CN113948950B - 适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例属于激光器技术领域，涉及一种适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法和装置。本申请提供的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法包括如下步骤：子控板接收主控板发送的信号；子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，子控板与驱动板通过FPGA进行通讯。为了防止高功率驱动源对控制系统的干扰，将驱动控制电路与控制系统分离开来，驱动控制电路采用不易受干扰的芯片FPGA来控制驱动电路，其他电路远离激光器驱动电源，驱动控制电路与其他电路并行运行，不影响其他电路的工作；同时驱动控制电路的电路响应快，能够实现较快的响应速度关闭激光器驱动电源，可以减少损失。
Description
技术领域
本申请涉及激光器技术领域，更具体的说，特别涉及一种适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法。
背景技术
高功率光纤激光器具有高效率、高光束质量、结构紧凑等优点，广泛应用于工业、医疗、军事等领域。特别是千瓦级全光纤激光器，可以直接进行金属切割、焊接、转孔等工业加工，而通过将多台千瓦级全光纤激光器进行功率合成，很容易得到万瓦级激光输出，从而满足一些特殊领域的需求。
对于工业设备高功率激光器，因其内部结构，使控制电路与驱动电路容易受到干扰。目前市场上高功率光纤激光器功率通常功率在千瓦级别，最高可达十万瓦级别。高功率激光器对其驱动电源的要求为其额定功率三倍以上，即三千瓦的激光器驱动电源的功率近一万瓦。如此高功率的驱动电源必然会对激光器的控制系统造成强干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法和装置，可以解决高功率驱动电源对激光器控制系统造成的干扰的问题。
为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：
适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，包括如下步骤：
子控板接收主控板发送的信号；
子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，子控板与驱动板通过FPGA进行通讯。
进一步地，所述子控板与多个驱动板进行通讯。
进一步地，所述子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板的步骤具体包括：
与当前驱动板进行数据交互响应；
在与当前驱动板数据交互响应完成后，依次对下一个驱动板进行数据交互响应；
在最后一个驱动板的数据交互响应完成后，跳转至与当前驱动板进行数据交互响应的步骤继续执行。
进一步地，所述与当前驱动板进行数据交互响应的步骤具体包括：
判断数据是否需要发送至当前驱动板；
若需要，则子控板将数据发送至当前驱动板，并间隔预定时间后判断下一个数据是否需要发送至当前驱动板；
若不需要，则直接跳转到下一个数据是否需要发送的判断；
所有需要发送给驱动板的数据判断完成后，执行数据读取命令，读取当前驱动板内所有采集到的数据。
进一步地，所述驱动板采用串口通讯RS485，波特率为19200。
进一步地，所述子控板与驱动板之间通讯的数据帧格式为24X1X2X3X4X5 0D，所述24为数据头，0D与数据尾，所述24与0D为固定数据，所述X1为驱动板地址，所述X2为命令码，所述X3为读写标志位，所述X4和X5为数据位。
进一步地，所述预定时间为250个时钟。
进一步地，所述时钟根据子控板的晶振及波特率计算。
为了解决以上提出的问题，本发明实施例还提供了如下所述的技术方案：
一种适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯装置，包括：
接收模块，用于子控板接收主控板发送的信号；及
发送模块，用于子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，子控板与驱动板通过FPGA进行通讯。
为了解决以上提出的问题，本发明实施例还提供了如下所述的技术方案：
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：
适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，为了防止高功率驱动源对控制系统的干扰，将驱动控制电路与控制系统分离开来，驱动控制电路采用不易受干扰的芯片FPGA来控制驱动电路，其他电路远离激光器驱动电源，驱动控制电路与其他电路并行运行，不影响其他电路的工作；同时驱动控制电路的电路响应快，能够实现较快的响应速度关闭激光器驱动电源，可以减少损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法的流程框图；
图2为本发明实施例中适用于高功率光纤激光器控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中子控板与驱动板的连接示意图；
图4为本发明实施例中子控板与驱动板进行数据交互响应的示意图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
如图1所示，适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，包括如下步骤：
子控板接收主控板发送的信号；
子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，子控板与驱动板通过FPGA进行通讯。
所述子控板与多个驱动板进行通讯。
本发明实施例提供的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，子控板设置为多个，每个子控板与多个驱动板进行通讯，为了防止高功率驱动源对控制系统的干扰，将驱动控制电路与控制系统分离开来，本发明实施例中，主控板为控制系统，驱动控制电路为子控板，驱动控制电路采用不易受干扰的芯片FPGA来控制驱动电路，其他电路远离激光器驱动电源，驱动控制电路与其他电路并行运行，不影响其他电路的工作；同时驱动控制电路的电路响应快，能够实现较快的响应速度关闭激光器驱动电源，可以减少损失。
