光纖激光器功率控制系統的設計

摘要 以單片機MC9S12XDP512為控制核心，結合相關(guān)外圍電路完成了光纖激光器功率控制系統的設計。通過(guò)單片機控制數字電位器DS1867的阻值，來(lái)改變開(kāi)關(guān)電源控制端的電壓，實(shí)現了對光纖激光器電源電流的控制。采用壓控開(kāi)關(guān)電流源PC0—6131，進(jìn)而改變光纖激光器的輸出功率。系統還可以檢測光纖激光器所在環(huán)境溫度，實(shí)現高溫報警、定時(shí)控制等功能。試驗結果表明，光纖激光器應用在打標工作過(guò)程中，獲得穩定的功率輸出，實(shí)現溫度檢測功能，整機系統穩定可靠。
關(guān)鍵詞 單片機MC9S12XDP512；光纖激光器；功率控制；數字電位器

隨著(zhù)激光器在切割、焊接、表面處理等廣泛應用。文中設計了應用于激光打標的功率控制系統，采用數字電位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件電路設計結構簡(jiǎn)單、系統響應速度快，不需要額外器件，成本低廉、功能齊全、實(shí)用性強。

1 系統總體設計
1．1 控制系統設計
控制系統的基本原理框圖如圖1所示，主要由單片機MC9S12XDP512、開(kāi)關(guān)電源PC0-6131、數字電位器DS1867、數字溫度傳感器DS18B20、LCD1602顯示器、鍵盤(pán)和報警裝置等組成。

系統進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，光纖激光器輸出功率由單片機進(jìn)行控制調節，提供所需要的激光功率，功率設定時(shí)，由單片機MC9S12XDP512對數字電位器DS1867輸出電阻進(jìn)行控制，以改變開(kāi)關(guān)電源控制端的輸入電壓，使開(kāi)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動(dòng)電流，從而實(shí)現激光輸出功率的變化。同時(shí)利用數字溫度傳感器對光纖激光器工作環(huán)境溫度進(jìn)行采集，利用單片機實(shí)現對溫度數據的處理，當溫度超出規定的40℃時(shí)，單片機會(huì )控制發(fā)光二級管進(jìn)行溫度報警，并利用LCD顯示裝置顯示信息，用戶(hù)可實(shí)時(shí)了解激光器的工作情況。
1．2 控制原理
激光器為電流型驅動(dòng)器件，驅動(dòng)電流是輸出光功率的前提，通過(guò)改變激光器電源電流的大小來(lái)改變激光器的輸出功率。系統控制激光器的輸出功率的基本方法是：由單片機控制數字電位器DS1867的輸出電阻，使開(kāi)關(guān)電源控制端的電壓改變，從而控制了開(kāi)關(guān)電源的輸出電流，改變光纖激光器功率的輸出。
數字電位器DS1867的輸出電阻由式(1)計算
R=D×RWL+RW (1)
其中，RW為滑臂電阻，即為內部電位器電子開(kāi)關(guān)電阻，通常RW≤100 Ω，典型值為40 Ω；RWL為數字電位器DS1867內部電子陣列中每個(gè)電阻單元的阻值；D為輸入的數字量。
根據光纖激光器功率控制的要求，即用戶(hù)對光纖激光器的輸出功率性能的要求，設計出用戶(hù)要求的10等級功率輸出產(chǎn)品，不同的功率等級輸出對激光打標的對象有不同的要求。經(jīng)實(shí)驗得出，系統設計需要開(kāi)關(guān)電源輸出電流的變化范圍為0～12 A，功率對應電流線(xiàn)性輸出，允許功率穩定度有1％的誤差波動(dòng)。把光功率分成10個(gè)等級輸出，輸入數字量D的值如表1所示，可以通過(guò)查表實(shí)現。要求光纖激光器輸出的功率如表2所示。