في الوقت الحاضر، أشباه الموصلات تم استخدام الليزر (LD) على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الاتصالات وفحص المعلومات والعلاج الطبي والمعالجة الدقيقة والعسكرية. يعد مصدر طاقة الليزر جزءًا مهمًا من جهاز الليزر، ويؤثر أدائه بشكل مباشر على المؤشرات الفنية لجهاز الليزر بأكمله. يستخدم هذا التصميم مصدر تيار ثابت يتحكم فيه DSP لتوفير التيار لليزر أشباه الموصلات. في الدائرة، يتم استخدام مبدأ ردود الفعل السلبية للتحكم في تيار الإخراج للطاقة المركبة منظم لتحقيق الغرض من استقرار الانتاج الحالي. يستخدم النظام مزيجًا من تصميم الدوائر وتصميم خوارزمية التحكم في البرنامج لاكتشاف حالة عمل ليزر أشباه الموصلات والتحكم فيها في الوقت الفعلي من العديد من الجوانب، بحيث يتم تحسين أداء النظام وتحسينه بشكل كبير، ويحل بشكل فعال دقة ليزر أشباه الموصلات. لقد أدت مشكلات الاستقرار والموثوقية إلى تحسين مؤشرات مخرجات ليزر أشباه الموصلات.
مبدأ النظام
لجعل إخراج الليزر ليزرًا بطول موجة ثابت ، يجب أن يكون التيار المتدفق عبر الليزر مستقرًا للغاية ، لذلك تختار دائرة إمداد الطاقة مصدر تيار ثابت منخفض الضوضاء ومستقر. يمكن ضبط تيار مصدر التيار الثابت باستمرار بين 0A و 3A للتكيف مع المواصفات المختلفة لليزر. في الوقت الحاضر ، يعتمد التطوير الثانوي لمصادر طاقة ليزر أشباه الموصلات بشكل عام على أنظمة دوائر أجهزة نقية أو تحكم أحادي الرقاقة. من خلال المعالجة الدقيقة المدمجة مع التطور السريع لـ DSP ، يمكن للتحكم الرقمي القائم على DSP أن يحل بشكل أكثر فعالية مشاكل الاستقرار والدقة والموثوقية في عمل ليزر أشباه الموصلات. يظهر مبدأ التطوير الثانوي لـ DSP في الشكل 1.
الشكل 1 الرسم التخطيطي للنظام
• الجهد االكهربى يتم إخراج خرج إشارة التحكم بواسطة DSP إلى مكبر التشغيل ، والذي يتم تضخيمه بواسطة مكبر التشغيل والإخراج للتحكم في المنظم المركب المكون من الصمام الثلاثي 8050 والمنظم TIP122. يتم توصيل باعث أنبوب المنظم على التوالي بـ a المرحل وأخذ عينات عالية الطاقة المقاوم. خذ إشارة الجهد من طرفي المقاوم لأخذ العينات وأرسلها إلى دائرة مكبر الصوت التفاضلي U2 للحصول على الجهد على المقاوم أخذ العينات. تمر إشارة الجهد هذه عبر متابع للجهد وتدخل في قناة إدخال الإشارة التناظرية لـ ADC التي يتحكم فيها DSP. يقوم ADC بتحويل الإشارة التناظرية للإدخال إلى إشارة رقمية ، ثم يقوم DSP بمعالجة البيانات على الإشارة الرقمية المحولة. المقاوم لأخذ العينات هو مقاوم غشاء معدني عالي الطاقة يبلغ 0.15 درجة مئوية ، الأمر الذي يتطلب معامل درجة حرارة جيد. يحدد عامل التضخيم لمضخم التشغيل U1 دقة التحكم الحالية. كلما كان عامل التضخيم أصغر ، زادت دقة الإخراج الحالي. في الوقت نفسه ، سيؤثر عامل التضخيم لدائرة التغذية الراجعة التفاضلية U2 أيضًا على دقة التحكم في التيار. كلما زاد عامل التضخيم ، زاد استقرار التيار ، لكن نطاق خرج التيار يصبح أصغر. في حالة وجود جهد تحكم معين ، سيصبح التحديد الدقيق لمضاعفات مضخم التشغيل U1 ومضاعفات دائرة التغذية الراجعة التفاضلية U2 عاملاً مهمًا في تحديد دقة الإخراج الحالي ونطاق الإخراج الحالي لمصدر التيار الثابت.
الشكل 2 سير عمل النظام
نظام التحكم TMS320F2812
تعتمد دائرة التصميم على معالج الإشارات الرقمية TMS320F2812. يتكون مصدر الطاقة من عدة أجزاء مثل دائرة التحكم ودائرة الحماية والدائرة الرئيسية ، من بينها DSP يلعب دورًا أساسيًا. مهام التحكم الرئيسية هي: 1. مراقبة نظام الحصول على البيانات. باستخدام ADC 12 بت الذي يأتي مع شريحة DSP ، يتم إجراء التحكم وفقًا لإشارة أخذ العينات بعد المعالجة الحسابية لـ PID. يتم التحكم في أمر بدء تحويل البيانات بواسطة الدبوس XF الخاص بـ F2812 ، أي أنه تم تعيين الدبوس XF إلى مستوى عالٍ بواسطة البرنامج للتحكم في تحويل بيانات ADC. بعد اكتمال تحويل البيانات ، ستتغير إشارة BUSY إلى المستوى المنخفض ، مما يؤدي إلى مقاطعة F2812 ، وقراءة البيانات من خط البيانات 16 بت D [15: 0] على الفور. رمز البيانات لهذا النظام هو رمز مكمل لاثنين. يعالج F2812 البيانات المستلمة ويخزنها مؤقتًا ويرسلها إلى شاشات الكريستال السائل للعرض في الوقت الفعلي.
