CN210129111U - 一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，包括数字控制模块和GSM无线通讯模块，数字控制模块用于控制激光器、振镜工作，包括依次相连接的TI核心板、FPGA控制底板、接口扩展板，所述TI核心板与10.1寸工业显示屏相连接；GSM无线通讯模块包括微控制器、WIFI模块、GSM/GPRS模块，所述微控制器与WIFI模块、GSM/GPRS模块、TI核心板相连接，微控制器通过RS232通讯模块与激光器通讯。本实用新型使用方便，显示准确，可以实时显示激光器的工作电流、电压，激光器的内部温度，射频放大器是否正常，故障保护时间，激光器设备的总运行时间等信息的二氧化碳激光器运行状态。

Description

一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置

技术领域

本实用新型涉及一种二氧化碳激光器的远程服务装置，尤其是涉及一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置。

背景技术

目前在二氧化碳激光器的应用过程中，一般情况下，使用者对于激光器的状态、故障等情况均是一无所知，只有故障到了极其严重，已经影响到使用时，使用者才能从它的外在种种现象，比如有的电流过大，或者温度过高，或者功率降低等，进而判断某些部件损坏，因为没有一个直观的外在显示装置，也没有网络功能，管理者不能在远程维护中进行故障诊断和进行产品支持。

实用新型内容

本实用新型提供一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，解决了二氧化碳激光器的打标机控制的远程管理问题，其技术方案如下所述：

一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，包括数字控制模块和GSM无线通讯模块，数字控制模块用于控制激光器、振镜工作，包括依次相连接的TI核心板、FPGA控制底板、接口扩展板，所述TI核心板与10.1寸工业显示屏相连接；GSM无线通讯模块包括微控制器、WIFI模块、GSM/GPRS模块，所述微控制器与WIFI模块、GSM/GPRS模块、TI核心板相连接，微控制器通过RS232通讯模块与激光器通讯。

所述TI核心板采用处理器TMS320C6748，与FPGA控制底板的逻辑芯片相连接，用于把加工数据快速传递到FPGA控制底板。

FPGA控制底板的逻辑芯片采用EP4CE10E22芯片，用于实现在打标时对振镜、激光器的实时控制，通过接口扩展板控制二氧化碳激光器的工作启停、功率变化；接口扩展板扩展出直接接振镜的插座、激光器的插座、冗余的扩展接口，扩展接口包括网口、串口、输入输出口，飞标接口。

逻辑芯片与USB转并口芯片、随机数据存储器相连接，USB转并口芯片采用ch341b芯片，用于实现逻辑芯片和电脑连接，从电脑端接收加工数据；随机数据存储器采用一片512k个字节的随机数据存储器is61wv25616bll，用来存储现场加工数据。

GSM无线通讯模块中，微控制器采用STM32F103RCT6芯片，与时钟电路相连接；微控制器通过Jtag仿真口的配置电路、Jtag仿真插座实现使用仿真器对微控制器进行实时程序仿真，以及用于对微控制器的片内FLASH进行程序烧写；微控制器通过核心板连接插座、电源电路实现与TI核心板的通讯，用于将二氧化碳激光器的状态信息传输到TI核心板。

微控制器通过RS232通讯模块与二氧化碳激光器进行通讯，所述RS232通讯模块包括串口信号电平转换器MAX3232E。

WIFI模块包括通讯模块ESP-07S，通讯模块ESP-07S与串口转以太网模块TCP232-S2相连接。

串口转以太网模块TCP232-S2与网口变压器H1102NL、网络输出插座依次相连接。

GSM/GPRS模块采用芯片SIM900A，连接有SIM卡接口插座、模块的测试接口，接入电源为低压差稳压器mic29302。

SIM卡接口插座与SIM卡ESD静电防护电路相连接。

本实用新型使用方便，显示准确，可以实时显示激光器的工作电流、电压，激光器的内部温度，射频放大器是否正常，故障保护时间，激光器设备的总运行时间等信息的二氧化碳激光器运行状态，与现有技术相比，拥有以下优点：

