光纖激光器的控制系統(tǒng)

1、光纖激光器 光纖激光器 光纖激光器的控制系統(tǒng)隨著激光器在切割、焊接、表面處理等廣泛應(yīng)用。文中設(shè)計了應(yīng)用于激光打標(biāo)的功率控 制系統(tǒng)，采用數(shù)字電位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件電路設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)響應(yīng)速度快，不需要額外器件，成本低廉、功能齊全、實用性強。1、系統(tǒng)總體設(shè)計1.1、控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)主要由單片機MC9S12XDP512、開關(guān)電源 PC0-6131、數(shù)字電位器 DS1867、數(shù)字溫度傳感器 DS18B20、LCD1602顯示器、鍵盤和報警裝置等組成。系統(tǒng)進行讀寫操作時，光纖激光器輸出功率由單片機進行控制調(diào)節(jié)，提供所需要的激光功率，功率設(shè)定時，由單片機MC9S12XDP512對

2、數(shù)字電位器 DS1867輸出電阻進行控制，以改變開關(guān)電源控制端的輸入電壓，使開關(guān)電源的輸出電流改變，得到光纖激光器輸出功率所需要的驅(qū)動電流，從而實現(xiàn)激光輸出功率的變化。同時利用數(shù)字溫度傳感器對光纖激光器工作環(huán)境溫度進行采集，利用單片機實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)溫度超出規(guī)定的40C時,單片機會控制發(fā)光二級管進行溫度報警，并利用LCD顯示裝置顯示信息，用戶可實時了解1.2、控制原理激光器為電流型驅(qū)動器件， 大小來改變激光器的輸出功率。 字電位器DS1867的輸出電阻,激光器的工作情況。驅(qū)動電流是輸出光功率的前提，通過改變激光器電源電流的系統(tǒng)控制激光器的輸出功率的基本方法是：由單片機控制數(shù)使開關(guān)電源控

3、制端的電壓改變，從而控制了開關(guān)電源的輸出 電流，改變光纖激光器功率的輸出。數(shù)字電位器DS1867的輸出電阻由式(1)計算R=DX RWL+RW(1)其中，RW為滑臂電阻，即為內(nèi)部電位器電子開關(guān)電阻，通常RWE 100 Q,典型值為40Q; RWL為數(shù)字電位器 DS1867內(nèi)部電子陣列中每個電阻單元的阻值；D為輸入的數(shù)字量。根據(jù)光纖激光器功率控制的要求，即用戶對光纖激光器的輸出功率性能的要求，設(shè)計出用戶要求的10等級功率輸出產(chǎn)品，不同的功率等級輸出對激光打標(biāo)的對象有不同的要求。經(jīng)實 驗得出，系統(tǒng)設(shè)計需要開關(guān)電源輸出電流的變化范圍為012 A，功率對應(yīng)電流線性輸出，允許功率穩(wěn)定度有1 %的誤差波動

4、。把光功率分成10個等級輸出，輸入數(shù)字量 D的值如表1所示，可以通過查表實現(xiàn)。2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1、單片機的選擇單片機MC9S12xDP512是Freescale公司生產(chǎn)的一種 16位器件，其包括大量的片上存 儲器和外部I / O。由16位中央處理單元(CPU12X)、512 kB程序Flash、12 kB RAM、8 kB 數(shù)據(jù)Flash組成片內(nèi)存儲器。同時還包含兩個異步串行通信接口(SCI)、一個串行外設(shè)接口(SPI)、一個8通道輸入捕捉/輸出比較(IC / OC)定時模塊(TIM)、16通道12位A /D轉(zhuǎn)換 器(ADC)和一個8通道脈沖寬度調(diào)制模塊 (PWM)。MC9S12XD51

5、2具有91個獨立的數(shù)字I / O 口，其中某些數(shù)字I / O 口具有中斷和喚醒功能。該單片機功能強大、運算速度快、可擴展性強，能進行多任務(wù)操作等特點。22、開關(guān)電源 PGO-6131系統(tǒng)選用的開關(guān)電源 PCO-6131滿足光纖激光器的輸出功率要求，開關(guān)電源的輸入電壓為24±4 V，輸出電流的變化范圍 0125 A，輸出電壓2028 V，控制端輸入電壓為 05 V 或010 V，工作環(huán)境溫度為 040C。2.3、數(shù)字電位器系統(tǒng)選用的數(shù)字電位器為 DS1867 ,電阻可調(diào)的范圍為010 kQ,數(shù)字電位器 DS1867包含兩個256等級的輸出電位器，通過串行方式進行編程，占用I /O 口數(shù)

