CN213989552U - 基于协同工作的激光器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于协同工作的激光器系统，通过设置接口保护电路模块，对上位机发送的指令电平信号进行过滤，与接口保护电路模块电连接的电平转换电路模块，通过总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号，与电平转换电路模块电连接的控制电路模块，读取通用电平信号，以及与控制电路模块电连接的驱动器电路模块，调制通用电平信号并输出至激光器。由此可见，本实用新型通过接口保护电路模块滤除指令电平信号中的干扰，保证通信稳定，同时电平转换电路模块是通过同一总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号，从而可以使得多台设备同步工作，提高协同工作的实时性。

Description

基于协同工作的激光器系统

技术领域

本实用新型涉及激光仪器技术领域，尤其涉及一种基于协同工作的激光器系统。

背景技术

随着科技的发展，激光器更多的被应用于自动化流水线中，多台激光器协同进行复杂作业也越来越广泛使用。

现有技术中通常采用两种协同工作的激光器系统：一是将激光器连接打标卡与上位机进行通信，由上位机对多台打标卡或者信号转换器进行调度，再分别使相应的激光器作出动作，但该系统结构复杂并且激光器响应速度慢，协同操作实时性和可靠性较差。二是将激光器通过RS232与上位机进行通信，由上位机对激光器发送指令，激光器作出响应动作或者反馈状态，但该系统在多种设备同时工作的情况下，由于电力环境中存在电磁干扰、辐射干扰、EMC干扰等问题，使得系统的总线信号容易受影响而导致系统不稳定，可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于协同工作的激光器系统，用以解决现有技术中激光器系统协同工作时可靠性差的缺陷。

本实用新型提供一种基于协同工作的激光器系统，包括：

接口保护电路模块，用于对上位机发送的指令电平信号进行过滤；

电平转换电路模块，所述电平转换电路模块与所述接口保护电路模块电连接，用于通过总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号；

控制电路模块，所述控制电路模块与所述电平转换电路模块电连接，用于读取所述通用电平信号；

驱动器电路模块，所述驱动器电路模块与所述控制电路模块电连接，用于调制所述通用电平信号并输出至激光器。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，还包括：电源驱动模块；

所述电源驱动模块分别与所述接口保护电路模块、所述电平转换电路模块、所述控制电路模块和所述驱动器电路模块电连接，用于提供电源。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述电源驱动模块包括：

X电容，所述X电容与第一共模电感并联连接，用于滤除电源的共模干扰；

两个Y电容，接地连接，用于滤除电源的差模干扰。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述电平转换电路模块包括接口芯片MAX3485，用于将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述接口保护电路模块包括Modbus-RTU接口，用于接收所述上位机发送的指令电平信号；

所述Modbus-RTU接口与用于防雷击的放电管GDT电连接；

所述放电管GDT与电阻电连接，所述电阻用于防止系统短路造成过流；

所述电阻与瞬态二极管TVS电连接，所述瞬态二极管TVS用于滤除所述指令电平信号中的浪涌；

所述瞬态二极管TVS与电容和第二共模电感并联电连接，所述电容和共模电感用于滤除所述指令电平信号中的电磁干扰。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述电阻为10Ω，所述电容为100pF。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述控制电路模块包括单片机；

所述单片机包括有源晶振，用于调节激光器系统主频。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述驱动器电路模块包括DAC引脚；

所述DAC引脚一端与所述单片机电连接，用于对所述通用电平信号进行脉冲宽度调制。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述控制电路模块采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RCT6。

根据本实用新型提供的一种基于协同工作的激光器系统，所述总线协议为基于RS485的Modbus通信协议。

本实用新型提供的基于协同工作的激光器系统，通过设置接口保护电路模块，对上位机发送的指令电平信号进行过滤，与接口保护电路模块电连接的电平转换电路模块，通过总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号，与电平转换电路模块电连接的控制电路模块，读取通用电平信号，以及与控制电路模块电连接的驱动器电路模块，调制通用电平信号并输出至激光器。由此可见，本实用新型通过接口保护电路模块滤除指令电平信号中的干扰，保证通信稳定，同时电平转换电路模块是通过同一总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号，从而可以使得多台设备同步工作，提高协同工作的实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的基于协同工作的激光器系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的电源驱动模块的结构示意图；

