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Windows下工業(yè)CT機(jī)掃描控制的研究
摘 要：介紹了一種CT掃描控制的，并給出了其在Windows平臺(tái)下的實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)表明：該方法具有良好可靠性。關(guān)鍵詞：工業(yè)CT 掃描 Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)
一、引言
工業(yè)機(jī)斷層掃描成像技術(shù)（Industrial Computerized Tomography）,簡(jiǎn)稱工業(yè)CT或ICT，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與放射學(xué)相結(jié)合的一門新的成像技術(shù)。工業(yè)CT在無損檢測(cè)（NDT）與無損評(píng)價(jià)（NDE）領(lǐng)域得到了廣泛的。
CT掃描檢測(cè)模式已經(jīng)經(jīng)歷了三代掃描模式。第三代掃描方式的此掃描檢測(cè)模式的示意如圖1
M個(gè)分度旋
輻射源
探測(cè)器陣列
圖1 第三代掃描示意圖
相對(duì)旋轉(zhuǎn)一周，完成一個(gè)斷層掃描檢測(cè)，獲得由N×N個(gè)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)集。本文將Windows下第三代CT掃描檢測(cè)模式控制系統(tǒng)的開發(fā)。
二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本文以重慶大學(xué)ICT研究中心研制的某臥式工業(yè)CT機(jī)為例闡述工業(yè)CT機(jī)掃描運(yùn)動(dòng)控制。臥式工業(yè)CT機(jī)主要要求對(duì)下列三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的位置進(jìn)行控制：
1．分度運(yùn)動(dòng)（工件轉(zhuǎn)動(dòng)）M1
分度運(yùn)動(dòng)的定位精度到等效探測(cè)器空間分布均勻性，直接影響圖象質(zhì)量。可作正、反方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2．插值運(yùn)動(dòng)M2
通過該方向的運(yùn)動(dòng)調(diào)整探測(cè)器的位移，以獲取更多的探測(cè)數(shù)據(jù)，提高分辨率。
3．工件分層運(yùn)動(dòng)M3
分層運(yùn)動(dòng)用于選擇CT掃描斷層位置。
選用研華公司的PCL_839三軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制這三個(gè)運(yùn)動(dòng)。PCL_839卡自身含有3個(gè)脈沖發(fā)生器，能夠執(zhí)行同步及獨(dú)立控制三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。選用研華公司的三通道正交計(jì)數(shù)卡PCL_833獲取這三個(gè)運(yùn)動(dòng)位置反饋信號(hào)。控制原理框圖如圖2。
圖2 CT掃描運(yùn)動(dòng)控制框圖
三、Window下CT掃描控制軟件的開發(fā)
1．應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)程序的交互
Windows中提供了以下5個(gè)API函數(shù)，通過它們可以像訪問一個(gè)文件那樣訪問設(shè)備。
（1）CreateFile()打開一個(gè)WDM設(shè)備
（2）CloseHandle()關(guān)閉一個(gè)WDM設(shè)備
（3）ReadFile()從設(shè)備讀數(shù)據(jù)
（4）WriteFile()向設(shè)備寫數(shù)據(jù)
（5）DeviceIoControl()設(shè)備控制命令，讀、寫操作可一起完成。
應(yīng)用程序首先必須通過CreateFile()打開和創(chuàng)建到一個(gè)WDM設(shè)備連接，才能對(duì)它進(jìn)行各種I/O 操作。下面將給出研華PCL_839卡驅(qū)動(dòng)程序的DriverEntry例程，設(shè)置了驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)和主要回調(diào)例程，以后內(nèi)核會(huì)在合適的環(huán)境下調(diào)用這些例程處理。
DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,
IN PUNICODE_STRING RegistryPath)
{NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
DriverObject->DriverExtension->AddDevice= PCL_839 AddDevice;
………….