6、目少，內(nèi)含EEPROM，使系統(tǒng)掉電后還能保存用戶的上次設(shè)置。通過串行傳遞數(shù)據(jù)包實現(xiàn)對數(shù)字電位 器的輸出控制。2.4、溫度傳感器系統(tǒng)選用美國 Dallas公司推出的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，規(guī)定工作電壓3. 05. 5V，溫度測量范圍-55125C，在-1085C范圍內(nèi)測量精度為 ±0. 5C。該傳感器為單線數(shù) 字溫度傳感器，根據(jù)時序要求在單總線上發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)。傳感器輸出的溫度信號是數(shù)字信號，在單總線上傳輸時抗干擾性強、可靠性高，其外部硬件電路簡單，只需在總線上加一個上拉電阻即可，有效地降低了硬件電路的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。2.5、液晶顯示器系統(tǒng)采用LCD16

7、02液晶顯示模塊支持 2行X16字符和5X7點陣兩種模式，顯示對比度 和背光亮度均可調(diào)，由驅(qū)動器和液晶顯示屏兩部分組成，單片機通過寫控制字方式訪問驅(qū)動器，以實現(xiàn)對液晶顯示屏的控制，單片機根據(jù)相應(yīng)的程序?qū)⑺璧男畔@示出來，方便用戶觀察。2.6、鍵盤鍵盤在時鐘控制下不斷地循環(huán)掃描，并根據(jù)掃描信號、對應(yīng)鍵盤的相應(yīng)信號來確定鍵盤按鍵位置，并通過矩陣鍵盤配合液晶顯示器進行交互。光纖激光器功率控制硬件系統(tǒng)采用單片機實現(xiàn)對光纖激光器的控制，其中單片機MC9S12XDP512 的 PB 口與 LCD 的 D0 D7 相連接，PS0、PS1、PE0 與 LCD 的 RS、RW、 E相連接，用以顯示激光輸出功率

8、的等級和激光器工作環(huán)境的溫度。PA5與DS18b20的DQ相連接，PA0PA2分別與DS1867的RST、CLK、DQ相連接，PA3、PA4連接了兩個發(fā)光 二極管進行溫度的報警與工作正常指示，二極管分別為紅色和綠色，PA6、PA7連接兩個獨立式按鍵進行對激光器功率的控制，調(diào)節(jié)激光器輸出功率的等級，利用PE1作為外部中斷，以對工作環(huán)境溫度過高時進行報警提示。其中，U1是數(shù)字電位器 DS1867 ; U2是單片機 MC9S12XDP512 ; U3是開關(guān)電源 PC0 6131 ;U4是溫度傳感器 DS18B20。數(shù)字電位器 DS1867的輸出端與開關(guān)電源 PCO-6131 的控制端相連接，開關(guān)電源

9、的輸出端與光纖激光器連接。3、系統(tǒng)軟件設(shè)計光纖激光器功率控制系統(tǒng)的程序首先將對顯示器LCD和溫度傳感器DS18B20進行初始化設(shè)置，然后利用中斷處理程序完成用戶對光纖激光器功率的控制。系統(tǒng)上電后對系統(tǒng)進行復(fù)位操作，使各個相關(guān)器件歸為初始狀態(tài)。激光器工作環(huán)境的溫度超過規(guī)定溫度值時，發(fā)光二級管進行報警，并進行中斷處理，激光器將停止工作； 如果激光器在正常溫度的環(huán)境下工 作，則不進行中斷處理，溫度傳感器將繼續(xù)檢測環(huán)境溫度，如此循環(huán)。4、實驗結(jié)果通過光纖激光器控制系統(tǒng)的硬件連接圖可知，用按鍵來選擇激光輸出功率的等級，共分為110等級，調(diào)節(jié)的步長為1級，通過加減按鍵來設(shè)定用戶需要的功率等級，單片機通過表1設(shè)置的電位器輸入數(shù)字量 D來控制數(shù)字電位器的阻值，從而得到用戶所選擇的激光功 率輸出值，由LCD顯示出激光器環(huán)境的溫度數(shù)值