Momenteel, halfgeleider laser (LD) wordt op grote schaal gebruikt op veel gebieden, zoals communicatie, informatie-inspectie, medische behandeling en precisieverwerking en militairen. De laservoeding is een belangrijk onderdeel van het laserapparaat en de prestaties ervan hebben rechtstreeks invloed op de technische indicatoren van het gehele laserapparaat. Dit ontwerp maakt gebruik van een constante stroombron die wordt bestuurd door DSP om stroom te leveren aan de halfgeleiderlaser. In het circuit wordt het principe van negatieve feedback gebruikt om de uitgangsstroom van het samengestelde vermogen te regelen regelaar om het doel van het stabiliseren van de uitgangsstroom te bereiken. Het systeem maakt gebruik van een combinatie van circuitontwerp en programmabesturingsalgoritme-ontwerp om de werkstatus van de halfgeleiderlaser vanuit vele aspecten in realtime te detecteren en te regelen, zodat de prestaties van het systeem aanzienlijk worden verbeterd en verbeterd en de nauwkeurigheid effectief wordt opgelost. de halfgeleiderlaser. Stabiliteits- en betrouwbaarheidsproblemen hebben de outputindicatoren van halfgeleiderlasers verder verbeterd.
Systeemprincipe:
Om van de laseruitgang een laser met een stabiele golflengte te maken, moet de stroom die door de laser vloeit zeer stabiel zijn, dus selecteert het voedingscircuit een geluidsarme, stabiele constante stroombron. De constante stroombronstroom kan continu worden aangepast tussen 0A en 3A om zich aan te passen aan verschillende specificaties van lasers. Op dit moment gebruikt de secundaire ontwikkeling van halfgeleiderlaservoedingen over het algemeen pure hardwarecircuitsystemen of single-chip-besturing. Met ingebouwde microverwerking Met de snelle ontwikkeling van DSP kan digitale besturing op basis van DSP de problemen van stabiliteit, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van halfgeleiderlaserwerk effectiever oplossen. Het principe van de secundaire ontwikkeling van DSP wordt getoond in figuur 1.
Figuur 1 Systeemschema
De spanning besturingssignaal dat door de DSP wordt uitgevoerd, wordt uitgevoerd naar de operationele versterker, die wordt versterkt door de operationele versterker en wordt uitgevoerd om de samengestelde regelaar te besturen die is samengesteld uit de triode 8050 en de regelaar TIP122. De emitter van de regelbuis is in serie geschakeld met a Relais en een krachtige bemonstering Weerstand. Neem het spanningssignaal van beide uiteinden van de bemonsteringsweerstand en stuur het naar de differentiële versterkerschakeling U2 om de spanning op de bemonsteringsweerstand te verkrijgen. Dit spanningssignaal gaat door een spanningsvolger en komt het analoge signaalingangskanaal van de ADC binnen die door de DSP wordt bestuurd. De ADC zet het analoge ingangssignaal om in een digitaal signaal en vervolgens voert de DSP gegevensverwerking uit op het geconverteerde digitale signaal. De bemonsteringsweerstand is een krachtige metaalfilmweerstand van 0.15Ω, waarvoor een goede temperatuurcoëfficiënt vereist is. De versterkingsfactor van de operationele versterker U1 bepaalt de nauwkeurigheid van de stroomregeling. Hoe kleiner de versterkingsfactor, hoe hoger de nauwkeurigheid van de stroomuitgang. Tegelijkertijd zal de versterkingsfactor van de differentiële terugkoppelingsschakeling U2 ook de regelnauwkeurigheid van de stroom beïnvloeden. Hoe groter de versterkingsfactor, hoe hoger de stabiliteit van de stroom, maar het uitgangsbereik van de stroom wordt kleiner. In het geval van een bepaalde stuurspanning zal de nauwkeurige selectie van het veelvoud van de operationele versterker U1 en het veelvoud van de differentiële terugkoppelschakeling U2 een belangrijke factor worden bij het bepalen van de nauwkeurigheid van de stroomuitgang en het stroomuitgangsbereik van de constante stroombron.
Afbeelding 2 Systeemworkflow
TMS320F2812 besturingssysteem
Het ontwerpcircuit is gebaseerd op de digitale signaalprocessor TMS320F2812. De voeding is opgebouwd uit verschillende onderdelen zoals stuurcircuit, beveiligingscircuit en hoofdcircuit, waarbij DSP een centrale rol speelt. De belangrijkste controletaken zijn: 1. Beheer van het data-acquisitiesysteem. Met behulp van de 12-bits ADC die bij de DSP-chip wordt geleverd, wordt de besturing uitgevoerd volgens het bemonsteringssignaal na PID-rekenkundige verwerking. Het startcommando voor gegevensconversie wordt bestuurd door de pin XF van F2812, dat wil zeggen dat de pin XF door software op een hoog niveau wordt ingesteld om de gegevensconversie van de ADC te regelen. Nadat de gegevensconversie is voltooid, verandert het signaal BUSY naar een laag niveau, waardoor de F2812-interrupt wordt geactiveerd en de gegevens onmiddellijk van de 16-bits datalijn D[15:0] worden gelezen. De datacode van dit systeem is two's complement code. F2812 verwerkt de ontvangen gegevens, buffert deze en verzendt deze naar: LCD-scherm voor real-time weergave.