1.通过RS232与激光器通讯，实时获取温度等各种内部状态代码。

2.使用手机智能APP，可方便记录整机历史数据，便于有效管理售后的设备。

3.使用WIFI模块，实现与现场工作人员的手机APP通讯，可查询设备状态及用于解锁。

4.使用GSM模块，便于把各种激光器状态，位置，等信息代码传送到远程服务器，便于服务器的统一管理。还可实现GSM蜂窝基站定位，定位速度快，成本低，室内可用。

5.使用以太网通讯,可在没有无线信号的情况下,及时与网络服务器通讯,汇总机器状态信息,弥补没有GSM信号的通讯不足。

附图说明

图1是所述二氧化碳激光器的打标机控制卡装置实施例的结构示意图；

图2是实施例中所述FPGA控制底板的电路示意图；

图3是GSM无线通讯模块的微控制器的结构示意图；

图4是图3的部分结构放大示意图一；

图5是图3的部分结构放大示意图二；

图6是图3的部分结构放大示意图三；

图7是图3的部分结构放大示意图四；

图8是图3的部分结构放大示意图五；

图9是GSM无线通讯模块的WIFI模块的结构示意图；

图10是图9的部分结构放大示意图一；

图11是图9的部分结构放大示意图二；

图12是GSM无线通讯模块的GSM/GPRS模块的结构示意图；

图13是图12的部分结构放大示意图一；

图14是图12的部分结构放大示意图二；

图15是图12的部分结构放大示意图三；

图16是图12的部分结构放大示意图四；

图17是图12的部分结构放大示意图五；

图18是图12的部分结构放大示意图六；

图19是图12的部分结构放大示意图七。

具体实施方式

本实用新型提供的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置包括：

1、数字控制模块，用于控制激光器和振镜工作；

2、GSM无线通讯模块，其包括：

1)WiFi模块，用于和手机APP进行通讯；

2)GSM模块，用于远程通讯及蜂窝基站定位；

3、RS232通讯模块，用于与激光器通讯。

所述数字控制模块与GSM无线通讯模块相连接，GSM无线通讯模块通过RS232通讯模块与激光器相连接。使用时，数字控制模块控制激光器和振镜按照想要打印的内容进行工作，并通过RS232通讯模块与激光器通讯，读取激光器内部的温度数据，激光器射频放大器工作是否正常，内部电压是否正常，每台激光器唯一的序列号等实时状态。

GSM无线通讯模块中，WIFI模块通过手机的WIFI功能和移动数据终端手机APP进行通讯，读取到以上的各种数据，状态等，在手机的APP里显示出来，供激光器用户、激光器售后人员随时查看机器状态。

GSM模块可与远程服务器对接，把激光器设备的各种状态代码，传输到云服务器，有云服务器统一管理，还可以实现GSM蜂窝基站定位。

数字控制模块与RS232通讯模块、WiFi模块、GSM模块共同形成控制卡。所述控制卡采用数字控制卡，使用RS232与激光器通讯读取机内状态，通过WIFI接口与手机通讯，手机APP通过手机WIFI与模块的WIFI对接通讯，把这些状体信息显示在手机上。控制卡包含的GSM模块，可远程通讯，即时把机器状态码，故障代码等信息传到云端服务器，由服务器管理所有售出二氧化碳激光器打标机。

如图1的实施例所示，二氧化碳激光器的打标机控制卡装置还包括10.1寸工业显示屏103，10.1寸工业显示屏103带有电容触摸。用作整个装置的人机交互界面。可在这个显示屏设置激光器的各种工作参数，可以完成各种打标任务的输入，参数的选择，可以显示激光器的状态等。

所述数字控制模块包括TI核心板101、FPGA控制底板及电源104、接口扩展板105，所述TI核心板101与10.1寸工业显示屏103相连接，TI核心板101与FPGA控制底板及电源104相连接，FPGA控制底板及电源104与接口扩展板105相连接。

TI核心板101为整个系统的核心处理器板，使用TI公司的处理器TMS320C6748，简称TL6748，C6000系列浮点DSP处理器，标配工业级芯片，主频456MHZ，配有工业级程序闪存和工业级DDR2数据存储器。外围接口丰富，集成Upp、EMIF、USB2.0 OTG等大数据传输接口，可与FPGA/CPLD配套使用，主要完成显示屏的驱动，打标机各种参数的输入、存储，各种打标算法的计算等。

