基于STM32的脉冲激光器智能控制系统设计

发布时间：2020-06-15 05:11

【摘要】：控制系统是激光器所有组成部分中必不可少的一部分,随着激光器被广泛的应用到各行各业,人们对于控制系统提出的要求也越来越高。从起初的机械控制,到如今的多元化控制,“智能”必然是激光器控制系统的发展方向。STM32系列微控制器以其强大的功能,丰富的外设和稳定的开发环境被广泛的应用在各个行业中,推进着智能化的进程。其在光学领域的应用对激光器控制方式的改革有着重大的意义。因此,本设计采用嵌入式STM32系列微型控制系统,对脉冲激光器进行控制,实现激光器的智能控制。STM32系列微控制系统设计主体分为:交互界面设计,驱动电路及接口设计,元器件选型及激光器设计,辅助功能设计和系统测试。控制系统的软件部分是运用HAL库的基础上移植EMWIN系统文件进行设计。软件设计的主体部分即是人机交互界面的设计,此界面实现用户与激光器之间的信息交互的可视化,并以带触摸板的TFT-LCD液晶屏为硬件支撑。基于开发系统的180 MHz晶振和多通道的脉冲宽度调制(PWM)信号,设计出控制系统所需的控制信号,实现激光器的精准控制:氙灯电压0～750 V连续可调,脉冲的宽度为μs级,在1000 μs范围内连续可调,脉冲频率在200 Hz范围内间断可调。硬件部分主要是控制信号驱动电路的设计。由于开发系统所产生的TTL控制信号电流较小,不足以驱动硬件,故需要设计出相应的驱动电路对信号进行放大,然后汇集在控制信号输出接口,完成控制信号对受控硬件的有效输入。元器件的选型报道控制系统所采用的主要核心部件,通过分析对比,做出合理的选择。脉冲式大功率钬激光器的设计,采用Cr:Tm:Ho:YAG激光晶体,通过三路激光系统配合步进电机和45°反射镜实现激光的合束输出,输出功率可达100 W以上。由于激光器输出功率较大,考虑其操作安全,辅助设计主要是增加控制系统的安全监控能力。系统完成温度传感器和超声波测距模块的搭载,可对激光器使用的过程中进行温度和安全距离的实时监测,以提高激光器的安全性,实现温度监测精度±0.5℃,安全距离监测精度±0.5 mm。最后,本文对控制系统和激光器进行多方位的测试,包括氙灯电压驱动稳定度,脉冲宽度驱动稳定度,激光器单路输出功率,激光器合束输出功率等测试,结果表明本文所设计的控制系统能稳定的驱动激光器及其他辅助模块,各项指标均可满足设计要求。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248;TP273.5
【图文】：

的英文界面，以确保系统得到最广泛的使用。逡逑？脉冲激光器电源控制逡逑常见的脉冲激光器电源如图２．丨所示，控制面板上己经将常用按键和旋钮均逡逑己编号标注：①脉冲激光电源的氙灯预燃开关按键，②电源工作开关按键，③氙逡逑灯电压值控制旋钮，④放电频率控制按键。此外，本系统所控制的脉冲式激光电逡逑源放电的控制是采用ＩＧＢＴ模块完成的，相对于传统脉冲式的激光器电源，此电逡逑源可更精准的控制放电脉冲的频率和宽度，所以系统还需要通过控制ＩＧＢＴ模块逡逑进而控制脉冲频率和宽度。在能够调节氙灯电压值和放电脉宽的基础上，系统要逡逑求调节精度可切换，支持粗调和微调两种调节模式，以便能快捷的设定电压和脉逡逑冲宽度值，提高操作效率。通常使用的脉冲激光器电源的电压输出上限值为１０００逡逑Ｖ

其中包括功能更加齐全的图形库，更加优质的窗口管理及窗口控件，对于本设计逡逑而言，最为重要的是可支持触摸屏｜３６】。ｅｍＷｉｎ能更好的解决设计中的问题，且逡逑占用资源较少，其结构如图２．２所示：逡逑ｅｍＷｉｎ的结构共分为五层：顶层是应用层，向下依次是控件层，窗口管理逡逑器，ＧＵＩ核心层，存储设备，底层为ＬＣＤ显示层。具体如图４所示：逡逑应用层逡逑广逦ｅｍＷｉｎ逦＾逡逑控件层：菜单栏，复选框，框架栏等控件逡逑窗Ｕ管理器：以独立矩形窗Ｕ的形式管理控件逡逑ＧＵ丨核心戾：图像库，文字显示，触摸控制逡逑存储设备：使用ＲＡＭ加快绘制速度逡逑Ｖ逦逦Ｊ逡逑直接线件访问ＬＣＤ逦非直接线性访问逡逑（Ｌ１Ｎ邋类型１逦ＬＣＤ逡逑图２．邋２邋ｅｍＷｉｎ结构图逡逑控制系统操作界面的基本框架是使用软件ＧＵ丨Ｂｕｉｌｄｅｒ搭建。ＧＵＩＢｕｉｌｄｅｒ应逡逑用程序是一个跳过使用Ｃ语言进行编程，直接创建和编辑系统界面的工具。与逡逑原先设计界面的方法相反，使用此软件是直接对操作界面进行编辑然后生成对应逡逑的Ｃ语言源程序，而不是通过不断的编写和调试程序，慢慢的调整出合适的界逡逑面。在该软件中

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本文编号：2713949