CN210199542U - 一种基于单片机的光束控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于单片机的激光光束控制系统，用以解决光束控制方法控制精度较低，使用误差大的问题。基于单片机的激光光束控制系统，包括：单片机，用于通过人机交互界面接收用户设定的光束聚焦距离、角度和速度值、以及激光功率；光束聚焦调节模块，用于根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整，所述光束聚焦距离是根据所述光束聚焦调节模块与目标点之间的距离确定的；光束角度调节模块，用于根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整，光束功率调节模块，用于根据设定的激光功率发射激光光束。

Description

一种基于单片机的光束控制系统

技术领域

本实用新型涉及光束控制技术领域，尤其涉及一种基于单片机的光束控制系统。

背景技术

光束控制的目的是将高能激光发射到目标点，并将光束稳定在目标点上直到预期效果实现。目前，主要采用人工搭配可转云台进行光束控制，但是，这种控制方法控制精度较低，导致使用误差较大。

实用新型内容

本实用新型用于解决现有的光束控制方法控制精度较低，使用误差大的问题，提供一种基于单片机的激光光束控制系统。

本实用新型提供一种基于单片机的光束控制系统，所述系统，包括：

单片机，用于通过人机交互界面接收用户设定的光束聚焦距离、角度和速度值、以及激光功率；

光束聚焦调节模块，用于根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整，所述光束聚焦距离为根据光束聚焦调节模块与目标点之间的距离确定的；光束角度调节模块，用于根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整；

光束功率调节模块，用于根据设定的激光功率发射激光光束。

在一种可能的实施方式中，所述光束聚焦调节模块，包括光学镜头、测距机、控制板和驱动电机，其中：

所述测距机，用于测量所述光学镜头与目标点之间的距离；

所述控制板，用于根据所述光束聚焦距离确定驱动电机运动距离，并生成控制信号；

所述驱动电机，用于在所述控制信号的控制下运动完成光束焦距调整。

在一种可能的实施方式中，所述单片机，还用于通过DAC模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号；

所述光束角度调节模块，包括X方向上的一维振镜及其对应的控制电路和Y方向上的一维振镜及其对应的控制电路，其中：

所述X方向的控制电路，用于根据所述驱动信号驱动X方向的一维振镜运动；

所述Y方向的控制电路，用于根据所述驱动信号驱动Y方向的一维振镜运动。

在一种可能的实施方式中，所述设定的角度和速度值包括分别针对X方向设定的角度和速度值和Y方向设定的角度和速度值；

所述单片机，具体用于根据针对X方向设定的角度和速度值，生成控制X方向的一维振镜运动的驱动信号；以及根据针对Y方向设定的角度和速度值，生成控制Y方向的一维振镜运动的驱动信号。

在一种可能的实施方式中，所述光束功率调节模块包括驱动板和激光器；其中：

所述单片机，还用于根据设定的激光功率确定电功率，根据所述电功率控制所述驱动板向激光器提供相应的驱动电流，以驱动所述激光器发射满足设定激光功率的激光。

在一种可能的实施方式中，所述系统，还包括：

安全防护模块，用于监控所述光束聚焦调节模块、所述光束角度调节模块和所述光束功率调节模块的实时状态；以及在监控到任一模块状态异常时，通过所述人机交互界面显示相应模块状态异常的告警信息。