所述FPGA控制底板及电源104包括FPGA控制底板和电源两部分，FPGA控制底板主要完成在打标时振镜、激光器的实时控制。FPGA控制底板的电源为系统各部分提供不同的电源支持。

接口扩展板105为整个系统的扩展板，可以扩展出直接接振镜的插座、激光器的插座、冗余的扩展接口，扩展接口包括网口、串口、输入输出口，飞标接口(脚踏开关、红外接口、光电开关、编码器)等。FPGA控制底板通过接口扩展板105控制二氧化碳激光器106的工作启停、功率变化等。

TI核心板101与GSM无线通讯模块102相连接，GSM无线通讯模块102通过RS232串口和二氧化碳激光器106进行通讯，获取二氧化碳激光器106的各种工作状态信息，包括工作电压、电流、腔体温度、射频放大器是否正常等信息，以及二氧化碳激光器序列号、工作总时长等个体信息。

这些信息首先通过TI核心板101在10.1寸工业显示屏103显示，同时由GSM无线通讯模块102通过有线或无线网络传输到云服务器107，由云服务器107记录、存储所有售出激光器的信息，有利于对售出产品的售后服务。进一步的，笔记本或电脑108是厂家的电脑或售后人员的笔记本，可通过网络随时查看售出机器的状态，便于给用户实现设备远程维护、远程软件升级。

图2是本实用新型实施例中的FPGA控制底板的电路框图。FPGA也就是现场门阵列(Field-Programmable Gate Array)，以并行运算为主，以硬件描述语言实现。FPGA提供了最高的逻辑密度，最丰富的特性，和最高的性能。同一个芯片，可有现场编程，完成不同的功能。

FPGA控制底板的逻辑芯片201为EP4CE10E22芯片，该芯片是altera公司的cyclone四代产品，拥有10320个逻辑单元。功耗低，性能强，性价比高，大批量应用在民用场合。

逻辑芯片201与USB转并口芯片204、随机数据存储器203、核心板芯片202相连接。

USB转并口芯片204采用ch341b芯片，被用来实现逻辑芯片和电脑的连接，可以从电脑端接收加工数据。

随机数据存储器203是一片512k个字节的随机数据存储器is61wv25616bll，可用来存储现场加工数据。

TI核心板101采用的核心板芯片202，即TI公司的处理器TMS320C6748，通过并行总线和逻辑芯片201连接，可把加工数据快速传递到FPGA，有逻辑芯片201的FPGA并行执行，能够分别控制振镜和激光器，并接收外设信号。

供电模块206可以提供系统需要的不同电压的电源。

图中GSM无线通讯模块102采用通过串口连接到核心板芯片202，其包括微处理器301，以及与微处理器相连接的GSM/GPRS模块、WIFI模块、GSM无线通讯模块102把需要显示的信息传递到芯片TL6748，并由TL6748驱动显示。

图3为本实用新型的GSM无线通讯模块的微控制器的工作原理图。在原理图中，包括微控制器301，微控制器301采用STM32F103RCT6芯片，为ARM公司的32Bit微控制器，片内带有flash程序存储器256KB，数据存储器48KB；还包括时钟电路302，Jtag仿真口的配置电路303，Jtag仿真插座304，和核心板连接插座305、电源电路306、二氧化碳激光器的连接插座307。

所述微控制器电路301与时钟电路302、Jtag仿真口的配置电路303、Jtag仿真插座304、核心板连接插座305、电源电路306、二氧化碳激光器的连接插座307分别相连接。

结合图4到图8所示，STM32F103是基于ARM核心的带有闪存的增强型微控制器，最高主频能达到72Mhz，具有单周期乘法和硬件除法，拥有两个12位模数转换器，1us转换时间(多达16个输入通道)，2个DMA控制器，共12个DMA通道，支持多达8个定时器，9个通信接口：2个I2C接口，5个UART接口，2个SPI接口，CAN接口，USB2.0全速接口。适用于电力电子，电机驱动，应用控制，医疗仪器，手持设备，LED条屏控制等。

原理图中，时钟电路302用于配置微控制器301采用外部16Mhz时钟，配置电路303用于配置微控制器301的JTAG接口电平，仿真插座304即可以使用仿真器对微控制器进行实时程序仿真，也能用于对微控制器的片内FLASH进行程序烧写。

