1.二维振镜激光扫描教学演示装置,其特征在于,该装置包括二维振镜扫描模块(100)、图像轨迹记录仪(200)和上位机人机界面;其中上位机人机界面主要用于教学演示图形或文字的绘制以及串口通信的设置,上位机人机界面包括显示屏和控制按键,人机界面设置为:根据所述显示屏上的功能菜单,通过选择不同的控制按键向二维振镜扫描模块发送相应指令;二维振镜扫描模块(100)用于接收上位机操作界面的指令、完成指令轨迹解码、反射镜的偏转控制以及激光器的开关控制;图像轨迹记录仪以DSP图像处理器为核心,用于实现扫描图像轨迹的实时记录及显示;
二维振镜扫描模块(100)包括核心控制器(101)、激光器及其控制器(102)、减速步进电机及其驱动器和X轴反射镜(103)、Y轴反射镜(104),其中核心控制器与上位机之间采用串口通信,核心控制器用于接收上位机指令信息并解码、控制激光器的开关以及控制步进电机转动;减速步进电机配以高细分电机驱动器;X、Y轴反射镜由步进电机以及平面镜构成,通过步进电机的转动完成对入射激光的反射,从而完成激光在二维平面上的扫描运动;
图像轨迹记录仪包括DSP处理器,以及与DSP处理器相连的图像采集CCD、扩展FLASH、SDRAM及监视器;其中图像采集CCD为系统图像传感器,用于实时记录激光轨迹;DSP处理器负责对激光轨迹进行处理,并实时送监视器显示出激光轨迹;FLASH及SDRAM为系统扩展存储资源;监视器为普通AV接口显示器,用于显示实时的激光轨迹。
2.根据权利要求1所述的二维振镜激光扫描教学演示装置,其特征在于,二维振镜扫描模块(100)核心控制器(101)采用STM32F103单片机。
3.根据权利要求1所述的二维振镜激光扫描教学演示装置,其特征在于,激光器的控制器采用快速三极管构成的开关电路,可实现激光器的开关控制。
4.根据权利要求1所述的二维振镜激光扫描教学演示装置,其特征在于,步进电机选用行星减速步进电机42BYGH AG99.5,电机减速比为1:99.5;步进电机驱动器采用HBS3128A高细分步进电机驱动器,用于将控制器的输出转换为能驱动步进电机的脉冲,支持最大3A的八种输出电流、最大128细分的八种细分模式。
5.根据权利要求1所述的二维振镜激光扫描教学演示装置,其特征在于,DSP处理器为TMS320DM642。
6.二维振镜激光扫描教学演示装置的实现方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)设置上位机和二维振镜扫描模块中控制器之间的通信协议;
2)激光光斑位置调零:如激光光斑不在工作屏幕中心,则通过上位机发送指令给下位机,由下位机中的控制器驱动步进电机的X轴、Y轴,从而使激光光斑调整到工作屏幕的中心处;
3)上位机人机界面绘制需要扫描的图形或者文字轨迹,并进行编码,编码后的数据通过步骤1)中定义的通信协议发送至下位机控制器中;
4)下位机接收数据并进行命令判断,如接收的数据为数据命令,则执行步骤5),如接收的数据为控制命令,则继续接收数据;
5)下位机轨迹解码;
6)下位机控制电机完成绘制图形的插补运算及激光二极管的控制;
7)图像轨迹记录仪实现扫描图像轨迹的实时记录及显示。
7.根据权利要求6所述的二维振镜激光扫描教学演示装置的实现方法,其特征在于,通信协议包括通信速率、流控制、数据位、停止位和校验位。
8.根据权利要求6所述的二维振镜激光扫描教学演示装置的实现方法,其特征在于,步骤3)中上位机对绘制的图形或文字轨迹编码采用直线坐标式——即通过采集绘图过程中前后两个不同点的坐标,用两点间形成的不同长短的直线段来描述绘制的轨迹;假设绘图时用户在上位机绘图界面中前后点击了两个不同的点(x1,y1)和(x2,y2),则这两个点形成了唯一的直线段;所以对于在上位机人机界面绘制的图形或者文字轨迹只需记录鼠标点击的初始坐标和终点坐标即可。
9.根据权利要求6至8任一项所述的二维振镜激光扫描教学演示装置的实现方法,其特征在于,通信协议设置12个字节为一帧命令,其中第1、2字节为帧头(固定值),第3字节为数据命令和控制命令区分字节,第4、5字节为绘图时鼠标点击位置在绘图区中起始点的X坐标(第4字节为高位,第5字节为低位),第6、7字节为绘图时鼠标点击位置在绘图区中起始点的Y坐标(第6字节为低位,第7字节为高位),第8、9字节为终点的X坐标(第
8字节为高位,第9字节为低位),第10、11字节为终点的Y坐标(第10字节为低位,第11字节为高位),第12字节为校验位(将中间的4-11字节相加后取其低8位作为数据校验值)。