在一种可能的实施方式中，所述单片机上运行支持并行任务处理机制的操作系统。

在一种可能的实施方式中，所述操作系统包括ucos II实时操作系统。

本实用新型还提供一种基于单片机的光束控制方法，所述方法包括：

通过人机交互界面接收用户设定的光束聚焦距离、角度和速度值、以及激光功率；

根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整，所述光束聚焦距离是根据与目标点之间的距离确定的；

根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整；

根据设定的激光功率发射激光光束。

在一种可能的实施方式中，根据设定的光束聚焦距离发射的激光光束进行焦距调整，具体包括：

测量测量点与目标点之间的距离；

根据所述光束聚焦距离确定驱动电机运动距离，并生成控制信号；

根据所述控制信号控制驱动电机运动完成光束焦距调整。

在一种可能的实施方式中，根据设定的角度和速度值发射的激光光束进行光束角度调整，具体包括：

通过DAC模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号；

根据所述驱动信号驱动X方向和Y方向的一维振镜运动。

在一种可能的实施方式中，所述设定的角度和速度值包括分别针对X方向设定的角度和速度值和Y方向设定的角度和速度值；以及

通过DAC模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号，具体包括：

根据针对X方向设定的角度和速度值，生成控制X方向的一维振镜运动的驱动信号；

根据针对Y方向设定的角度和速度值，生成控制Y方向的一维振镜运动的驱动信号。

在一种可能的实施方式中，根据设定的激光功率发射激光光束，具体包括：

根据设定的激光功率确定电功率；

根据所述电功率控制驱动板向激光器提供相应的驱动电流，以驱动所述激光器发射满足所述激光功率的激光。

在一种可能实施方式中，所述方法还包括：

监控光束控制系统的实时状态；

在监控到所述光束控制系统状态异常时，通过所述人机交互界面显示光束控制系统状态异常的告警信息。

采用上述技术方案，本实用新型至少具有下列优点：

本实用新型所述的基于单片机的光束控制系统，用户可以根据自身需求通过单片机设定光束聚焦距离、角度和速度值以及激光功率，根据用户的设定，通过光束聚焦调节模块进行焦距调整，通过光束角度调节模块进行光束角度调节，通过光束功率调节模块进行激光功率的调整，上述调整方法可以避免人工调整引入的误差，提高光束控制的精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于单片机的光束控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的基于单片机的光束控制方法流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行详细说明如后。

本实用新型实施例中，为了解决现有光束控制精度低，误差大的技术问题，提供了一种基于单片机的光束控制系统，将光束控制流程划分为由单片机控制的测距控制、调焦控制、振镜控制、激光器控制、状态监控以及安全防护等多个任务，由于单片机同一时刻只能控制一个任务，但是，本实用新型实施例中对各个任务控制要求不同，控制时机也不同，因此，需要对各个任务进行实时监控及调整，如果使用常用的串行处理机制不能够保证系统运行时的可靠性。有鉴于此，在本实用新型实施例中，可以通过在单片机上运行支持并行任务处理机制的操作系统，例如，可以在单片机上运行ucosII实时操作系统，建立包含测距控制、调焦控制、振镜控制、激光器控制、状态监控以及安全防护等多个任务，根据任务的重要性为不同的任务分配不同的调度优先级，利用时间片轮转机制对各任务进行调度，实现对系统各模块的实时监控和控制。以下结合说明书附图对本实用新型实施例提供的基于单片机的光束控制系统的具体结构进行详细说明。

如图1所示，其为本实用新型实施例提供的基于单片机的光束控制系统的结构示意图，包括：

单片机11，用于通过人机交互界面15接收用户设定的光束聚焦距离、角度和速度值和激光功率。

具体实施时，用户可以通过人机交互界面15控制单片机11，通过人机交互界面15输入光束聚焦距离、角度和速度值和激光功率等。

其中，根据用户设定的光束聚焦距离可以进行光束聚焦调节，根据用户设定的角度和速度值可以对光束角度进行调节，根据用户设定的激光功率可以对光束功率进行调节。

光束聚焦调节模块12，用于根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整，其中，光束聚焦距离为根据光束聚焦调节模块12与目标点之间的距离确定的。

光束角度调节模块13，用于根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整。

光束功率调节模块14，用于根据设定的激光功率发射激光光束。

在一种可能的实施方式中，光束聚焦调节模块12包括光学镜头、测距机、控制板和驱动电机，其中，测距机，用于测量测量点与目标点之间的距离，并通过人机交互界面15显示测量到的距离；控制板，用于根据光束聚焦距离确定驱动电机运动距离，并生成控制信号；驱动电机，用于在控制板生成的控制信号的控制下运动完成光束焦距调整。

具体实施时，单片机11根据测距机测量得到的距离，通过人机交互界面15进行显示以反馈给用户，用户根据人机交互界面15显示的距离确定光束聚焦距离，并通过人机交互界面15输入确定出的光束聚焦距离；具体实施时，也可以由单片机根据测量的距离确定出光束聚焦距离。单片机11根据确定出的光束聚焦距离或者用户输入的光束聚焦距离，控制所述控制板根据确定出的光束聚焦距离结合光学结构及公式换算出驱动电机运动距离，并根据确定出的驱动电机运动距离生成控制信号，驱动电机在控制信号的控制下运动完成光束焦距调整。由此，实现了在不同距离下光束的自动聚焦。相比于手动调节聚焦，速度更快，精度更高，聚焦效果更好。