FPGA芯片本身构成了半定制电路中的典型集成电路，其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。FPGA器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、内嵌专用硬核和，底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。FPGA的设计流程包括算法设计、代码仿真以及设计、板机调试，设计者以及实际需求建立算法架构，利用EDA建立设计方案或HD编写设计代码，通过代码仿真保证设计方案符合实际要求，最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载至FPGA芯片中，验证实际运行效果。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。
所述子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板的步骤具体包括：
与当前驱动板进行数据交互响应；
在与当前驱动板数据交互响应完成后，依次对下一个驱动板进行数据交互响应；
在最后一个驱动板的数据交互响应完成后，跳转至与当前驱动板进行数据交互响应的步骤继续执行。
如图2至图4所示，本发明实施例中，驱动板包括驱动板1、驱动板2、驱动板3……驱动板N，子控板与驱动板1进行数据交互响应时，首先子控板与驱动板1数据交互响应，在与驱动板1数据交互响应完成后，子控板与驱动板2进行数据交互响应，在与驱动板2数据交互响应完成后，依次对下一个驱动板进行数据交互响应，在与驱动板N的数据交互响应完成后，跳转至与驱动板1进行数据交互响应的步骤继续执行，实现一个循环。
所述与当前驱动板进行数据交互响应的步骤具体包括：
判断数据是否需要发送至当前驱动板；
若需要，则子控板将数据发送至当前驱动板，并间隔预定时间后判断下一个数据是否需要发送至当前驱动板；
若不需要，则直接跳转到下一个数据是否需要发送的判断；
所有需要发送给驱动板的数据判断完成后，执行数据读取命令，读取当前驱动板内所有采集到的数据。
以与驱动板2进行数据交互响应举例，首先判断数据1是否需要发送，若需要，则间隔预定时间后到判断数据2是否需要发送，间隔预定时间用于子控板向驱动板发送数据，若不需要，则直接跳转到判断数据2是否需要发送；然后判断数据2是否需要发送，若需要，则间隔预定时间后到判断数据3是否需要发送，若不需要，则直接跳转到判断数据3是否需要发送；直到所有需要发送给驱动板2的数据判断完后，执行数据读取命令；读取驱动板2内所有采集到的数据。
在与驱动板2数据交互响应完成后，对驱动板3进行数据交互响应，在与驱动板N的数据交互响应完成后，跳转至与驱动板1进行数据交互响应并依次进行循环。驱动板1和驱动板3至驱动板N的数据交互内部实现方法同驱动板2内部实现方法相同。
所述驱动板采用串口通讯RS485，即通讯介质是基于RS485通讯基础上的通讯，波特率为19200。
驱动板的通讯采用上述的协议，标准的串口通讯RS485，波特率定为19200。即采用一条USB转RS485数据线连接驱动板通讯口，然后通过电脑上的串口小工具发送命令给驱动板，让驱动板执行相应动作。驱动板上有相应拨码开关来识别驱动板的硬件地址。
所述子控板与驱动板之间的通讯数据为固定帧格式。本发明实施例中，所述子控板与驱动板之间通讯的数据帧格式为24X1X2X3X4X5 0D，所述24为数据头，0D与数据尾，所述24与0D为固定数据，所述X1为驱动板地址，所述X2为命令码，所述X3为读写标志位，所述X4和X5为数据位。
所述预定时间为250个时钟。即每个数据之间的传输(即每一帧数据的传送)，需要间隔250个时钟，这段时间用于子控板向驱动板发送数据。
所述时钟根据子控板的晶振及波特率计算。
根据子控板的晶振，例如项目板为50M，以及即定的波特率19200，计算出一个时钟。
驱动板1和驱动板2之间的间隔保留足够宽的时钟，可采用1－250时钟，方便数据增加。
子控板与驱动板之间的通讯驱动程序均为基于FPGA上的通讯驱动，能够与其他电路并行运行，不影响其他电路的工作，例如在6千瓦激光器，驱动电源为两万四千瓦的激光器上能够稳定运行。
将驱动控制电路与控制系统分离开来，驱动控制电路采用不易受干扰的芯片FPGA来控制驱动电路，其他电路远离激光器驱动电源，驱动控制电路与其他电路并行运行，不影响其他电路的工作；同时驱动控制电路的电路响应快，能够实现较快的响应速度关闭激光器驱动电源，可以减少损失。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-On l y Memory，ROM)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
为了解决以上提出的问题，本发明实施例还提供了如下所述的技术方案：
一种适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯装置，包括：
接收模块，用于子控板接收主控板发送的信号；
发送模块，用于子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，子控板与驱动板通过FPGA进行通讯。
本发明实施例提供的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯装置，为了防止高功率驱动源对控制系统的干扰，将驱动控制电路与控制系统分离开来，驱动控制电路采用不易受干扰的芯片FPGA来控制驱动电路，其他电路远离激光器驱动电源，驱动控制电路与其他电路并行运行，不影响其他电路的工作；同时驱动控制电路的电路响应快，能够实现较快的响应速度关闭激光器驱动电源，可以减少损失。
所述子控板与多个驱动板进行通讯。
所述发送模块包括第一子交互模块、第二子交互模块和跳转模块；所述第一子交互模块用于与当前驱动板进行数据交互响应；所述第二子交互模块用于在与当前驱动板数据交互响应完成后，依次对下一个驱动板进行数据交互响应；所述跳转模块用于在最后一个驱动板的数据交互响应完成后，跳转至与当前驱动板进行数据交互响应的步骤继续执行。
所述第一子交互模块具体用于：
判断数据是否需要发送至当前驱动板；
若需要，则子控板将数据发送至当前驱动板，并间隔预定时间后判断下一个数据是否需要发送至当前驱动板；
若不需要，则直接跳转到下一个数据是否需要发送的判断；
所有需要发送给驱动板的数据判断完成后，执行数据读取命令，读取当前驱动板内所有采集到的数据。
所述驱动板采用串口通讯RS485，波特率为19200。
所述子控板与驱动板之间通讯的数据帧格式为24X1X2X3X4X5 0D，所述24为数据头，0D与数据尾，所述24与0D为固定数据，所述X1为驱动板地址，所述X2为命令码，所述X3为读写标志位，所述X4和X5为数据位。
所述预定时间为250个时钟。
所述时钟根据子控板的晶振及波特率计算。
为解决上述技术问题，本申请实施例还提供计算机设备。
