基于ARM+FPGA全光纤激光器嵌入式控制系统的设计

论文摘要

近年来,光纤激光器凭借优异的综合性能,在全球工业激光器市场的份额占比接近达到50%以上。在国内市场上,国外光纤激光器占绝大多数份额,为达到更高的国产化率,实现激光器功能的多样化,就需要对光纤激光器的电子控制系统进行研究设计。在光纤激光器工作时,电子控制系统相当于大脑一样,它性能的优异将决定激光器系统的可靠与稳定。本论文的第一部分介绍了光纤激光器的国内外发展现状,分析了不同厂家的激光器电子控制系统控制核心的区别,提出了基于ARM+FPGA的双核心嵌入式控制系统的总体方案。第二部分主要是电子控制系统的硬件电路部分设计,硬件电路主要包括FPGA最小系统、ARM最小系统、温度检测模块、光学检测模块、ADC采集电路、DAC功率控制电路、以太网通信模块、串口RS232通信模块以及硬件电路的抗干扰设计。在硬件电路的设计过程中,还分析了各类IC选取的参数要求。第三部分是在前面硬件电路设计的基础上做的系统软件设计,主要包括以下四个大类:基于C语言开发的ARM程序设计、基于Verilog HDL语言开发的FPGA的程序设计、基于C#语言开发的上位机软件程序设计、以及FreeRTOS实时操作系统的移植构建。最后一部分是对本设计的功能测试、总结与展望。成功测试了以太网连接到广域网并上传激光器温度和湿度等信息到云服务器,还测试了用于控制功率电压的周期和占空比可变PWM信号,并实现了最快上升时间为4ns脉冲输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 光纤激光器的国内外发展现状
•   1.2 激光器电子控制系统的研究现状
•   1.3 课题的来源和意义
• 2 光纤激光器控制系统的设计方案
•   2.1 光纤激光器的结构与特点
•   2.2 光纤激光器控制系统的总体方案的研究和设计
•   2.3 光纤激光器工作中的错误和警报
•   2.4 本章小结
• 3 光纤激光器控制系统的硬件研究和设计
•   3.1 FPGA的选型以及最小系统电路设计
•   3.2 ARM的选型以及最小系统电路设计
•   3.3 ARM与 FPGA通信设计
•   3.4 光纤激光器温度的检测
•   3.5 光纤激光器的PD光学检测
•   3.6 ADC模拟量采集电路的设计
•   3.7 DAC功率控制电路的设计
•   3.8 以太网电路的设计
•   3.9 串口通信RS232 电路的设计
•   3.10 系统的抗干扰方法
•   3.11 本章小结
• 4 光纤激光器控制系统的软件设计
•   4.1 电子控制系统软件模块的总体结构
•   4.2 FPGA芯片的模块化程序设计
•   4.3 ARM芯片主程序设计
•   4.4 基于C#上位机软件的开发
•   4.5 FreeRTOS实时操作系统的搭建
•   4.6 本章小结
• 5 系统部分功能模块测试
•   5.1 以太网模块功能测试
•   5.2 任意周期和占空比脉宽调制电路模块测试
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李正

导师: 马修泉

关键词: 光纤激光器,控制系统

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学,自动化技术

单位: 华中科技大学

基金: 广东省智能机器人研究院大功率激光器事业部的 80W全光纤预研项目

分类号: TP273;TN791;TN248

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.003222

总页数: 70

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