مرشح رقمي وتصميم برمجيات النظام
تصميم مرشح رقمي
ونظرًا لأوجه القصور في تصميم الترشيح الحالي في عملية التطوير السابقة لهذا المشروع، فقد تم الآن تقديم مرشح رقمي يعتمد على TMS320F2812 لتصفية إشارة أخذ العينات الحالية. من أجل تصميم المرشح بسرعة وسهولة، استخدم مباشرة مكتبة وظائف مكتبة المرشح التي توفرها TI للتصميم. خطوات التصميم هي كما يلي: وفقًا لمتطلبات المهمة الفعلية، تحديد مؤشرات أداء المرشح؛ في Matlab، قم باستدعاء الدالة ezfir في مكتبة filterlibrary للمحاكاة؛ تحديد قيمة كل معلمة وفقا لنتائج المحاكاة؛ استدعاء برنامج التجميع filter.asmDSP في مكتبة filterlibrary وحدةونسخ قيم معلمات المحاكاة في Matlab إلى البرنامج وتنفيذ التصفية على F2812.
الشكل 3 منحنى التحكم في مصدر التيار المستمر
تصميم برمجيات النظام
يظهر الشكل 2 سير عمل النظام. بعد التشغيل، يبدأ النظام في الفحص الذاتي. بعد اكتمال الفحص الذاتي، يدخل في تهيئة النظام، بما في ذلك DSP، DAC، شاشات الكريستال السائلووحدة تحكم المقاطعة الداخلية وعداد DSP. بعد أن يصبح النظام جاهزا، أدخل التمهيد شاشة. قم بتشغيل مقاطعة لوحة المفاتيح وانتظر حتى يقوم المفتاح بتحديد الوظيفة المقابلة. إذا تم تحديد "إعداد المعلمة" ، فاضغط على مفتاح العمل للدخول إلى واجهة "إعداد المعلمة" ، ويمكنك ضبط قيم الجهد والتيار والطاقة. بعد الضبط ، عد إلى شاشة بدء التشغيل وابدأ الليزر في العمل. بعد أن يدخل النظام في حالة التشغيل ، لا يزال بإمكان المستخدم تعيين قيمة جديدة دون إيقاف الليزر. بعد اكتمال الإعداد ، سيخرج الليزر الليزر وفقًا للمتطلبات الجديدة.
عندما يكون هناك خطأ في عملية الفحص والتحكم الذاتي للنظام ، أو إذا كان النظام زائد التيار أو الجهد الزائد ، فسيتم استدعاء برنامج الحماية تلقائيًا. عندما يتم إيقاف تشغيل النظام أو انقطاع التيار الكهربائي فجأة ، من أجل منع انخفاض الجهد عند طرفي الليزر إلى الصفر ، يتبنى النظام طريقة إيقاف التشغيل الكامل. المبدأ هو تقليل ناتج قيمة العينة تدريجيًا حتى تنخفض إلى الصفر قبل السماح بالإغلاق.
ملاحظات ختامية
تحدد هذه المقالة بشكل تجريبي أن تكبير U1 وU2 يساوي 1، وتيار الخرج هو 0A”3A قابل للتعديل، وطاقة خرج الليزر هي 0W”2W قابلة للتعديل. لقد تحسن إدخال نظام التحكم DSP بشكل ملحوظ مقارنة بنظام التحكم السابق ذي الشريحة الواحدة. يتجلى بشكل رئيسي في: نظرًا لمستوى التكامل العالي والأداء الجيد لـ TMS320F2812، يتمتع النظام بمزايا الحجم الصغير والسرعة العالية وقدرة المعالجة القوية والموثوقية العالية واستهلاك الطاقة المنخفض؛ تعد طريقة التصفية الرقمية في TMS320F2812 بسيطة وتم تحسين كفاءة التطوير. . بعد الانتهاء من تصميم دائرة التشغيل والحماية لليزر أشباه الموصلات، يجب إجراء اللحام والتصحيح. يوضح الجدول 1 العلاقة بين جهد التحكم وتيار الخرج لمصدر التيار الثابت عند 25 درجة مئوية. الشكل 3 هو منحنى ثابت للتحكم في مصدر التيار مرسوم بناءً على البيانات الواردة في الجدول 1. نطاق جهد الخرج هو 0V"5V، ومعدل خطأ تيار الخرج هو 0.1%. الجهد الناتج والتيار لهما علاقة خطية، والتي تلبي المتطلبات.