图3是本实用新型提供的电平转换电路模块的结构示意图；

图4是本实用新型提供的接口保护电路模块的结构示意图；

图5是本实用新型提供的控制电路模块的结构示意图；

图6是本实用新型提供的驱动器电路模块的结构示意图；

图7是本实用新型提供的消息帧格式示意图；

图8是本实用新型提供的解析报文的流程示意图；

图9是本实用新型提供的功能测试电路结构示意图；

图10是本实用新型提供的点触输出电压示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

现有技术中协同工作的激光器系统分为两种：一是将激光器连接打标卡与上位机进行通信，由上位机对多台打标卡或者信号转换器进行调度，再分别使相应的激光器作出动作，但该系统结构复杂并且激光器响应速度慢，协同操作实时性和可靠性较差。二是将激光器通过RS232与上位机进行通信，由上位机对激光器发送指令，激光器作出响应动作或者反馈状态，但该系统在多种设备同时工作的情况下，由于电力环境中存在电磁干扰、辐射干扰、EMC干扰等问题，使得系统的总线信号容易受影响而导致系统不稳定，可靠性较差。

对此，本实用新型提供一种基于协同工作的激光器系统。图1是本实用新型提供的基于协同工作的激光器系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：

接口保护电路模块110，用于对上位机发送的指令电平信号进行过滤；

电平转换电路模块120，所述电平转换电路模块120与所述接口保护电路模块110电连接，用于通过总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号；

控制电路模块130，所述控制电路模块130与所述电平转换电路模块120电连接，用于读取所述通用电平信号；

驱动器电路模块140，所述驱动器电路模块140与所述控制电路模块130电连接，用于调制所述通用电平信号并输出至激光器。

在本实施例中，需要说明的是，由于在多种设备协同工作的情况下，电力环境中的电磁干扰、辐射干扰、EMC干扰等问题，使得激光器系统的总线信号容易受影响，可靠性较差。因此，本实施例通过设置接口保护电路模块110，滤除上位机发送的指令电平信号中的干扰信号，从而保证激光器与上位机之间的通信稳定。

在指令电平信号经过接口保护电路模块110后，为了使指令电平信号能够最终被激光器识别并执行，本实施例还设置了电平转换电路模块120，电平转换电路模块120与接口保护电路模块110电连接，用于通过总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号，总线协议可以实现与可编程逻辑控制器PLC之间的远距离通信。

在指令电平信号经过过滤后，经过控制电路模块130，读取通用电平信号，然后通过与控制电路模块130电连接的驱动器电路模块140，调制通用电平信号并输出至激光器。

基于上述实施例，该系统还包括：电源驱动模块；

所述电源驱动模块分别与所述接口保护电路模块、所述电平转换电路模块、所述控制电路模块和所述驱动器电路模块电连接，用于为激光器系统提供电源。

如图2所示，电源驱动模块采用工业现场常见的直流24V作为转入电平，+24V、-24V分别作压敏电阻设计，防止输入电源电压过高而损坏后级电路；两个Y电容接入大地，用于滤除电源的差模干扰；X电容并联一颗共模电感用于滤除电源的共模干扰；同时还包括一个1A自恢复保险丝用于防止过载保护、一颗SS34二极管用于防止电源反接保护。

其中，LM2576S-5.0是开关型降压稳压器，固定输出5V满载3A的功率输出，前级和后级的电容用于作滤波电容，将电源提供的24V(10％)电压降为5V，输出纹波小；用于提供给AMS1117-3.3线性稳压降到3.3V供给相应模块工作。

基于上述实施例，如图3所示，电平转换电路模块120包括接口芯片MAX3485，用于将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号。

在本实施例中，电平转换电路模块120可以采用基于RS485总线的MAX3485芯片进行电平转换，RS485总线可以实现与PLC模块之间的远距离通信，理论上最远可达1200米。

