[导读]内项目基于Cerebot32M4作为系统的主主宰器，设计一种全新架构的大功率半超超导体激光器系统，对于准于大功率激光二极管的使命特点，装置照应的传感器，并将这些传感器网罗的信号分歧送至PIC32主宰板，有PIC32单片机主宰各个激光模块的使命状态。存正正在创新性的是，使用网络模块可将PIC单片机处理的信号正正在网页上实时，并且，当某个激光模块出现故障时，系统能够检测出故障并自动启动备用模块，了整个激光器系统的正常使命。广泛运用与轻轻工业加工，医疗等行业。
图表 1系统整体原理图
2.主要模块介绍
2.1 激光二极管电流乐音传感模块
传统的激光二极管阵列装置的驱动电，可以精确主宰电流，但电设计容易，便当，且又仅靠模拟技艺实现，无法与外部处理器中止数据交换，没有能很好地激光管的使命状况。该装置采用PIC32单片机和和扩展传感器联结，当半超超导体激光器群中有一个或者许多个掩护，可以采用测量乐音的方式来检验和发现，并及时报警，从而确保整个系统使命的连续性、可靠性。
2.1.1电流乐音巡检原理
随着半超超导体激光器正正在各个领域的广泛运用，其自身的乐音性能也越来越受到人们的重视。关于半超超导体激光器的乐音特性中止研究，没有只可以研究机件发作乐音的机理，制备低乐音机件，况且也可以依据机件的乐音大小关于机件中止可靠性评估。激光器的电乐音主要是由于载流子的涨落引起的，引起载流子的涨落因素很多，如注入电流的涨落，载流子的复合和发作速率的涨落，光子发射和吸收速率的涨落，以及光升值涨落。通过关于激光的电乐音测量，可以监测激光器的诸多参数和性能。作为运用而言，要求激光二极管应存正正在最低的电乐音和最高的稳定性，因为驱动电流的大小没有只会构成激光二极管的乐音，还会构成输出波长光谱线宽的展宽。
本系统中LD光功率采样模拟信号、电流采样信号及温度传感信号经减少后由A/D转换为数字信号，PIC32单片机接受此信号中止运算处理，反响主宰信号经D/A
转换后再区分送往激光器电流源电，形成光功率的闭环主宰。一旦有一个或者许多个激光二极管掩护，通过乐音巡检的方法及时发现并报警，同时通过PIC单片机自动启用备用激光二极管模块。系统的正常使命。
因为该系统需要主宰多个数模转换器D/A及模数转换器A/D和谐使命，如果由单片机直接主宰，注定占用其过多的资源，因为单片机还需要主宰显示、键盘和各种接口的使命，进而加重其使命负担。采用外部扩展A/D、D/A很好地解决了这个成就。
2.1.2软件清流线图
图表 2软件清流线图
2.2 基于TCP/IP协议的网络模块
TCP/IP通信协议以其高效、可靠、通用性获得了政法范围的广泛使用。
内项目采用PIC系列PIC32单片机，正正在过程通过软件方法实现TCP/IP协议的通信功能，通过进一步的扩展，正正在其上搭建起HTTP，FTP，TELNET等高级网络功能。
使用TCP/IP协议中的UDP、IP、ARP及简单的运用层协议实现单片机的网络互连，退步数据传输的速度，数据传输的精确性，同时扩展数据传输的有效半径。
TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互连崛起的协议组，因特网上数据的准确快速传输。参考系统互连(OSI)模型，TCP/IP正常采用一种简化的四层模型，区分为：运用层、传输层、网络层、链层。
(1)运用层
网络运用层要有一个界注明晰的人时机话历程，如正常所说的Http、Ftp、Telnet等。我们用单片机系统传递来自Ethernet和数据终端的数据，运用层只关于大的数据报作打包拆报处理。
(2)传输层
传输层让网络次第通过明白定义的通道及某些特性获取数据，如定义网络连接的端口号等，实现该层协议的传输主宰协议TCP和用户数据协议UDP。
(3)网络层
网络层让信息可以发送到相邻的TCP/IP网络上的任一主机上，IP协议就是该层中传送数据的机制。同时建立网络间的互连，应需求ARP地方解析协议，实现从IP地方到数据链道理地方的映像。
(4)链层
由主宰同一道理网络上的没有同机器间数据传送的底层协议组成，实现这一层协议的协议并属于TCP/IP协议组。这整体功能由单片机主宰网卡芯片实现。
图表 3TCP/IP协议层
内项目由四个模块构成，区分为网络接口模块、单片机主宰模块、受控开关模块和电源模块。下面关于这四整体中止细致说明。
2.2.1网络接口模块
网络接口采用HR911105A网络变压器来获取10BASE-T网线中的信号，采用Microchip公司的enc28j60网络主宰芯片来实现关于网络数据的获取和处理。
