|
1 引言 激光是一種與普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高單色性和高能量的特點，自20世紀60年代初出現以來，就備受關注。激光打標系統包括激光打標機、工作臺和外部水冷系統3大部分。 激光打標機由控制柜和激光打標頭組成，并通過系統控制線相連；控制柜包括激光電源、RF、射頻驅動器、控制計算機、顯示器、主控制板和激光冷卻系統。當今激光光刻系統市場，YAG激光打標機在激光標刻系統中占據著絕對統治地位，而YAG激光器都是以氪燈或氙燈來泵浦的。性能良好，工作穩定的激光冷卻系統對于YAG激光器尤為重要。 2 系統結構原理 冷卻系統中冷卻的對象是氪燈，被安置在冷卻腔體內，該器件價格昂貴，占設備成本的比例很高。不完善的冷卻系統設計時常會使系統工作不穩定，系統時常出現冷卻腔體溫度過高，甚至出現爆燈現象。冷卻系統的關鍵是使其在冷卻液的循環流動下使其工作在穩定的范圍內。系統原理框圖如圖1所示。 3 硬件結構及工作原理 本系統包括的功能有流量，溫度測量、數據采集與控制、顯示等功能，結構如圖2所示。 基于以上功能要求，我們優先選擇Microchip公司的PIC系列單片機，該單片機具有價格低、速度快、功耗低體積小、抗干擾能力強等特點，并率先采用RISC(ReducedInstruction Set Computer)技術，低功耗、高速度CMOS閃速FIASH／E2PROM技術，現已成為嵌入式單片機(Embedded(Controller)的主流產品。PIC16F876 芯片內置A／D轉換功能模塊，28芯片管腳，256×8 B E2PROM數據存儲器，可以使溫度設置值方便地寫入及讀出，8 k×14 B可重復多次寫入的閃速FLASH程序存儲器，368×8 B數據存儲器(RAM)，14個中斷源，自帶片上RC振蕩器的看門狗定時器WDT等。PIC16F877芯片所擁有的豐富的功能模塊，可大大簡化硬件電路和軟件編程。 傳感器部分中，溫度傳感器本設計選用的是單線數字溫度傳感器DS18820，DSl8B20是DALLAS公司生產的一種支持"一線總線"接口的溫度傳感器，其數字式傳輸大大提高了其抗干擾能力，簡化了硬件電路，符合本文強電環境下工作的要求。DS18B20測量溫度范圍為－55～+125℃，在－10～+85℃范圍內精度為±0．5℃。DS18820程序設定9～12位的分辨率，精度為±0．062 5℃，分辨率設定及溫度上下限設定值存儲在E2PROM中，掉電后依然存在。DS18820內部結構主要有7部分組成：寄生電源、64位光刻ROM、溫度傳感器、高速暫存器、存儲控制邏輯、8位循環冗余檢驗碼(CRC)發生器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL，分別配置寄存器，輸出數據形式為二進制補碼形式。由于輸出為二進制補碼，所以使用前需進行軟件補碼轉換。 流量開關采用通用型直流通式流量開關F6FS-200系列產品。F6FS-200系列通用型直流通式流量開關提供重復性為1％的精確流量監測，有多種流量沒置和管口尺寸，設定點外部可調。 4 監控系統軟件設計 系統軟件由主程序模塊、功能實現模塊及比較運算控制模塊組成，流量超限中斷服務程序模塊。使用C語言編寫微控制器PIC16F876的執行程序，系統主程序流程及流量超限中斷服務程序如圖3所示。 由于該控制系統工作在強、弱電混合環境之下，抗干擾設計必不可少，設計采用PIC16F876中的硬件WDT模塊，一旦出現程序走飛，立刻復位，同時在設計中綜合考慮使用軟件冗余技術。進一步提升抗干擾能力，在實際試驗過程中對控制系統加屏蔽措施，有效隔離電磁波對弱電系統的影響。 5 結 語 本文介紹了基于PICl6F876的激光打標設備冷卻系統監測控制系統的實現方法，本系統在電路設計上是完全獨立的，不影響后級強電流電路的工作。能對冷卻系統的溫度做實時的監控，溫度的設定與實時顯示方便工作人員的操作與查看。基于PICl6F876的監測控制系統提升了激光打標設備的智能化水平，WDT技術的使用以及軟件優化處理提高了該系統的抗干擾能力。實踐證明，此控制系統工作性能，穩定性方面均符合現場工作要求，整機的可靠性、可維護性得到了提高，并已投入現場使用。 |