Return status;
}
2．CT掃描過程控制
（1）CT掃描控制策略
為提高CT掃描效率及減少機(jī)器的損耗，采用CT掃描運(yùn)動(dòng)勻速方式，CT掃描速度的快慢根據(jù)采集的時(shí)間要求確定，在運(yùn)動(dòng)過程中到達(dá)一個(gè)采集點(diǎn)時(shí)，就給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)采集信號(hào)，通知采集系統(tǒng)準(zhǔn)備讀取當(dāng)前點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)。CT掃描控制流程圖如下所示：
（2）CT掃描軟件的編寫
首先，用戶程序發(fā)出初始化電機(jī)的命令BYTE InitPCL_839 [] = //初始化命令碼
{…
PCL_839IO_WRITE, PARPORT_XX, 0xXX, //命令碼，操作地址，操作數(shù)
…
};
BYTE ChaZhiPCL_839 [] = //插值運(yùn)動(dòng)命令碼
{…
PCL_839IO_WRITE, PARPORT_XX, 0xXX, //命令碼，操作地址，操作數(shù)
…
};
初始化包括電機(jī)的操作模式，速度控制，及中斷使能等。
上面給出初始化、插值運(yùn)動(dòng)命令碼及在用戶態(tài)調(diào)用初始化命令碼的程序，在用戶態(tài)調(diào)用插值運(yùn)動(dòng)命令碼只需對(duì)DeviceIoControl修改即可，如下所示：
DeviceIoControl(hWdmIo, IOCTL_ PCL_839IO_RUN_CMDS,
ChaZhiPCL_839, ChaZhiPCL_839, // Input
rv, sizeof(rv), // Output
&BytesReturned, NULL)
其它操作如分度運(yùn)動(dòng)、分層運(yùn)動(dòng)與此類似，鑒于篇幅所限這里不再敘述。
CT掃描任務(wù)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求程序與驅(qū)動(dòng)程序能進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。為保證CT掃描系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采用Win32事件對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行通信。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，設(shè)置事件的觸發(fā)狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建命名的核心態(tài)事件，具體步驟如下。
①聲明核心態(tài)事件
KEVENT myEventToSingnal; //在PCL_839設(shè)備擴(kuò)展ｄｘ中聲明
②當(dāng)核心事件發(fā)生時(shí),設(shè)置事件為觸發(fā)態(tài),實(shí)現(xiàn)ＷＤＭ對(duì)應(yīng)用程序的通信
state=KeReadStateEvent(dx->myEventToSingnal);
設(shè)置事件為非觸發(fā)態(tài)
KeClearEvent(dx->myEventToSingnal);
③最后釋放事件句柄
ExFreePool((dx->myEventToSingnal);
由于在該軟件設(shè)計(jì)中，事件是由中斷發(fā)出的。在進(jìn)行上述處理之前，必須有一些中斷初始步驟設(shè)置。應(yīng)用程序在等待一個(gè)事件發(fā)生后，就對(duì)相應(yīng)的事件做出快速反映，以保證CT掃描控制的實(shí)時(shí)性。
四、結(jié)論
在Windows 2000平臺(tái)上對(duì)CT掃描控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，不僅能更好的實(shí)現(xiàn)CT機(jī)的掃描控制，縮短開發(fā)周期，而且可以提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。
[1] （美）Chris Cant 著．Windows WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)指南．機(jī)械工業(yè)出版社．
[2] 劉麗，劉紅霞．工業(yè)ＣＴ掃描臺(tái)高加速運(yùn)動(dòng)控制．鄭州航空工業(yè)管院學(xué)報(bào)(版)．第23卷第3期2004年6月．
[3] 劉鴻，王平，俞偉．ＷＤＭ驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)疑難．機(jī)應(yīng)用．第23卷第6期2003年6月．
[4] 馬官營(yíng)．楊明．吳曉琳Windows2000通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)．計(jì)算機(jī)應(yīng)用．第23卷2003年6月
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