核心板连接插座305连接到TL6748核心板和电源底板。其中pin1为5V直流电源正端，pin4为5V直流电源负端，也就是接地端，由这两个管脚为微控制器301电路提供电源，305的pin1连接到306的1脚，再由ldo芯片306将电源稳压到3.3伏。

ldo芯片306采用芯片xc6215，xc6215是高精度，低噪声正电源输出电压调整芯片，在306的pin5输出稳压到3.3V的电源供微控制器电路使用。核心板连接插座305的pin2,pin3用于连接核心板TL6748工作，pin3为微控制器301的串口1接收信号，连接到301的PIN43，305的pin4为微控制器301的串口1发射信号，连接到301的pin42,这样就能由301微控制器通过pin43,pin42来实现与核心板的通讯，以便把二氧化碳激光器的状态信息传输到核心板TL6748。

收发器(转换器)307采用串口信号电平转换器MAX3232E，MAX3232E收发器采用专有的低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0v至5.5v电源供电时实现真正的rs232性能。

微控制器301的串口5通过307收发器转换后的RS232电平连接到308输出插座。微控制器301的pin53为串口5的发送端，连接到转换器307的pin11脚，301的pin54为串口5的接收端，连接到转换器307的pin12脚,经过307的电平转换后，由307的pin14脚连接到插座308的pin1脚，是为232电平信号的发送端，连接到激光器的接收端。307的pin13连接到输出插座308的pin2脚，是为232电平信号的接收端，连接到二氧化碳激光器的发送端。这样，微控制器301的串口5通过转换器307、插座308，连接到二氧化碳激光器，接收二氧化碳激光器的状态信息。

图9为本实用新型的GSM无线通讯模块的WIFI模块的工作原理图。图中401为WIFI通讯模块ESP-07S，可以与现场的手机app通讯，实现手机app的现场设备查询。ESP-07S模块采用的核心处理器ESP8266，在较小尺寸集成了业内领先的超低功耗32位MCU，板载天线，是一款超低功耗的UART-WIFI透传模块，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到WI-FI无线网络上，进行互联网或局域网通讯，实现联网功能。在本系统中主要用来和手机APP通讯。401的pin1脚为复位脚，连接到pin26脚，由微处理器301控制模块的复位，pin15脚串口接收脚连接到微处理器301串口3的发送脚pin29，pin16脚串口发送脚连接到微处理器301串口3的接收脚pin30，这样微处理器301的串口3通过模块401实现了串口到WiFi的透传，可以和手机APP通讯，实现手机APP的现场设备查询，密码解锁等功能。

结合图10到图11，402为TCP232-S2模块，可实现串口到网络接口双向传输。TCP232-S2是一款全新的小体积串口转以太网模块，为贴片式以太网模块，能实现网口与TTL串口之间直接的数据透明传输。在本系统中，被用来实现微处理器301的串口2到网络的传输，通过402模块，微处理器301就能把从激光器获知的二氧化碳激光器的状态信息传输到云服务器。微处理器301的pin16脚为串口2的发送脚，通过电阻R16连接到402的pin4脚。微处理器301的pin17脚为串口2的接收脚，通过电阻R17连接到402的pin5脚，接收402从网络端传输来的数据，402的pin5脚为TCP232-S2以太网模块的串口发送端。

403为网口变压器H1102NL，H1102NL是超薄贴片百兆单口网络滤波变压器，主要实现电气隔离，共模抑制，差分传输,噪声抑制，拥有很高的电磁兼容emc性能。在本装置中，用来作为网络收发器和网线间的隔离变压器。404是网络输出插座，404的pin1接网络输出TX+,404的pin2接网络输出TX-,这两个信号组成差分输出。404的pin3接网络输出RX+,404的pin4接网络输出RX-,这两个信号组成差分输入。

微处理器301通过串口转以太网模块402、网口变压器403、输出插座404，完成和网络的通讯连接，通过这种连接可在没有GSM信号的情况下，把二氧化碳激光器的状态信息数据传输到云端服务器。

