CN109994925A - 一种水平仪激光模组驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平仪激光模组驱动电路。该电路中，热敏电阻监控环境温度。单片机以固定频率100kHZ，50%占空比驱动MOS开关导通，激光管导通，然后，单片机检测反馈电阻上PT信号，如果信号是高电平，认为正常发光，如果激光管坏了或者由于低温导致不能启动，优先单片机以100kHZ，100%占空比驱动MOS开关并持续1S，增加激光管的驱动能量，这个时候反馈电阻变成高电平，驱动成功，1S后恢复50%占空比，如果1S之内，反馈电阻还是低电平，则认为激光管已经坏掉。高温情况下，固定100kHZ，50%占空比，控制激光管的能量，解决高温损坏情况。本发明解决了传统电路光敏二级管和激光管工作不规律，激光管高温易烧坏，低温下无法启动的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平仪激光模组驱动电路。
背景技术
激光水平仪作为一种测量仪器，被广泛应用于建筑、家装、路桥施工等领域。使用时，水平仪中的激光管需要通过驱动电路驱动发光。
传统的水平仪激光模组驱动电路如图1所示，其工作原理为：外部电源VDD为整个电路提供3-3.5V输入电压，三级管Q1被电源VDD通过电阻R1驱动，三级管Q1导通，808nm激光管D2工作。光敏二极管D1接收到激光管D2发出的光，开始有反向光电流，当电流在电阻R2上产生的电压足够大时，三极管Q2导通，三极管Q1截止，激光管D2停止工作。三级管Q1和三极管Q2轮流工作，保护激光管D2，防止其过流烧毁(C1为电源输入滤波电容)。
传统驱动电路的问题在于：其通过三极管的放大性能调整激光管的工作状态，根据光敏二极管检测激光管电流，来判断激光管的工作状态，并由三极管自行调整电路。但是，(1)由于三级管放大倍数大，电路一致性差异很大，导致光敏二极管工作不规律，进而影响激光管的寿命；(2)由于三极管的差异性和线性区关系，导致激光管工作不规律；(3)传统电路不能根据外部高低温环境适时调整，易导致高温环境下烧毁激光管，而低温环境下不能启动激光管的问题(基于激光特性，其在低温下，激光内部分子不活跃，驱动困难，需要大能量驱动才可发光)。
发明内容
为解决背景技术中指出的问题，本发明提供一种水平仪激光模组驱动电路。
本发明采用的技术方案如下：
一种水平仪激光模组驱动电路，包括单片机U1、热敏电阻R6A、电源输入滤波电容C1、驱动电阻R3、放电电阻R4、MOS开关Q1、限流电阻R1、激光管D2、光敏二极管D1和反馈电阻R5，其中，单片机U1型号为HX30M1；
热敏电阻R6A一端接地，另一端与单片机U1的引脚7相连；电源输入滤波电容C1一端与单片机U1的引脚5相连，电容C1另一端接地；
驱动电阻R3一端分别与单片机U1的引脚2和引脚3相连，驱动电阻R3另一端分别与放电电阻R4和MOS开关Q1的栅极相连，放电电阻R4和MOS开关Q1的源极分别接地，MOS开关Q1的漏极连接限流电阻R1，限流电阻R1连接激光管D2负极，激光管D2正极与光敏二极管D1负极相连，光敏二极管D1正极和反馈电阻R5一端分别与单片机U1的引脚6相连，反馈电阻R5另一端接地；
单片机U1的引脚4接地，激光管D2正极和光敏二极管D1负极分别连接电源。
进一步地，所述电源电压为3-3.5V，激光管D2为808nm激光管，电源输入滤波电容C1的电容值为100PF，驱动电阻R3的阻值为10欧姆，MOS开关Q1型号为2N7002K，放电电阻R4的阻值为10000欧姆，限流电阻R1的阻值为100欧姆，反馈电阻R5的阻值为1000欧姆。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
通过单片机U1可精确计算出光敏二极管D1的电流，并对电路进行适时调整，使激光管D2始终以固定频率工作，可有效延长激光管D2的寿命。此外，还通过热敏电阻R6A检测环境温度，高温下减少驱动能量，低温下增加驱动能量，在激光管D2工作正常时，恢复正常驱动能量，解决了高温环境下易烧毁，低温环境下不能启动的问题。
附图说明
图1为传统水平仪激光模组驱动电路原理图；
图2为本发明的水平仪激光模组驱动电路原理图；
图3为本发明的驱动电路的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示的水平仪激光模组驱动电路图，包括单片机U1、热敏电阻R6A、电源输入滤波电容C1、驱动电阻R3、放电电阻R4、MOS开关Q1、限流电阻R1、激光管D2、光敏二极管D1和反馈电阻R5，其中，单片机U1型号为HX30M1。