基于上述实施例，所述接口保护电路模块110包括Modbus-RTU接口，用于接收所述上位机发送的指令电平信号；

所述Modbus-RTU接口与用于防雷击的放电管GDT电连接；

所述放电管GDT与电阻电连接，所述电阻用于防止系统短路造成过流；

所述电阻与瞬态二极管TVS电连接，所述瞬态二极管TVS用于滤除所述指令电平信号中的浪涌；

所述瞬态二极管TVS与电容和共模电感并联电连接，所述电容和共模电感用于滤除所述指令电平信号中的电磁干扰；

所述电阻为10Ω，所述电容为100pF。

其中，本实施例中可以采用RS485总线协议，RS485总线接口是差分电平对，因为是使用在工业现场中，容易遇到电磁干扰、电击浪涌、串扰、静电等因素影响，从而会影响到通讯数据的正确性，从而会影响到总线上各个模块的数据准确性影响系统的稳定，因此本实施例设置了接口保护电路模块110，如图4所示，接入的A/B电平先经过两个放电管GDT用于防止雷击的破坏，分别串接一个10Ω的电阻用于防止其他模块出现短路而过流损坏本单元，三个瞬态二极管TVS组成的电路用于将到此处的信号中的浪涌滤除，两个100pF电容与第二共模电感用于滤除到此处的电磁干扰。由此可见，本实施例通过设置接口保护电路模块110，使得总线(RS485)信号就被滤除了大部分各种干扰信号，从而保护了后级电路并且保证通信稳定。

基于上述实施例，所述控制电路模块130包括单片机；

所述单片机包括有源晶振，用于调节激光器系统主频。

在本实施例中，如图5所示，控制电路模块130可以采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RCT6，控制电路模块130包括单片机，单片机采用8MHz有源晶振，通过内部锁相环可将系统主频最高倍频至72MHz，单片机快速的处理能力保证了模块对总线指令执行的高效性。

此外，在本实施例中，单片机采用SWD方式下载程序，同时也可通过配置BOOT0和BOOT1来将程序下载到相应位置。将BOOT0设置为1、BOOT1设计为0，然后复位单片机，这样单片机会从系统存储器启动BOOTLoader，然后在BOOTLoader的帮助下，通过串口下载程序到Flash中，程序下载完成后，再将BOOT0设置为0，复位单片机就使其从Flash中启动程序了。

基于上述实施例，如图6所示，所述驱动器电路模块140包括DAC引脚；

所述DAC引脚一端与所述单片机电连接，用于对所述通用电平信号进行脉冲宽度调制。

在本实施例中，本方案中要输出两路0-5V模拟电压信号，用于调节后级的电源驱动板的功率输出。接单片机的DAC引脚，输出可调节的PWM波，经过两级的RC低通滤波器后会整成很平缓的电平，此时就已经得到了0-2.5V的可调节的电平信号。再经过一个运放电路将信号放大两倍，即0-5V的电平信号，再经过一个电阻和磁珠滤波后就得到了我们所需要的电平信号了。

基于上述实施例，激光器系统遵循Modbus-RTU通信协议，一个或多个模块可作为总线从站被主站轮询。主站通常是PLC主机，也可以是计算机，但计算机通常仅对模块参数设定及测试。

本实施例通过Modbus-RTU通信协议，消息帧格式如图7所示。对于请示帧和响应帧，只是传输数据内容和校验码不同，站号和功能码必须一致。功能码表明该数据帧的功能，对于单点读和单点写分别是01H和02H。传输数据项根据报文类型不同而异，如为读请求帧包含地址和长度，如为写请求帧则包含地址、长度、字节数和数据内容4项。本程序分别是对单点读和单点写，共有两条请求报文和两条响应报文。

在RTU模式下的Modbus协议采用的是CRC校验，不管报文有无奇偶校验，均执行此校验，初始化命令帧时计算CRC的值，并按照先低字节后高字节的顺序附加在报文的末尾。

当从站接收到准确的命令帧后，会立刻返回相应的响应帧，从站开始数据帧的接收。在数据帧接收的过程中，可能会出现存储数据位的寄存器并没有接收到数据或者接收超时的情况，这里根据接收到的Modbus协议应答帧的数据位是否有数据，在程序中也就是接收缓冲寄存器从第三位开始，是否都有数据来判断数据帧接收的完整性。并且利用定时器Tim1的开关状态来控制接收过程，确保接收的实时性。

从站在成功接收到响应帧后，对其进行协议的解析，首先从接收缓冲区读取应答帧，从中提取地址位，功能码以及CRC校验码，对其进行判断。当地址位，功能码和校验码都准确无误时，表明接收到了正确数据帧，可以从数据帧的数据位中读取所要采集的数据。在读取数据时，还要根据上位机配置的数据存储方式即大小端方式，来判别数据的具体存储方式。

