基于STM32的脉冲激光器智能控制系统设计

论文摘要

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。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苏锐

导师: 郭强

关键词: 激光技术,控制系统,人机交互,钬激光

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 中国科学技术大学

分类号: TN248;TP273.5

总页数: 76

文件大小: 6309K

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