在顯微鏡伺服系統(tǒng)中，硬件主要由電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)、顯微鏡光源自動控制系統(tǒng)與分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分組成。為了保證所有的控制系統(tǒng)既可單獨(dú)工作，又可同時工作的要求，采用了多單片機(jī)組成的分布式通信網(wǎng)絡(luò)，通過RS-232通信接口，直接接受PC的統(tǒng)一管理?？紤]到成本問題，選用了性價比很高的AT89C2051單片機(jī)I/O端口及可以在PC上進(jìn)行通信的UART通信端口。

在電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中，用四個步進(jìn)電動機(jī)分別控制顯微鏡載物臺在X軸和y軸方向上的平面運(yùn)動，在Z軸方向上的調(diào)焦運(yùn)動與物鏡的選擇切換。每一個步進(jìn)電動機(jī)用一個AT89C⒛51單片機(jī)來單獨(dú)管理其運(yùn)行狀態(tài)及移動的位置，其驅(qū)動環(huán)節(jié)電路框圖如圖1所示。和y軸兩個方向上的開環(huán)位移進(jìn)行控制;可通過計算機(jī)圖像的灰度值閉環(huán)控制物鏡的上下移動，以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)焦;物鏡轉(zhuǎn)換器可自動切換;通過載物臺在X軸和y軸兩個方向上的二維移動，再加上在Z軸方向上的實(shí)時自動跟蹤調(diào)焦，可實(shí)現(xiàn)對觀察物(切片或培養(yǎng)皿)進(jìn)行實(shí)時掃描，使整個觀察過程能顯示出清晰的圖像;通過預(yù)先設(shè)定載物臺的運(yùn)動規(guī)則，使顯微鏡能按程序觀察到規(guī)定的視場;通過快速接近(相當(dāng)于粗調(diào))或精細(xì)調(diào)節(jié)(相當(dāng)于微調(diào))兩種方式可自動精確調(diào)焦和自動跟蹤調(diào)焦(調(diào)焦精度小于0.5 gm);單片機(jī)控制電路和計數(shù)脈沖及在X軸和y軸兩方向上的重復(fù)定位精度(±0.02 mm)能滿足醫(yī)學(xué)臨床檢驗(yàn)的需要;可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控顯微鏡，以利于醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)交流或教學(xué)交流。

伺服控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，圖中的虛線框是顯微鏡的伺服控制系統(tǒng)，它通過分布式微控制器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來驅(qū)動顯微鏡平臺的精確運(yùn)動，具有自動精確調(diào)焦和自動跟蹤調(diào)焦的功能。

由CCD采集到的圖像經(jīng)圖像采集卡送入計算機(jī)，PC根據(jù)算法分析當(dāng)前圖像的清晰度。若圖像不是最清晰的，則PC通過RS-232通信端口發(fā)送調(diào)焦命令送給微控制器系統(tǒng)，微控制器系統(tǒng)把相應(yīng)的控制信號傳送給Z軸調(diào)焦電機(jī)，由Z軸調(diào)焦電動機(jī)推動調(diào)焦機(jī)構(gòu)做相應(yīng)的運(yùn)動，從而改變圖像的清晰度。如此反復(fù)的由PC與伺服系統(tǒng)共同作用，直至找到圖像最清晰的位置為止，從而完成自動精確調(diào)焦的全過程。由PC發(fā)送命令，通過控制x軸和y軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動可改變觀察視場。在改變視場的過程中，PC自動跟蹤圖像的清晰度，以保證物鏡處于最佳成像位置。