光纖激光器功率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要 以單片機(jī)MC9S12XDP512為控制核心，結(jié)合相關(guān)外圍電路完成了光纖激光器功率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過單片機(jī)控制數(shù)字電位器DS1867的阻值，來改變開關(guān)電源控制端的電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖激光器電源電流的控制。采用壓控開關(guān)電流源PC0—6131，進(jìn)而改變光纖激光器的輸出功率。系統(tǒng)還可以檢測(cè)光纖激光器所在環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警、定時(shí)控制等功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，光纖激光器應(yīng)用在打標(biāo)工作過程中，獲得穩(wěn)定的功率輸出，實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)功能，整機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞 單片機(jī)MC9S12XDP512；光纖激光器；功率控制；數(shù)字電位器

隨著激光器在切割、焊接、表面處理等廣泛應(yīng)用。文中設(shè)計(jì)了應(yīng)用于激光打標(biāo)的功率控制系統(tǒng)，采用數(shù)字電位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)響應(yīng)速度快，不需要額外器件，成本低廉、功能齊全、實(shí)用性強(qiáng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的基本原理框圖如圖1所示，主要由單片機(jī)MC9S12XDP512、開關(guān)電源PC0-6131、數(shù)字電位器DS1867、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、LCD1602顯示器、鍵盤和報(bào)警裝置等組成。

系統(tǒng)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，光纖激光器輸出功率由單片機(jī)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，提供所需要的激光功率，功率設(shè)定時(shí)，由單片機(jī)MC9S12XDP512對(duì)數(shù)字電位器DS1867輸出電阻進(jìn)行控制，以改變開關(guān)電源控制端的輸入電壓，使開關(guān)電源的輸出電流改變，得到光纖激光器輸出功率所需要的驅(qū)動(dòng)電流，從而實(shí)現(xiàn)激光輸出功率的變化。同時(shí)利用數(shù)字溫度傳感器對(duì)光纖激光器工作環(huán)境溫度進(jìn)行采集，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)溫度超出規(guī)定的40℃時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制發(fā)光二級(jí)管進(jìn)行溫度報(bào)警，并利用LCD顯示裝置顯示信息，用戶可實(shí)時(shí)了解激光器的工作情況。
1．2 控制原理
激光器為電流型驅(qū)動(dòng)器件，驅(qū)動(dòng)電流是輸出光功率的前提，通過改變激光器電源電流的大小來改變激光器的輸出功率。系統(tǒng)控制激光器的輸出功率的基本方法是：由單片機(jī)控制數(shù)字電位器DS1867的輸出電阻，使開關(guān)電源控制端的電壓改變，從而控制了開關(guān)電源的輸出電流，改變光纖激光器功率的輸出。
數(shù)字電位器DS1867的輸出電阻由式(1)計(jì)算
R=D×RWL+RW (1)
其中，RW為滑臂電阻，即為內(nèi)部電位器電子開關(guān)電阻，通常RW≤100 Ω，典型值為40 Ω；RWL為數(shù)字電位器DS1867內(nèi)部電子陣列中每個(gè)電阻單元的阻值；D為輸入的數(shù)字量。
根據(jù)光纖激光器功率控制的要求，即用戶對(duì)光纖激光器的輸出功率性能的要求，設(shè)計(jì)出用戶要求的10等級(jí)功率輸出產(chǎn)品，不同的功率等級(jí)輸出對(duì)激光打標(biāo)的對(duì)象有不同的要求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要開關(guān)電源輸出電流的變化范圍為0～12 A，功率對(duì)應(yīng)電流線性輸出，允許功率穩(wěn)定度有1％的誤差波動(dòng)。把光功率分成10個(gè)等級(jí)輸出，輸入數(shù)字量D的值如表1所示，可以通過查表實(shí)現(xiàn)。要求光纖激光器輸出的功率如表2所示。