图12为本实用新型的GSM无线通讯模块的GSM/GPRS通讯模块的工作原理图。

图中，501为GSM/GPRS通讯模块SIM900A,SIM900A是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，基于STE的单芯片方案，采用ARM926EJ-S架构，性能强大，可以内置客户程序。SIM900A的主要功能有语音通话、短信收发、GPRS网络数据收发，基站定位等功能。主要应用在通讯物联网领域，如远程数据监控，智能抄表，电力监控，短信提醒收发等。支持频段GSM/GPRS 900/1800MHZ。在本装置中主要是用来实现无线远程通讯，把二氧化碳激光器的状态数据信息通过无线方式传输到云服务器。SIM900A使用串口通讯的方式和外部连接，通过串口数据的交换我们就可以使用SIM900A实现无线远程通讯了。501的pin9脚为SIM900A的数据发送端，通过电阻R4连接到微处理器301串口4的接收pin52脚,501的pin10脚为SIM900A的数据接收端，通过电阻R5连接到微处理器301串口4的发送pin51脚。

GSM/GPRS通讯模块501与网络工作显示灯驱动电路502、开关机时序控制电路503、SIM卡接口插座504、模块测试接口505分别相连接。

结合图13到图19，502为网络工作显示灯驱动电路，可以显示SIM900A模块的网络工作状态。503为SIM900A模块的开关机时序控制电路，使用三极管驱动，更可靠。在附图中504为SIM卡接口插座，为了增强SIM卡部分的可靠性，在接口处增加506的静电防护器件SMF05C，SMF05C为TVS二极管阵列，可起到有效的静电防护作用。505为模块的测试接口，pin1脚接501的pin27脚，pin2脚接501的pin28脚，这个接口可以作为软件升级、DBG调试时使用。在图中507为电源电路，使用低压差稳压器mic29302，mic29302为可调输出稳压器，可输出1.25v至25v电压，在本电路中通过电阻R25,R26分压到mic29302调整端pin5，可在输出脚pin4输出稳定的4v电压，最大输出电流可达3A,可以为SIM900A提供稳定的电源。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：包括数字控制模块和GSM无线通讯模块，数字控制模块用于控制激光器、振镜工作，包括依次相连接的TI核心板、FPGA控制底板、接口扩展板，所述TI核心板与10.1寸工业显示屏相连接；GSM无线通讯模块包括微控制器、WIFI模块、GSM/GPRS模块，所述微控制器与WIFI模块、GSM/GPRS模块、TI核心板相连接，微控制器通过RS232通讯模块与激光器通讯。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：所述TI核心板采用处理器TMS320C6748，与FPGA控制底板的逻辑芯片相连接，用于把加工数据快速传递到FPGA控制底板。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：FPGA控制底板的逻辑芯片采用EP4CE10E22芯片，用于实现在打标时对振镜、激光器的实时控制，通过接口扩展板控制二氧化碳激光器的工作启停、功率变化；接口扩展板扩展出直接接振镜的插座、激光器的插座、冗余的扩展接口，扩展接口包括网口、串口、输入输出口，飞标接口。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：逻辑芯片与USB转并口芯片、随机数据存储器相连接，USB转并口芯片采用ch341b芯片，用于实现逻辑芯片和电脑连接，从电脑端接收加工数据；随机数据存储器采用一片512k个字节的随机数据存储器is61wv25616bll，用来存储现场加工数据。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：GSM无线通讯模块中，微控制器采用STM32F103RCT6芯片，与时钟电路相连接；微控制器通过Jtag仿真口的配置电路、Jtag仿真插座实现使用仿真器对微控制器进行实时程序仿真，以及用于对微控制器的片内FLASH进行程序烧写；微控制器通过核心板连接插座、电源电路实现与TI核心板的通讯，用于将二氧化碳激光器的状态信息传输到TI核心板。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：微控制器通过RS232通讯模块与二氧化碳激光器进行通讯，所述RS232通讯模块包括串口信号电平转换器MAX3232E。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：WIFI模块包括通讯模块ESP-07S，通讯模块ESP-07S与串口转以太网模块TCP232-S2相连接。

8.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：串口转以太网模块TCP232-S2与网口变压器H1102NL、网络输出插座依次相连接。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：GSM/GPRS模块采用芯片SIM900A，连接有SIM卡接口插座、模块的测试接口，接入电源为低压差稳压器mic29302。

10.根据权利要求9所述的二氧化碳激光器的打标机控制卡装置，其特征在于：SIM卡接口插座与SIM卡ESD静电防护电路相连接。

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