在一种可能的实施方式中，光束角度调节模块13，可以包括X方向上的一维振镜及其对应的控制电路和Y方向上的一维振镜及其对应的控制电路，其中：单片机11，还用于通过DAC(数模转换)模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号；X方向的控制电路，用于根据单片机生成的驱动信号驱动X方向的一维振镜运动；Y方向的控制电路，用于根据单片机生成的驱动信号驱动Y方向的一维振镜运动，从而实现在X和Y方向上的偏转。

具体实施时，用户通过人机交互界面输入需要调节的角度和速度值，单片机11接收到用户输入的角度和速度值之后，通过12位高精度DAC模块产生对应的驱动波形分别控制X方向和Y方向的振镜运动，从而实现在X方向和Y方向上的偏转，达到自动调节光束角度的目的。

在另一种可能的实施方式中，还可以对X方向和Y方向进行同时不同速的调节。这种实施方式中，用户设定的角度和速度值包括分别针对X方向设定的角度和速度值和Y方向设定的角度和速度值；这样，单片机11可以根据针对X方向设定的角度和速度值，生成控制X方向的一维振镜运动的驱动信号；根据针对Y方向设定的角度和速度值，生成控制Y方向的一维振镜运动的驱动信号。X方向的控制电路根据针对X方向的一维振镜运动的驱动信号控制X方向的振镜运动，Y方向的控制电路根据针对Y方向的一维振镜运动的驱动信号控制Y方向的振镜运动，由此实现对X方向和Y方向同时不同速的调节。

具体实施时，在振镜调整的过程中，单片机还可以通过闭环反馈来实时调节振镜运动位置，保证X方向的振镜和Y方向的振镜位置调节满足用户需求。

在一种可能的实施方式中，光束功率调节模块包括驱动板和激光器；其中：

单片机11，还用于根据设定的激光功率确定电功率，根据电功率控制驱动板向激光器提供相应的驱动电流，以驱动激光器发射满足该激光功率的激光。

具体地，用户通过人机交互界面设定激光功率后，单片机将激光功率转换成电功率，根据转换出的电功率控制驱动板向激光器提供相应大小的驱动电流，从而发射出满足设定功率的激光。具体实施时，在激光功率调整过程中，可以通过闭环反馈回路反馈实际输出激光功率，如果实际输出激光功率与用户设定的激光功率偏差超过一定的阈值，则单片机将自动检测设备是否出现故障，并对其进行调节和维护。

具体实施时，本实用新型实施例提供的基于单片机的光束控制系统还可以包括安全防护模块16，用于监控光束聚焦调节模块12、光束角度调节模块13和光束功率调节模块14的实时状态；以及在监控到任一模块状态异常时，通过人机交互界面显示相应模块状态异常的告警信息。具体实施时，在告警的同时，还可以停止激光发射，防止发生危险。在另一实施方式中，安全防护模块还可以在发射激光时，如果检测到前方有疑似生物体，例如人或动物通过时，将自动停止激光发射，并通过人机交互界面提示用户，用户可以根据实际情况进行处理。另外，考虑到恶劣天气下可能会触发误告警，用户可以通过切换工作模式关闭安全防护模块功能。

根据本实用新型实施例的基于单片机的光束控制系统，用户可以根据自身需求通过单片机设定光束聚焦距离、角度和速度值以及激光功率，根据用户的设定，通过光束聚焦调节模块进行焦距调整，通过光束角度调节模块进行光束角度调节，通过光束功率调节模块进行激光功率的调整，上述调整方法可以避免人工调整引入的误差，提高光束控制的精度。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例中还提供了一种基于单片机的光束控制方法，由于上述方法解决问题的原理与基于单片机的光束控制系统相似，因此上述方法的实施可以参见系统的实施，重复之处不再赘述。

