利用ARM MCU設計激光電源控制系統

2 器件選型和系統硬件組成

2.1 主要器件的選型

(1)CPU選型。系統控制單元的核心是完成控制任務(wù)所必須的關(guān)鍵電路，本設計以集成ARM公司高性能“Cortex-M3”內核的STM32F101C8T6為核心來(lái)設計激光電源的數字控制系統，發(fā)揮其高速、低功耗的功能，可以實(shí)現各種復雜控制功能，同時(shí)簡(jiǎn)化激光電源控制部分的硬件結構，增強了自動(dòng)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(xiàn)工業(yè)電阻觸摸屏，用它代替傳統的分離式按鍵控制和液晶顯示，用戶(hù)只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現對主機的操作，從而使激光電源的人機交互更為直截了當。

2.2 系統硬件組成

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

激光器的開(kāi)啟和預燃使用腳踏開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現，激光電源開(kāi)光柵控制即為一個(gè)光柵開(kāi)關(guān)，光柵電源的要求是當開(kāi)機后，踩下腳踏開(kāi)關(guān)，光柵電源就打開(kāi)。光柵控制通過(guò)光耦輸出后，通過(guò)一個(gè)三極管來(lái)控制15V電源的通斷，從而控制光柵的開(kāi)閉。激光電源中光斑的大小是通過(guò)驅動(dòng)步進(jìn)電機來(lái)實(shí)現的，步進(jìn)電機控制透鏡的移動(dòng)，從而調整激光的焦距，實(shí)現光斑調節。硬件電路中，光斑控制通過(guò)一個(gè)3PIN插座控制步進(jìn)電機調節光斑直徑，為脈沖方向控制，三個(gè)PIN分別為GND、方向和脈沖。氣閥控制用于控制氣閥的開(kāi)啟，報警檢測主要用于過(guò)溫檢測。

3 軟件實(shí)現

系統軟件主要分為三個(gè)部分：Modbus RTU通信處理程序，負責和HMI的通信；操作流程控制，瞬變脈沖的輸出；數字輸入和輸出量的處理；STM32的內部資源、FLASH容量和SRAM容量都比51單片機要豐富，對于本系統，非常適合用實(shí)時(shí)操作系統進(jìn)行軟件的編寫(xiě)，所以本系統采用了Keil自帶的RTX實(shí)時(shí)操作系統，共開(kāi)啟了4個(gè)進(jìn)程：Task_init()，Task1_Modbus()，Task2_Laser-CTL()和Task3_IO()；基本軟件流程圖如圖2所示.