热敏电阻R6A的引脚1接地，热敏电阻R6A的引脚16与单片机U1的引脚7相连。电源输入滤波电容C1一端与单片机U1的引脚5相连，电容C1另一端接地。
驱动电阻R3一端分别与单片机U1的引脚2和引脚3相连，驱动电阻R3另一端分别与放电电阻R4和MOS开关Q1的栅极相连，放电电阻R4和MOS开关Q1的源极分别接地，MOS开关Q1的漏极连接限流电阻R1，限流电阻R1连接激光管D2负极，激光管D2正极与光敏二极管D1负极相连，光敏二极管D1正极和反馈电阻R5一端分别与单片机U1的引脚6相连，反馈电阻R5另一端接地。
单片机U1的引脚4接地，激光管D2正极和光敏二极管D1负极分别连接电源。
本实施例中，电源电压为3-3.5V，激光管D2为808nm激光管，电源输入滤波电容C1的电容值为100PF，驱动电阻R3的阻值为10欧姆，MOS开关Q1型号为2N7002K，放电电阻R4的阻值为10000欧姆，限流电阻R1的阻值为100欧姆，反馈电阻R5的阻值为1000欧姆。
单片机U1的引脚描述如表1所示。
表1
| 端口名称 | 类型 | 功能说明 |
| VDD | P | 电源 |
| GND | P | 地 |
| P10～P12 | D | GPIO，内部上/下拉 |
| P14，P15 | D | GPIO，内部上拉,内含12位AD |
| P13 | D | 开漏IO，内部上拉 |
本发明的驱动电路的原理及工作流程如下：
外部电源VDD为整个电路提供3-3.5V输入电压，激光管D2工作，发出808nm红外强光。光敏二极管D1接收到激光管D2发出的光，反向导通，流过电流。MOS开关Q1控制光敏二极管D1的开关占空比，R1是激光管D2的限流电阻，控制最大电流，R5是光敏二极管D1的反馈电阻，光敏二极管D1流过电流时，在R5上产生电压并反馈给单片机U1。R3是MOS开关Q1的驱动电阻，R4是MOS开关Q1的放电电阻。单片机U1用于控制整个电路，R6A是热敏电阻，用于监控环境温度。当环境温度低于设定值0℃时，激光管D2不容易驱动，MOS开关Q1的占空比增加一倍，增加驱动能力，当PT信号传递光敏二极管D1电流达到设定值10mA时，占空比恢复正常，当环境温度高于设定值30℃时，MOS开关Q1的占空比减小一倍，减小驱动能力，当PT信号传递光敏二极管D1电流达到设定10mA时，占空比恢复正常。
具体地，激光水平仪开机之后，单片机U1以固定频率100kHZ，50％占空比驱动MOS开关Q1导通，激光管D2导通，然后，单片机U1检测反馈电阻R5上PT信号，如果信号是高电平，认为正常发光，如果激光管D2坏了或者由于低温导致不能启动，优先单片机U1以100kHZ，100％占空比驱动MOS开关Q1并持续1S，增加激光管D2的驱动能量，这个时候反馈电阻R5变成高电平，驱动成功，1S后恢复50％占空比，如果1S之内，反馈电阻R5还是低电平，则认为激光管D2已经坏掉。高温情况下，激光管D2容易导通，高温容易损坏，所以固定100kHZ，50％占空比，控制激光管D2的能量，解决高温损坏情况。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种水平仪激光模组驱动电路，其特征在于，包括单片机U1、热敏电阻R6A、电源输入滤波电容C1、驱动电阻R3、放电电阻R4、MOS开关Q1、限流电阻R1、激光管D2、光敏二极管D1和反馈电阻R5，其中，单片机U1型号为HX30M1；
热敏电阻R6A一端接地，另一端与单片机U1的引脚7相连；电源输入滤波电容C1一端与单片机U1的引脚5相连，电容C1另一端接地；
驱动电阻R3一端分别与单片机U1的引脚2和引脚3相连，驱动电阻R3另一端分别与放电电阻R4和MOS开关Q1的栅极相连，放电电阻R4和MOS开关Q1的源极分别接地，MOS开关Q1的漏极连接限流电阻R1，限流电阻R1连接激光管D2负极，激光管D2正极与光敏二极管D1负极相连，光敏二极管D1正极和反馈电阻R5一端分别与单片机U1的引脚6相连，反馈电阻R5另一端接地；
单片机U1的引脚4接地，激光管D2正极和光敏二极管D1负极分别连接电源。
2.根据权利要求1所述的水平仪激光模组驱动电路，其特征在于，所述电源电压为3-3.5V，激光管D2为808nm激光管，电源输入滤波电容C1的电容值为100PF，驱动电阻R3的阻值为10欧姆，MOS开关Q1型号为2N7002K，放电电阻R4的阻值为10000欧姆，限流电阻R1的阻值为100欧姆，反馈电阻R5的阻值为1000欧姆。
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