需的電平要求。所述隔離單元310包括光耦隔離器U1和第一電阻R1；所述光耦隔離器U1的第1腳連接CPU 10，光耦隔離器U1的第2腳連接按鍵地，光耦隔離器U1的第3腳接地；光耦隔離器U1的第4腳連接控制單元320并通過第一電阻R1連接電源端5VB。

其中，光耦隔離器U1采用型號為TLP521-4的光耦元件即可實現(xiàn)EMC隔離和電平轉(zhuǎn)換。按鍵地即是外部按鍵的地，其與本申請中的地之間串聯(lián)電容和電阻，具體電路結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，此處不作詳述。急停按鍵信號ESSW_STP為高電平時，光耦隔離器U1導通，輸出低電平的使能信號EN；急停按鍵信號ESSW_STP為低電平時，光耦隔離器U1截止，使能信號EN被第一電阻R1上拉為+5V的高電平。

所述控制單元320包括數(shù)據(jù)選擇器U2、第二電阻R2和第三電阻R3；所述數(shù)據(jù)選擇器U2的A腳、B腳連接限位識別電路20，數(shù)據(jù)選擇器U2的1G腳接地，數(shù)據(jù)選擇器U2的1C0腳連接CPU和數(shù)據(jù)選擇器U2的1C3腳，數(shù)據(jù)選擇器U2的1C1腳通過第二電阻R2連接電源端5VB，數(shù)據(jù)選擇器U2的1C2腳通過第三電阻R3接地，數(shù)據(jù)選擇器U2的2G腳連接光耦隔離器U1的第4腳；數(shù)據(jù)選擇器U2的2C0腳、2C1腳、2C2腳均連接CPU；數(shù)據(jù)選擇器U2的2C3腳接地，數(shù)據(jù)選擇器U2的VCC腳連接電源端5VB，數(shù)據(jù)選擇器U2的GND腳接地，數(shù)據(jù)選擇器U2的1Y腳連接轉(zhuǎn)向輸出單元330，數(shù)據(jù)選擇器U2的2Y腳連接脈沖輸出單元340。

所述數(shù)據(jù)選擇器U2采用型號為74LS153的雙四選一數(shù)據(jù)選擇器（即多路復用開關(guān)），其響應速度快，延時小，才能滿足本實施例的快速控制、實時響應的目的。所述數(shù)據(jù)選擇器U2各引腳的邏輯電平關(guān)系如下表1所示。

表1

其中，L表示低電平，H表示高電平；X表示可以為任意值，即無論此處為高電平還是低電平，都不影響輸出。數(shù)據(jù)選擇器U2中有兩組四選一，A腳、B腳同時控制兩組的結(jié)果。1G腳、1C0腳、1C1腳、1C2腳、1C3腳、1Y腳屬于第一組的輸入輸出和選通腳。2G腳、2C0腳、2C1腳、2C2腳、2C3腳、2Y腳屬于第二組的輸入輸出和選通腳。

所述轉(zhuǎn)向輸出單元330包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一三極管Q1和第一指示燈D1；所述第四電阻R4的一端連接第一指示燈D1的負極和數(shù)據(jù)選擇器U2的1Y腳，第四電阻R4的另一端連接第一三極管Q1的基極，第一指示燈D1的正極通過第五電阻R5連接電源端5VB；第一三極管Q1的集電極連接電機驅(qū)動電路40、還通過第六電阻R6連接電源端5VB；第一三極管Q1的發(fā)射極接地。

所述脈沖輸出單元340包括第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第二三極管Q2和第二指示燈D2；所述第七電阻R7的一端連接第二指示燈D2的負極和數(shù)據(jù)選擇器U2的2Y腳，第七電阻R7的另一端連接第二三極管Q2的基極，第二指示燈D2的正極通過第八電阻R8連接電源端5VB；第二三極管Q2的集電極連接電機驅(qū)動電路40、還通過第九電阻R9連接電源端5VB；第二三極管Q2的發(fā)射極接地。

請繼續(xù)參閱圖1和圖2，所述限位保護裝置的工作原理如下表2所示的5種情況（結(jié)合表1）。

表2

情況一、當急停按鍵觸發(fā)時，急停按鍵信號ESSW_STP為高電平，則使能信號EN為低電平，數(shù)據(jù)選擇器U2的兩組均使能。由于2C3腳保持低電平，第二路控制信號PLUS輸出低電平L，則第二三極管Q2截止，脈沖驅(qū)動信號StepPlusOut被上拉為高電平。無論轉(zhuǎn)向驅(qū)動信號StepDirOut為多少以及是否有限位觸發(fā)信號（SW_A，SW_B），由于此時無脈沖輸出，電機不會轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)急停功能。

情況二、當無限位（即SW_A=L，SW_B=L）、無急停（ESSW_STP=L）控制時，使能信號EN為高電平，數(shù)據(jù)選擇器U2第二組被禁能。

無急停、無限為狀態(tài)步進電機正常運轉(zhuǎn)。

情況三、電機向SW_A限位方向運動，cpu控制StepDir=+5VB,當SW_A限位觸發(fā)，SW_A= H，74LS153選通1Y=+5VB，NPN二極管導通，StepDirOut輸出等于GNDB,與限位前運動方向相反。

情況四、電機向SW_B限位方向運動，cpu控制StepDir= GNDB,當SW_B限位觸發(fā)，SW_A=L，74LS153選通1Y= GNDB，NPN二極管截止，StepDirOut輸出等于+5VB,與限位前運動方向相反。

情況五、SW_A、SW_B均觸發(fā)，在X射線系統(tǒng)運動系統(tǒng)中不應該出現(xiàn)此類現(xiàn)象，默認失效，停止脈沖發(fā)出。

需要理解的是，上述一個限位識別電路20、一個限位保護電路30和一個電機驅(qū)動電路40對應控制一個步進電機。有多個步進電機時，需對應設(shè)置多個限位識別電路、限位保護電路和電機驅(qū)動電路。

綜上所述，本實用新型的X射線機運動系統(tǒng)的限位保護電路及其裝置，由硬件電路根據(jù)輸入的相關(guān)控制信號控制X射線機運動系統(tǒng)的機械臂，實現(xiàn)限位、急停保護功能；相比于傳統(tǒng)方法解除了對CPU資源的占用；實際測試提高了急停的實時性響應，增加了限位功能的可靠性，有效的防止機械運動部件超出行程，造成不必要的損壞。

應當理解的是，本實用新型的應用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。