PIC實(shí)現激光打標設備測控系統的研究與設計

激光是一種與普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高單色性和高能量的特點(diǎn)，自20世紀60年代初出現以來(lái)，就備受關(guān)注。激光打標系統包括激光打標機、工作臺和外部水冷系統3大部分。激光打標機由控制柜和激光打標頭組成，并通過(guò)系統控制線(xiàn)相連；控制柜包括激光電源、RF、射頻驅動(dòng)器、控制計算機、顯示器、主控制板和激光冷卻系統。當今激光光刻系統市場(chǎng)，YAG激光打標機在激光標刻系統中占據著(zhù)絕對統治地位，而YAG激光器都是以氪燈或氙燈來(lái)泵浦的。性能良好，工作穩定的激光冷卻系統對于YAG激光器尤為重要。

2系統結構原理

冷卻系統中冷卻的對象是氪燈，被安置在冷卻腔體內，該器件價(jià)格昂貴，占設備成本的比例很高。不完善的冷卻系統設計時(shí)常會(huì )使系統工作不穩定，系統時(shí)常出現冷卻腔體溫度過(guò)高，甚至出現爆燈現象。冷卻系統的關(guān)鍵是使其在冷卻液的循環(huán)流動(dòng)下使其工作在穩定的范圍內。系統原理框圖如圖1所示。

3 硬件結構及工作原理

本系統包括的功能有流量，溫度測量、數據采集與控制、顯示等功能，結構如圖2所示。

基于以上功能要求，我們優(yōu)先選擇Microchip公司的PIC系列單片機，該單片機具有價(jià)格低、速度快、功耗低體積小、抗干擾能力強等特點(diǎn)，并率先采用RISC(ReducedInstruction Set Computer)技術(shù)，低功耗、高速度CMOS閃速FIASH／E2PROM技術(shù)，現已成為嵌入式單片機(Embedded(Controller)的主流產(chǎn)品。PIC16F876 芯片內置A／D轉換功能模塊，28芯片管腳，2568 B E2PROM數據存儲器，可以使溫度設置值方便地寫(xiě)入及讀出，8 k14 B可重復多次寫(xiě)入的閃速FLASH程序存儲器，3688 B數據存儲器(RAM)，14個(gè)中斷源，自帶片上RC振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器WDT等。PIC16F877芯片所擁有的豐富的功能模塊，可大大簡(jiǎn)化硬件電路和軟件編程。

傳感器部分中，溫度傳感器本設計選用的是單線(xiàn)數字溫度傳感器DS18820，DSl8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一種支持"一線(xiàn)總線(xiàn)"接口的溫度傳感器，其數字式傳輸大大提高了其抗干擾能力，簡(jiǎn)化了硬件電路，符合本文強電環(huán)境下工作的要求。DS18B20測量溫度范圍為－55～+125℃，在－10～+85℃范圍內精度為0．5℃。DS18820程序設定9～12位的分辨率，精度為0．062 5℃，分辨率設定及溫度上下限設定值存儲在E2PROM中，掉電后依然存在。DS18820內部結構主要有7部分組成：寄生電源、64位光刻ROM、溫度傳感器、高速暫存器、存儲控制邏輯、8位循環(huán)冗余檢驗碼(CRC)發(fā)生器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，分別配置寄存器，輸出數據形式為二進(jìn)制補碼形式。由于輸出為二進(jìn)制補碼，所以使用前需進(jìn)行軟件補碼轉換。

流量開(kāi)關(guān)采用通用型直流通式流量開(kāi)關(guān)F6FS-200系列產(chǎn)品。F6FS-200系列通用型直流通式流量開(kāi)關(guān)提供重復性為1％的精確流量監測，有多種流量沒(méi)置和管口尺寸，設定點(diǎn)外部可調。

4監控系統軟件設計

系統軟件由主程序模塊、功能實(shí)現模塊及比較運算控制模塊組成，流量超限中斷服務(wù)程序模塊。使用C語(yǔ)言編寫(xiě)微控制器PIC16F876的執行程序，系統主程序流程及流量超限中斷服務(wù)程序如圖3所示。

由于該控制系統工作在強、弱電混合環(huán)境之下，抗干擾設計必不可少，設計采用PIC16F876中的硬件WDT模塊，一旦出現程序走飛，立刻復位，同時(shí)在設計中綜合考慮使用軟件冗余技術(shù)。進(jìn)一步提升抗干擾能力，在實(shí)際試驗過(guò)程中對控制系統加屏蔽措施，有效隔離電磁波對弱電系統的影響。

5 結 語(yǔ)

本文介紹了基于PICl6F876的激光打標設備冷卻系統監測控制系統的實(shí)現方法，本系統在電路設計上是完全獨立的，不影響后級強電流電路的工作。能對冷卻系統的溫度做實(shí)時(shí)的監控，溫度的設定與實(shí)時(shí)顯示方便工作人員的操作與查看?；赑ICl6F876的監測控制系統提升了激光打標設備的智能化水平，WDT技術(shù)的使用以及軟件優(yōu)化處理提高了該系統的抗干擾能力。實(shí)踐證明，此控制系統工作性能，穩定性方面均符合現場(chǎng)工作要求，整機的可靠性、可維護性得到了提高，并已投入現場(chǎng)使用。