Ontwerp van digitale filter en systeemsoftware
Digitaal filterontwerp
Gezien de tekortkomingen van het huidige filterontwerp in het vorige ontwikkelingsproces van dit project, wordt nu een digitaal filter op basis van TMS320F2812 geïntroduceerd om het huidige bemonsteringssignaal te filteren. Om het filter snel en gemakkelijk te ontwerpen, kunt u rechtstreeks gebruik maken van de filterbibliotheekfunctiebibliotheek die door TI wordt geleverd om te ontwerpen. De ontwerpstappen zijn als volgt: bepaal, afhankelijk van de feitelijke taakvereisten, de filterprestatie-indicatoren; roep in Matlab de ezfir-functie in de filterlibrary-bibliotheek aan om te simuleren; bepaal de waarde van elke parameter volgens de simulatieresultaten; roep het montageprogramma filter.asmDSP aan in de filterlibrary-bibliotheek Moduleen kopieer de simulatieparameterwaarden in Matlab naar het programma, en implementeer filtering op F2812.
Figuur 3 Constante stroombronbesturingscurve
Ontwerp van systeemsoftware
De systeemworkflow wordt weergegeven in Figuur 2. Na het inschakelen begint het systeem met een zelfcontrole. Nadat de zelfcontrole is voltooid, wordt de systeeminitialisatie ingevoerd, inclusief DSP, DAC, LCD-scherm, en de interne interruptcontroller en teller van de DSP. Nadat het systeem gereed is, gaat u naar de boot scherm. Schakel de toetsenbordonderbreking in en wacht tot de toets de overeenkomstige functie selecteert. Als de "parameterinstelling" is geselecteerd, drukt u op de werktoets om de interface "parameterinstelling" te openen en kunt u de spannings-, stroom- en vermogenswaarden instellen. Keer na het instellen terug naar het opstartscherm en start de laser om te werken. Nadat het systeem in de actieve staat is gekomen, kan de gebruiker nog steeds een nieuwe waarde instellen zonder de laser te stoppen. Nadat de instelling is voltooid, zal de laser laser uitvoeren volgens de nieuwe vereiste.
Als er een fout is in het zelfcontrole- en controleproces van het systeem, of als het systeem overstroomt of te hoog is, wordt het beveiligingsprogramma automatisch aangeroepen. Wanneer het systeem wordt uitgeschakeld of de stroom plotseling wordt onderbroken, om te voorkomen dat de spanning aan beide uiteinden van de laser tot nul daalt, past het systeem een volledige uitschakelmethode toe. Het principe is om de uitvoer van de bemonsterde waarde geleidelijk te verminderen totdat deze tot nul daalt voordat de uitschakeling wordt toegestaan.
Slotopmerkingen
Dit artikel bepaalt experimenteel dat de vergroting van U1 en U2 alle 1 zijn, de uitgangsstroom 0A”3A instelbaar is en het uitgangsvermogen van de laser 0W”2W instelbaar is. De introductie van het DSP-besturingssysteem is aanzienlijk verbeterd vergeleken met de vorige single-chip-besturing. Dit komt vooral tot uiting in: vanwege het hoge integratieniveau en de goede prestaties van TMS320F2812 heeft het systeem de voordelen van een klein formaat, hoge snelheid, sterke verwerkingscapaciteit, hoge betrouwbaarheid en een laag stroomverbruik; de digitale filtermethode in TMS320F2812 is eenvoudig en de ontwikkelingsefficiëntie is verbeterd. . Nadat het ontwerp van de driver en het beveiligingscircuit van de halfgeleiderlaser is voltooid, moeten lassen en foutopsporing worden uitgevoerd. Tabel 1 toont de relatie tussen de stuurspanning en de uitgangsstroom van de constante stroombron bij 25°C. Figuur 3 is een constante-stroombronregelcurve, getekend op basis van de gegevens in Tabel 1. Het bereik van de uitgangsspanning is 0V”5V, en het foutenpercentage van de uitgangsstroom is 0.1%. De uitgangsspanning en stroom hebben een lineair verband, wat voldoet aan de eisen.