利用ARM MCU设计激光电源控制系统

2 器件选型和系统硬件组成

2.1 主要器件的选型

(1)CPU选型。系统控制单元的核心是完成控制任务所必须的关键电路，本设计以集成ARM公司高性能“Cortex-M3”内核的STM32F101C8T6为核心来设计激光电源的数字控制系统，发挥其高速、低功耗的功能，可以实现各种复杂控制功能，同时简化激光电源控制部分的硬件结构，增强了自动化程度和功能扩展能力。

(2)人机界面选型。人机界面选用的是型号为FE2070的4线工业电阻触摸屏，用它代替传统的分离式按键控制和液晶显示，用户只要用手指轻轻地触碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，从而使激光电源的人机交互更为直截了当。

2.2 系统硬件组成

系统的控制指令是由CPU发出的，负责系统的显示和各项控制。STM32F101C8T6有3串口：一个连接IGBT控制板，一个连接HMI通信，一个连接PC用于控制系统升级。系统的硬件电路整体结构框图如图1所示。

激光器的开启和预燃使用脚踏开关来实现，激光电源开光栅控制即为一个光栅开关，光栅电源的要求是当开机后，踩下脚踏开关，光栅电源就打开。光栅控制通过光耦输出后，通过一个三极管来控制15V电源的通断，从而控制光栅的开闭。激光电源中光斑的大小是通过驱动步进电机来实现的，步进电机控制透镜的移动，从而调整激光的焦距，实现光斑调节。硬件电路中，光斑控制通过一个3PIN插座控制步进电机调节光斑直径，为脉冲方向控制，三个PIN分别为GND、方向和脉冲。气阀控制用于控制气阀的开启，报警检测主要用于过温检测。

3 软件实现

系统软件主要分为三个部分：Modbus RTU通信处理程序，负责和HMI的通信；操作流程控制，瞬变脉冲的输出；数字输入和输出量的处理；STM32的内部资源、FLASH容量和SRAM容量都比51单片机要丰富，对于本系统，非常适合用实时操作系统进行软件的编写，所以本系统采用了Keil自带的RTX实时操作系统，共开启了4个进程：Task_init()，Task1_Modbus()，Task2_Laser-CTL()和Task3_IO()；基本软件流程图如图2所示.