發(fā)布時間：2020-06-15 05:11

【摘要】：控制系統(tǒng)是激光器所有組成部分中必不可少的一部分,隨著激光器被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè),人們對于控制系統(tǒng)提出的要求也越來越高。從起初的機(jī)械控制,到如今的多元化控制,“智能”必然是激光器控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。STM32系列微控制器以其強(qiáng)大的功能,豐富的外設(shè)和穩(wěn)定的開發(fā)環(huán)境被廣泛的應(yīng)用在各個行業(yè)中,推進(jìn)著智能化的進(jìn)程。其在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用對激光器控制方式的改革有著重大的意義。因此,本設(shè)計采用嵌入式STM32系列微型控制系統(tǒng),對脈沖激光器進(jìn)行控制,實現(xiàn)激光器的智能控制。STM32系列微控制系統(tǒng)設(shè)計主體分為:交互界面設(shè)計,驅(qū)動電路及接口設(shè)計,元器件選型及激光器設(shè)計,輔助功能設(shè)計和系統(tǒng)測試�？刂葡到y(tǒng)的軟件部分是運用HAL庫的基礎(chǔ)上移植EMWIN系統(tǒng)文件進(jìn)行設(shè)計。軟件設(shè)計的主體部分即是人機(jī)交互界面的設(shè)計,此界面實現(xiàn)用戶與激光器之間的信息交互的可視化,并以帶觸摸板的TFT-LCD液晶屏為硬件支撐�；陂_發(fā)系統(tǒng)的180 MHz晶振和多通道的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號,設(shè)計出控制系統(tǒng)所需的控制信號,實現(xiàn)激光器的精準(zhǔn)控制:氙燈電壓0～750 V連續(xù)可調(diào),脈沖的寬度為μs級,在1000 μs范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),脈沖頻率在200 Hz范圍內(nèi)間斷可調(diào)。硬件部分主要是控制信號驅(qū)動電路的設(shè)計。由于開發(fā)系統(tǒng)所產(chǎn)生的TTL控制信號電流較小,不足以驅(qū)動硬件,故需要設(shè)計出相應(yīng)的驅(qū)動電路對信號進(jìn)行放大,然后匯集在控制信號輸出接口,完成控制信號對受控硬件的有效輸入。元器件的選型報道控制系統(tǒng)所采用的主要核心部件,通過分析對比,做出合理的選擇。脈沖式大功率鈥激光器的設(shè)計,采用Cr:Tm:Ho:YAG激光晶體,通過三路激光系統(tǒng)配合步進(jìn)電機(jī)和45°反射鏡實現(xiàn)激光的合束輸出,輸出功率可達(dá)100 W以上。由于激光器輸出功率較大,考慮其操作安全,輔助設(shè)計主要是增加控制系統(tǒng)的安全監(jiān)控能力。系統(tǒng)完成溫度傳感器和超聲波測距模塊的搭載,可對激光器使用的過程中進(jìn)行溫度和安全距離的實時監(jiān)測,以提高激光器的安全性,實現(xiàn)溫度監(jiān)測精度±0.5℃,安全距離監(jiān)測精度±0.5 mm。最后,本文對控制系統(tǒng)和激光器進(jìn)行多方位的測試,包括氙燈電壓驅(qū)動穩(wěn)定度,脈沖寬度驅(qū)動穩(wěn)定度,激光器單路輸出功率,激光器合束輸出功率等測試,結(jié)果表明本文所設(shè)計的控制系統(tǒng)能穩(wěn)定的驅(qū)動激光器及其他輔助模塊,各項指標(biāo)均可滿足設(shè)計要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248;TP273.5
【圖文】：

的英文界面，以確保系統(tǒng)得到最廣泛的使用。逡逑？脈沖激光器電源控制逡逑常見的脈沖激光器電源如圖２．丨所示，控制面板上己經(jīng)將常用按鍵和旋鈕均逡逑己編號標(biāo)注：①脈沖激光電源的氙燈預(yù)燃開關(guān)按鍵，②電源工作開關(guān)按鍵，③氙逡逑燈電壓值控制旋鈕，④放電頻率控制按鍵。此外，本系統(tǒng)所控制的脈沖式激光電逡逑源放電的控制是采用ＩＧＢＴ模塊完成的，相對于傳統(tǒng)脈沖式的激光器電源，此電逡逑源可更精準(zhǔn)的控制放電脈沖的頻率和寬度，所以系統(tǒng)還需要通過控制ＩＧＢＴ模塊逡逑進(jìn)而控制脈沖頻率和寬度。在能夠調(diào)節(jié)氙燈電壓值和放電脈寬的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)要逡逑求調(diào)節(jié)精度可切換，支持粗調(diào)和微調(diào)兩種調(diào)節(jié)模式，以便能快捷的設(shè)定電壓和脈逡逑沖寬度值，提高操作效率。通常使用的脈沖激光器電源的電壓輸出上限值為１０００逡逑Ｖ

其中包括功能更加齊全的圖形庫，更加優(yōu)質(zhì)的窗口管理及窗口控件，對于本設(shè)計逡逑而言，最為重要的是可支持觸摸屏｜３６】。ｅｍＷｉｎ能更好的解決設(shè)計中的問題，且逡逑占用資源較少，其結(jié)構(gòu)如圖２．２所示：逡逑ｅｍＷｉｎ的結(jié)構(gòu)共分為五層：頂層是應(yīng)用層，向下依次是控件層，窗口管理逡逑器，ＧＵＩ核心層，存儲設(shè)備，底層為ＬＣＤ顯示層。具體如圖４所示：逡逑應(yīng)用層逡逑廣邐ｅｍＷｉｎ邐＾逡逑控件層：菜單欄，復(fù)選框，框架欄等控件逡逑窗Ｕ管理器：以獨立矩形窗Ｕ的形式管理控件逡逑ＧＵ丨核心戾：圖像庫，文字顯示，觸摸控制逡逑存儲設(shè)備：使用ＲＡＭ加快繪制速度逡逑Ｖ邐邐Ｊ逡逑直接線件訪問ＬＣＤ邐非直接線性訪問逡逑（Ｌ１Ｎ邋類型１邐ＬＣＤ逡逑圖２．邋２邋ｅｍＷｉｎ結(jié)構(gòu)圖逡逑控制系統(tǒng)操作界面的基本框架是使用軟件ＧＵ丨Ｂｕｉｌｄｅｒ搭建。ＧＵＩＢｕｉｌｄｅｒ應(yīng)逡逑用程序是一個跳過使用Ｃ語言進(jìn)行編程，直接創(chuàng)建和編輯系統(tǒng)界面的工具。與逡逑原先設(shè)計界面的方法相反，使用此軟件是直接對操作界面進(jìn)行編輯然后生成對應(yīng)逡逑的Ｃ語言源程序，而不是通過不斷的編寫和調(diào)試程序，慢慢的調(diào)整出合適的界逡逑面。在該軟件中

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本文編號：2713949