所述计算机设备包括通过系统总线相互通信连接存储器、处理器、网络接口。其中，本技术领域技术人员可以理解，这里的计算机设备是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(App l icat ion Speci fic I ntegrated Ci rcuit，ASI C)、可编程门阵列(Fie ld－Programmab l e Gate Array，FPGA)、数字处理器(Digita l Signa l Processor，DSP)、嵌入式设备等。
所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。
所述存储器至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，所述存储器可以是所述计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，所述存储器也可以是所述计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，所述存储器还可以既包括所述计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，所述存储器通常用于存储安装于所述计算机设备的操作系统和各类应用软件，例如适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法的程序代码等。此外，所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
所述处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制所述计算机设备的总体操作。本实施例中，所述处理器用于运行所述存储器中存储的程序代码或者处理数据，例如运行所述适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法的程序代码。
所述网络接口可包括无线网络接口或有线网络接口，该网络接口通常用于在所述计算机设备与其他电子设备之间建立通信连接。
本申请还提供了另一种实施方式，即提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯程序，所述适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯程序可被至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法的步骤。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，其特征在于，包括如下步骤：
子控板接收主控板发送的信号；
子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，主控板与子控板分离，子控板通过抗干扰的FPGA芯片控制驱动板，子控板与高功率光纤激光器中的其他电路并行运行，所述高功率光纤激光器中的其他电路远离激光器驱动电源，所述子控板具有快速响应速度；
所述子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板的步骤具体包括：
与当前驱动板进行数据交互响应；
在与当前驱动板数据交互响应完成后，依次对下一个驱动板进行数据交互响应；
在最后一个驱动板的数据交互响应完成后，跳转至与当前驱动板进行数据交互响应的步骤继续执行；
所述与当前驱动板进行数据交互响应的步骤具体包括：
判断数据是否需要发送至当前驱动板；
若需要，则子控板将数据发送至当前驱动板，并间隔预定时间后判断下一个数据是否需要发送至当前驱动板；
若不需要，则直接跳转到下一个数据是否需要发送的判断；
所有需要发送给驱动板的数据判断完成后，执行数据读取命令，读取当前驱动板内所有采集到的数据。
2.根据权利要求1所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，其特征在于，
所述子控板与多个驱动板进行通讯。
3.根据权利要求1所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，其特征在于，
所述驱动板采用串口通讯RS485，波特率为19200。
4.根据权利要求1所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，其特征在于，
所述子控板与驱动板之间通讯的数据帧格式为24X1X2X3X4X5 0D，所述24为数据头，0D与数据尾，所述24与0D为固定数据，所述X1为驱动板地址，所述X2为命令码，所述X3为读写标志位，所述X4和X5为数据位。
5.根据权利要求1所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，其特征在于，
所述预定时间为250个时钟。
6.根据权利要求5所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法，其特征在于，
所述时钟根据子控板的晶振及波特率计算。
7.一种适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于子控板接收主控板发送的信号；及
发送模块，用于子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板，其中，主控板与子控板分离，子控板通过抗干扰的FPGA芯片控制驱动板，子控板与高功率光纤激光器中的其他电路并行运行，所述高功率光纤激光器中的其他电路远离激光器驱动电源，所述子控板具有快速响应速度；
所述子控板对信息进行处理，并将处理后的信号发送至驱动板包括：
与当前驱动板进行数据交互响应；
在与当前驱动板数据交互响应完成后，依次对下一个驱动板进行数据交互响应；
在最后一个驱动板的数据交互响应完成后，跳转至与当前驱动板进行数据交互响应的步骤继续执行；
所述与当前驱动板进行数据交互响应包括：
判断数据是否需要发送至当前驱动板；
若需要，则子控板将数据发送至当前驱动板，并间隔预定时间后判断下一个数据是否需要发送至当前驱动板；
若不需要，则直接跳转到下一个数据是否需要发送的判断；
所有需要发送给驱动板的数据判断完成后，执行数据读取命令，读取当前驱动板内所有采集到的数据。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的适用于高功率光纤激光器控制系统内部的通讯方法的步骤。
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