其中，Tmp_buff[2]表示存储数据位的第一个寄存器，当temp_buff[2]>0时，表示寄存器已经开始收到数据，而同时*temp_cnt＝＝temp_buff[2]+5表明所有用于存储数据位的寄存器全部都接收到数据，也就是说明接受已经完成。如果在定时器Tim1指定的100ms时间内，并没有完成数据帧的接收，则将超时标志位置1，本次接收过程结束，接收失败。

本实施例中单片机程序在实现上采用轮循的方式，初始化后就进入了周期性的执行过程。程序分生成数据包，发送请求，等待响应，解析报文几个步骤，流程如图8所示。发送标志和接收标志分别由寄存器完成。通过控制这两个寄存器的ON/OFF状态，可以有效的保证程序能够正确的执行。在读和写两个操作之间设置了100ms的延时，这样可以降低同一时间内请求的次数，保证更高效的运行。在等待通信响应过程中，必须增加等待超时判断，避免由于通信故障导致程序死锁。

本实施例中Modbus-RTU是基于串口传输数据。同一Modbus网络上所有设备都必须设置相同的传输模式以及串口参数，表1为配置的串口通信参数表。

表1

通信参数	主站	从站
			接口	COM1	RS485 RTU
波特率(/bps)	9600	9600
			奇偶校验	无(none)	无(none)
数据长度	8	8
			停止位(/位)	1	1

此外，Modbus-RTU测试是主站通过双绞屏蔽线，与多台从站相连。总线主站使用西门子的S7-200 smart，再加上1只I/O模块，与本实施例中的从站构成了一个总线系统，结构如图9。

功能测试的内容为通过模块1上的按钮SB1点动连接在模块2上的电压表D，将两只模块的通信参数均设为波特率19200bps、校验方式偶校验，以上为西门子PLC默认通信参数，站号分别为1，2；编写PLC程序，进行通电测试；PLC程序分为通信程序与点动程序两部分。通信程序的功能为周期性轮询两只I/O模块，读取模块的寄存器的值存入PLC映射辅助寄存器，将PLC映射辅助寄存器值写入寄存器。如图10所示，测试证实，按钮SB1点动后，模块2输出电压值Vol，电压表将值显示出来。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于协同工作的激光器系统，其特征在于，包括：

接口保护电路模块，用于对上位机发送的指令电平信号进行过滤；

电平转换电路模块，所述电平转换电路模块与所述接口保护电路模块电连接，用于通过总线协议将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号；

控制电路模块，所述控制电路模块与所述电平转换电路模块电连接，用于读取所述通用电平信号；

驱动器电路模块，所述驱动器电路模块与所述控制电路模块电连接，用于调制所述通用电平信号并输出至激光器。

2.根据权利要求1所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，还包括：电源驱动模块；

所述电源驱动模块分别与所述接口保护电路模块、所述电平转换电路模块、所述控制电路模块和所述驱动器电路模块电连接，用于提供电源。

3.根据权利要求2所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述电源驱动模块包括：

X电容，所述X电容与第一共模电感并联连接，用于滤除电源的共模干扰；

两个Y电容，接地连接，用于滤除电源的差模干扰。

4.根据权利要求1所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述电平转换电路模块包括接口芯片MAX3485，用于将过滤后的指令电平信号转换为通用电平信号。

5.根据权利要求1所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述接口保护电路模块包括Modbus-RTU接口，用于接收所述上位机发送的指令电平信号；

所述Modbus-RTU接口与用于防雷击的放电管GDT电连接；

所述放电管GDT与电阻电连接，所述电阻用于防止系统短路造成过流；

所述电阻与瞬态二极管TVS电连接，所述瞬态二极管TVS用于滤除所述指令电平信号中的浪涌；

所述瞬态二极管TVS与电容和第二共模电感并联电连接，所述电容和共模电感用于滤除所述指令电平信号中的电磁干扰。

6.根据权利要求5所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述电阻为10Ω，所述电容为100pF。

7.根据权利要求1所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述控制电路模块包括单片机；

所述单片机包括有源晶振，用于调节激光器系统主频。

8.根据权利要求7所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述驱动器电路模块包括DAC引脚；

所述DAC引脚一端与所述单片机电连接，用于对所述通用电平信号进行脉冲宽度调制。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述控制电路模块采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RCT6。

10.根据权利要求1至8任一项所述的基于协同工作的激光器系统，其特征在于，所述总线协议为基于RS485的Modbus通信协议。

Images