利用ARM MCU設(shè)計激光電源控制系統(tǒng)

2 器件選型和系統(tǒng)硬件組成

2.1 主要器件的選型

(1)CPU選型。系統(tǒng)控制單元的核心是完成控制任務(wù)所必須的關(guān)鍵電路，本設(shè)計以集成ARM公司高性能“Cortex-M3”內(nèi)核的STM32F101C8T6為核心來設(shè)計激光電源的數(shù)字控制系統(tǒng)，發(fā)揮其高速、低功耗的功能，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能，同時簡化激光電源控制部分的硬件結(jié)構(gòu)，增強了自動化程度和功能擴展能力。

(2)人機界面選型。人機界面選用的是型號為FE2070的4線工業(yè)電阻觸摸屏，用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分離式按鍵控制和液晶顯示，用戶只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機的操作，從而使激光電源的人機交互更為直截了當(dāng)。

2.2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)的控制指令是由CPU發(fā)出的，負責(zé)系統(tǒng)的顯示和各項控制。STM32F101C8T6有3串口：一個連接IGBT控制板，一個連接HMI通信，一個連接PC用于控制系統(tǒng)升級。系統(tǒng)的硬件電路整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

激光器的開啟和預(yù)燃使用腳踏開關(guān)來實現(xiàn)，激光電源開光柵控制即為一個光柵開關(guān)，光柵電源的要求是當(dāng)開機后，踩下腳踏開關(guān)，光柵電源就打開。光柵控制通過光耦輸出后，通過一個三極管來控制15V電源的通斷，從而控制光柵的開閉。激光電源中光斑的大小是通過驅(qū)動步進電機來實現(xiàn)的，步進電機控制透鏡的移動，從而調(diào)整激光的焦距，實現(xiàn)光斑調(diào)節(jié)。硬件電路中，光斑控制通過一個3PIN插座控制步進電機調(diào)節(jié)光斑直徑，為脈沖方向控制，三個PIN分別為GND、方向和脈沖。氣閥控制用于控制氣閥的開啟，報警檢測主要用于過溫檢測。

3 軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件主要分為三個部分：Modbus RTU通信處理程序，負責(zé)和HMI的通信；操作流程控制，瞬變脈沖的輸出；數(shù)字輸入和輸出量的處理；STM32的內(nèi)部資源、FLASH容量和SRAM容量都比51單片機要豐富，對于本系統(tǒng)，非常適合用實時操作系統(tǒng)進行軟件的編寫，所以本系統(tǒng)采用了Keil自帶的RTX實時操作系統(tǒng)，共開啟了4個進程：Task_init()，Task1_Modbus()，Task2_Laser-CTL()和Task3_IO()；基本軟件流程圖如圖2所示.