PIC實(shí)現(xiàn)激光打標(biāo)設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

激光是一種與普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高單色性和高能量的特點(diǎn)，自20世紀(jì)60年代初出現(xiàn)以來(lái)，就備受關(guān)注。激光打標(biāo)系統(tǒng)包括激光打標(biāo)機(jī)、工作臺(tái)和外部水冷系統(tǒng)3大部分。激光打標(biāo)機(jī)由控制柜和激光打標(biāo)頭組成，并通過(guò)系統(tǒng)控制線相連；控制柜包括激光電源、RF、射頻驅(qū)動(dòng)器、控制計(jì)算機(jī)、顯示器、主控制板和激光冷卻系統(tǒng)。當(dāng)今激光光刻系統(tǒng)市場(chǎng)，YAG激光打標(biāo)機(jī)在激光標(biāo)刻系統(tǒng)中占據(jù)著絕對(duì)統(tǒng)治地位，而YAG激光器都是以氪燈或氙燈來(lái)泵浦的。性能良好，工作穩(wěn)定的激光冷卻系統(tǒng)對(duì)于YAG激光器尤為重要。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

冷卻系統(tǒng)中冷卻的對(duì)象是氪燈，被安置在冷卻腔體內(nèi)，該器件價(jià)格昂貴，占設(shè)備成本的比例很高。不完善的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常會(huì)使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，系統(tǒng)時(shí)常出現(xiàn)冷卻腔體溫度過(guò)高，甚至出現(xiàn)爆燈現(xiàn)象。冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵是使其在冷卻液的循環(huán)流動(dòng)下使其工作在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

3 硬件結(jié)構(gòu)及工作原理

本系統(tǒng)包括的功能有流量，溫度測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與控制、顯示等功能，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

基于以上功能要求，我們優(yōu)先選擇Microchip公司的PIC系列單片機(jī)，該單片機(jī)具有價(jià)格低、速度快、功耗低體積小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并率先采用RISC(ReducedInstruction Set Computer)技術(shù)，低功耗、高速度CMOS閃速FIASH／E2PROM技術(shù)，現(xiàn)已成為嵌入式單片機(jī)(Embedded(Controller)的主流產(chǎn)品。PIC16F876 芯片內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換功能模塊，28芯片管腳，2568 B E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以使溫度設(shè)置值方便地寫(xiě)入及讀出，8 k14 B可重復(fù)多次寫(xiě)入的閃速FLASH程序存儲(chǔ)器，3688 B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，14個(gè)中斷源，自帶片上RC振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器WDT等。PIC16F877芯片所擁有的豐富的功能模塊，可大大簡(jiǎn)化硬件電路和軟件編程。

傳感器部分中，溫度傳感器本設(shè)計(jì)選用的是單線數(shù)字溫度傳感器DS18820，DSl8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一種支持"一線總線"接口的溫度傳感器，其數(shù)字式傳輸大大提高了其抗干擾能力，簡(jiǎn)化了硬件電路，符合本文強(qiáng)電環(huán)境下工作的要求。DS18B20測(cè)量溫度范圍為－55～+125℃，在－10～+85℃范圍內(nèi)精度為0．5℃。DS18820程序設(shè)定9～12位的分辨率，精度為0．062 5℃，分辨率設(shè)定及溫度上下限設(shè)定值存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后依然存在。DS18820內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有7部分組成：寄生電源、64位光刻ROM、溫度傳感器、高速暫存器、存儲(chǔ)控制邏輯、8位循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼(CRC)發(fā)生器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，分別配置寄存器，輸出數(shù)據(jù)形式為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式。由于輸出為二進(jìn)制補(bǔ)碼，所以使用前需進(jìn)行軟件補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換。

流量開(kāi)關(guān)采用通用型直流通式流量開(kāi)關(guān)F6FS-200系列產(chǎn)品。F6FS-200系列通用型直流通式流量開(kāi)關(guān)提供重復(fù)性為1％的精確流量監(jiān)測(cè)，有多種流量沒(méi)置和管口尺寸，設(shè)定點(diǎn)外部可調(diào)。

4監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊及比較運(yùn)算控制模塊組成，流量超限中斷服務(wù)程序模塊。使用C語(yǔ)言編寫(xiě)微控制器PIC16F876的執(zhí)行程序，系統(tǒng)主程序流程及流量超限中斷服務(wù)程序如圖3所示。

由于該控制系統(tǒng)工作在強(qiáng)、弱電混合環(huán)境之下，抗干擾設(shè)計(jì)必不可少，設(shè)計(jì)采用PIC16F876中的硬件WDT模塊，一旦出現(xiàn)程序走飛，立刻復(fù)位，同時(shí)在設(shè)計(jì)中綜合考慮使用軟件冗余技術(shù)。進(jìn)一步提升抗干擾能力，在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)控制系統(tǒng)加屏蔽措施，有效隔離電磁波對(duì)弱電系統(tǒng)的影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于PICl6F876的激光打標(biāo)設(shè)備冷卻系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，本系統(tǒng)在電路設(shè)計(jì)上是完全獨(dú)立的，不影響后級(jí)強(qiáng)電流電路的工作。能對(duì)冷卻系統(tǒng)的溫度做實(shí)時(shí)的監(jiān)控，溫度的設(shè)定與實(shí)時(shí)顯示方便工作人員的操作與查看。基于PICl6F876的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)提升了激光打標(biāo)設(shè)備的智能化水平，WDT技術(shù)的使用以及軟件優(yōu)化處理提高了該系統(tǒng)的抗干擾能力。實(shí)踐證明，此控制系統(tǒng)工作性能，穩(wěn)定性方面均符合現(xiàn)場(chǎng)工作要求，整機(jī)的可靠性、可維護(hù)性得到了提高，并已投入現(xiàn)場(chǎng)使用。