以太网主宰器大都是为群体计算机系统设计的，如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C111等。这些机件没有只结构容易，体积庞大，且比较昂贵。长远市场上大整体以太网主宰器的封装均逾越80引脚，而符合IEEE 802.3协议的ENC28J60只需28引脚，既能需求照应的功能，又可以大大简化相关设计，减时刻间。
ENC28J60以太网主宰器的主要功能包括：
符合IEEE 802.3：内置10 Mbps以太网道理层机件(PHY)及介绍人接入主宰器(MAC)，可按建造界标准的以太网协议可靠地收发信息包数据;
可编程过滤功能：尤其的过滤器，包括Microchip的可编程方式匹配过滤器，可自动评价、接受或者许拒收Magic
NIcast)、多播(Multicast)或者许(Broadcast)信息包，以减轻主控单片机的处理负荷;
10Mbps SPI接口：建造界标准的串行通讯端口，低至18引脚的8位单片机也存正正在网络连接功能;
可编程8 KB双端口SRAM缓冲器：以高效的方式中止信息包的存储、检索和改正，以减轻主控单片机的内存负荷。该缓冲存储器需求了锐敏可靠的数据管理机制。
Enc28j60与单片机的典型接法如下：
图表 4 Enc28j60与单片机的典型接法
2.2.2单片机主宰模块
PIC32单片机凭仗SPI通信协议与网络主宰芯片enc28j60中止通信。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种中心设备以串行方式中止通信以交换信息。中心装置FLASHRAM、网络主宰器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家消耗的多种标准中心机件直接接口，该接口畸形使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS。凭仗SPI通信协议，单片机可以高速地与enc28j60中止通信。由于内项目实现的是TCP/IP通信，而建立起TCP连接最主要的用途是实现HTTP通信。单片机吸引到的待处理数据会经过数据处理函数，若检测到有TCP连接建立的请求，则中止照应处理。当建立了TCP连接后，就可以通过TCP连接发送和吸引HTTP通信数据。
TCP连接建立的“三次握手”清流线和有限状态机如下：
图表 6 TCP的有限状态机
PIC32单片机正正在吸引到精确的HTTP GET请求后，便中止照应处理，返回用户需要的网页，这样就实现了一个简单的web server运用。
2.2.3受控开关模块
受控开关是凭仗固态
继电器来实现使用单片机主宰大型用电料这一功能的。固态继电器的高电压开关串接正正在插排导线中，单片机的IO口通过三极管减少电接替续器的低电压开关，实现低电压主宰高电压开关的功能。
2.3 温度传感与主宰模块
温度是大功率激光二极管性能恶化、寿命延伸的主要因素，温度升高没有只使输出功率下降，并且反响波长的稳定性。本系统装置了闭环温度主宰系统，精确封建主宰了使命温度，使激光二极管输出稳定的波长。以PIC32单片机为主宰核心，采用高精细度的单总线的数字温度计DS18B20，联结TEC半超超导体制冷器，关于半超超导体制冷器的驱动采用脉宽调制，来实现关于半超超导体激光器细致温度的主宰
2.3.1温度传感器介绍
DS18B20是美国DALLAS公司采用单总线技艺消耗的一种旧式数字式温度传感器.所渭单总线技艺是将地方线、数据线、主宰线合为一根信号线，实现了一根数据线上中止舣向数据传输，最大制约地节省了通讯线的部门，使系统功能的完整化、构成的简单化变迁可以.这类温度传感器的输入和输出均为数字信号，且以串行方式与外部连接，因此可以很容易地集成到运用系统中，简化系统的设计.DSl8820是使用温敏振荡器的频率随温度变化的联络，通过关于振荡周期的计数来实现温度测量的.为了扩大测温范围和退步辨别率，它使用了一个低温系数振荡器和一个高温系数振荡器来区分中止计数，并采用非线性累加器等电来恶化线性，故此DSl820有优质的特性。
图表 7温度传感器软件清流线图
2.3.2制冷模块介绍
系统中我们采用半超超导体制冷器作为致冷元件.它是依据帕尔帖效应打造的，存正正在体积小、重量轻、制冷频次高等特点.特别适用于有限工夫的致冷.由于半超超导体致冷器存正正在当改变组件的使命电流极性时，它既可致冷又可以致热;改变通过组件电流强度便可安置致冷功率的特点.由于使用它我们能很容易封建主宰温控电的温控方式(输入极性正接一制冷;输入极性反接一制热)以及制冷/制热量的大小.正正在本系统中我们采用两片半超超导体致冷器TEC- 12707，一片用于制冷，一片用于制热.它们的最公使命电压为15 4 v.最公使命电流为6 A，吸热量为65w。