如图2所示，其为本实用新型实施例提供的基于单片机的光束控制方法的实施流程示意图，包括以下步骤：

S21、通过人机交互界面接收用户设定的光束聚焦距离、角度和速度值和激光功率；

S22、根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整。

其中，光束聚焦距离为根据测量点与目标点之间的距离确定的。

在一种可能的实施方式中，可以由用户根据测量点与目标点之间的距离确定光束聚焦距离，这种实施方式中，在测量到测量点与目标点之间的距离之后，需要通过人机交互界面显示测量到的距离。

在另外一种实施方式中，可以根据测量点与目标点之间的距离，由单片机确定光束聚焦距离，这种实施方式中，可以通过人家交互界面显示测量到的距离和确定出的光束聚焦距离。

S23、根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整。

S24、根据设定的激光功率发射激光光束。

在一种可能的实施方式中，根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整，具体包括：

测量与目标点之间的距离，并通过所述人机交互界面显示测量到的距离；

根据所述光束聚焦距离确定驱动电机运动距离，并生成控制信号；

根据所述控制信号控制驱动电机运动完成光束焦距调整。

在一种可能的实施方式中，根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整，具体包括：

通过DAC模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号；

根据所述驱动信号驱动X方向和Y方向的一维振镜运动。

在一种可能的实施方式中，所述设定的角度和速度值包括分别针对X方向设定的角度和速度值和Y方向设定的角度和速度值；以及

通过DAC模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号，具体包括：

根据针对X方向设定的角度和速度值，生成控制X方向的一维振镜运动的驱动信号；

根据针对Y方向设定的角度和速度值，生成控制Y方向的一维振镜运动的驱动信号。

在一种可能的实施方式中，根据设定的激光功率发射激光光束，具体包括：

根据设定的激光功率确定电功率；

根据所述电功率控制驱动板向激光器提供相应的驱动电流，以驱动所述激光器发射满足所述激光功率的激光。

在一种可能实施方式中，所述方法还包括：

监控光束控制系统的实时状态；

在监控到所述光束控制系统状态异常时，通过所述人机交互界面显示光束控制系统状态异常的告警信息。

通过具体实施方式的说明，应当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

Claims (8)

1.一种基于单片机的光束控制系统，其特征在于，包括：

单片机，用于通过人机交互界面接收用户设定的光束聚焦距离、角度和速度值、以及激光功率；

光束聚焦调节模块，用于根据设定的光束聚焦距离对发射的激光光束进行焦距调整，所述光束聚焦距离是根据测量点与目标点之间的距离确定的；

光束角度调节模块，用于根据设定的角度和速度值对发射的激光光束进行光束角度调整；

光束功率调节模块，用于根据设定的激光功率发射激光光束。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光束聚焦调节模块，包括光学镜头、测距机、控制板和驱动电机，其中：

所述测距机，用于测量测量点与目标点之间的距离；

所述控制板，用于根据所述光束聚焦距离确定驱动电机运动距离，并生成控制信号；

所述驱动电机，用于在所述控制信号的控制下运动以完成光束焦距调整。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述单片机，还用于通过数模转换DAC模块根据设定的角度和速度值生成驱动信号；

所述光束角度调节模块，包括X方向上的一维振镜及其对应的控制电路和Y方向上的一维振镜及其对应的控制电路，其中：

所述X方向的控制电路，用于根据所述驱动信号驱动X方向的一维振镜运动；

所述Y方向的控制电路，用于根据所述驱动信号驱动Y方向的一维振镜运动。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述设定的角度和速度值包括：分别针对X方向设定的角度和速度值和Y方向设定的角度和速度值；

所述单片机，具体用于根据针对X方向设定的角度和速度值，生成控制X方向的一维振镜运动的驱动信号；以及根据针对Y方向设定的角度和速度值，生成控制Y方向的一维振镜运动的驱动信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光束功率调节模块包括驱动板和激光器；

所述单片机，还用于根据设定的激光功率确定电功率，根据所述电功率控制所述驱动板向激光器提供相应的驱动电流，以驱动所述激光器发射满足设定激光功率的激光。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统，还包括：

安全防护模块，用于监控所述光束聚焦调节模块、所述光束角度调节模块和所述光束功率调节模块的实时状态；以及在监控到任一模块状态异常时，通过所述人机交互界面显示相应模块状态异常的告警信息。

7.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，所述单片机上运行支持并行任务处理机制的操作系统。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述操作系统包括ucos II实时操作系统。

Images