基于ARM的大功率CO2激光器控制系统的研究和设计

发布时间：2020-06-23 01:42

【摘要】：随着激光加工技术的不断发展，大功率CO2激光器以其先进、快速、灵活的优点被越来越多地应用于传统产业的升级改造、提高产品质量和生产效率。但是目前国产化的大功率CO2激光器水平还比较低，所以必须不断学习和研究国外先进的激光加工技术，加强自主研发力度，打造具有自主知识产权的核心竞争力的激光器。课题通过对激光器的工作原理的分析，研究了当前系统所存在的不足，根据其结构特点与工作需求，提出了以ARM处理器为控制核心的激光器嵌入式控制系统代替原来的PLC为控制核心的控制系统。依据目标设想，本文采用基于ARM9为内核的主控芯片AT91SAM9G45以及Windows CE嵌入式操作系统作为开发平台，设计了符合控制需求和技术发展的大功率CO2激光器的控制系统。本文设计的主要内容有两个方面：一方面是控制系统的硬件电路设计，主要包括存储电路、I/O扩展及驱动电路、A/D转换电路、电源电路、复位电路的主板电路以及LCD接口、USB接口、以太网接口、调试串口、RS485串口的接口电路，并且提出了所涉及的抗干扰措施；另一方面是控制系统的软件设计，主要包括基于Windows CE嵌入式系统开发的EBI、RS485、SPI控制程序和丰富友好的人机界面的设计。最后，对本文的研究内容进行了总结与展望，为对大功率CO2激光器控制系统的深入研究与后续开发完善做了良好的铺垫。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG665;TP273;TN248.22
【图文】：

激光加工设备,销售收入,状况,激光产业

光技术从此不断飞速发展，成为二十世纪与半导体、原子能及计算机齐名的四项重大发之一[1-2]。随着激光产业不断完善，激光应用已经渗透到科研、产业的各个领域，在航航天、通讯、汽车船舶制造、金属加工、冶金、军事、医疗器械等领域起到了重要作用。激光加工是激光应用中最大的项目，也是对传统产业中产品的生产和改造的最重要的段。由于激光加工具有非接触式加工、加工速度快、可加工材料范围广泛、生产效率高、量可靠等特点，其在全球范围的应用迅速扩大，对激光加工设备的需求也在不断增加。据统计，2010 年，全球激光行业逐步摆脱金融危机的影响出现回暖，其收入约为 64美元，同比增长 16.15%，2011 年全球激光产业市场规模扩大到 80 亿美元，同比增长%。未来激光行业仍将保持 10%左右的增长速度，这一发展速度主要由激光产业较为落的发展中国家引领，其增长支撑则是以中国、印度为代表的新兴市场国家，到 2015全球激光产业市场规模将突破 105 亿美元[8]。虽然我国激光产业的发展起步比较晚，但是国家对激光产业高度重视，先后引进激器生产技术，并通过与高校的产学研项目结合，我国的激光产业得到了迅速地发展。武汉建立了光谷基地，并成立了激光加工产业技术创新战略联盟。近几年，我国的激加工设备行业销售收入状况如下图 1-1 所示：

译码电路

存储电路主要分为三部分：DDR2 存储电路、Nandflash 存储电路和 DateFlash电路。DDR2存储部分采用64M 字节DDR2 SDRAM，由两片8 位数据宽度DDR2 SDRAM存储器为16 位数据宽度的DDR2 SDRAM，数据和CLK 信号线运行速度可达133MHz。NandFlash存储部分采用了128MB 的NandFlash 存储器，其中32MB 用于存放系统文件，其余空间用于存放客户应用程序等，亦可根据要求自行进行系统固化、存储区配等操作。现采用的容量暂为128MB，这个容量还可以随着未来实际需求的变化而调升级。DateFlash存储部分的存储器是2MB的Norflash，映射在bank0。内部可存放少量代码。例如我们在DateFlash中存放了FIRSTBOOT.nb0，这是一个系统引导程序，用来BOOT.nb0等程序，快速方便。3.1.3 I/O 扩展及其驱动电路由于本课题的控制系统需要控制的开关量比较多，现有的 IO 已经不能满足对实制的需求，所以有必要对其进行 IO 扩展，扩展为 40 入 40 出。首先，进行译码电路的设计，如图 3-1 所示：

【参考文献】