一种激光功率监测报警器的制作方法

本实用新型涉及激光功率监测技术领域，更具体的说，特别涉及一种激光功率监测报警器。

背景技术：

目前，在激光设备生产测试的过程中，通过测量激光功率对激光设备进行状态监控与保护是一项非常重要的技术，而现有的常用激光功率测量方案为：激光功率探头采集到激光功率之后，通过数据通讯将功率信息传给激光功率显示表头，借助激光功率显示表头对激光的功率值进行显示并记录功率数据。但此方案存在一些固有的缺陷，例如：(1)绝对大多数激光功率显示表头只能显示与记录激光功率数据，无法智能便捷的设置指定的故障保护，更无法在故障条件成立时及时地自动给出激光设备所需要的故障控制信号。(2)激光功率显示表头价格昂贵，并且无法与激光器通讯，所以无法对一些实验所需的特定功能进行快速研发，更无法智能地设定一些激光器的基本参数。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种激光功率监测报警器，能够智能调节激光器基本参数和为激光器提供故障保护控制与显示。

为了解决以上提出的问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种激光功率监测报警器，在该报警器包括微处理器、电源转换模块、通讯模块、人机交互模块和报警提示与控制模块；所述微处理器分别与所述电源转换模块、通讯模块、人机交互模块和报警提示与控制模块连接；所述电源转换模块还分别与通讯模块、人机交互模块和报警提示与控制模块连接。

进一步地，所述微处理器U1采用微处理器ATmega128L；

所述电源转换模块包括电源转换芯片U5，电源转换芯片U5的6脚与插座J1的1脚连接，两者之间还串联快速熔断保险FJ11、24V上电绿色LED 指示灯UJ12；电源转换芯片U5的6脚还连接电阻R51的一端，电阻R51的另一端分别连接电源转换芯片U5的1脚、8脚、7脚；电源转换芯片U5的 6脚还连接输入去耦电容C51后接地；电源转换芯片U5的5脚连接电阻R52 后接地，4脚接地，3脚连接电容C52后接地；电源转换芯片U5的2脚引出后分成两个支路，其中一个支路连接二极管D51后接地，另一个支路串联电感L51、输出去耦电容C53后接地；电容C54与C53并联，电阻R53的一端连接电源转换芯片U5的5脚，另一端接在电感L51与C53之间。

进一步地，所述人机交互模块包括轻触按钮S1～S6、插座J2和显示屏 LCD1602，所述插座J2的7～14脚分别与微处理器U1的35～42脚连接；所述插座J2的管脚3还连接用于调节显示屏LCD1602屏幕锐度的电位器 RT1，插座J2的管脚1和16接地；微处理器U1的43、44、45脚作为显示屏LCD1602的控制引脚，分别与插座J2的6、5、4脚连接；微处理器U1 的7、8、9、10、12、13脚作为通用I/O输入，分别连接着轻触按钮S5、 S1、S4、S3、S6、S2，将人机交互的控制信息的左移、运行、减少、增加、右移、设置输入到微处理器U1。

进一步地，所述通讯模块包括通讯芯片U8、对外通讯接口DB9-1与 DB9-2；所述通讯芯片U8的管脚12、11分别连接微处理器U1的管脚2、3 实现通讯电平转换，转换后的电平再由通讯芯片U8的管脚11、14与对外通讯接口DB9-1的管脚2、3连接；所述通讯芯片U8的9、10分别连接微处理器U1的管脚27、28实现电平转换，转换后的电平再由通讯芯片U8的 7、8脚与对外通讯接口DB9-2的2、3脚连接，对外通讯接口DB9-2的5脚接地；所述通讯芯片U8的管脚1和3之间还连接电容C81，管脚4和5之间连接电容C82，管脚2串联电容C83后接地，管脚6串联C84后接地；所述通讯芯片U8的管脚13与对外通讯接口DB9-1的管脚3连接，对外通讯接口DB9-1的管脚5接地，管脚4连接+5V电源；所述通讯芯片U8的管脚 15接地，管脚16连接+5V电源；

所述对外通讯接口DB9-1的8、9、7、6分别与所述微处理器U1的管脚2、3、11、20连接，组成ISP程序烧录电路。

进一步地，所述报警提示与控制模块包括单信号继电器K1、蜂鸣器、 MOS管Q1、三极管Q2、LED灯D9、D8、D7；

所述MOS管Q1的1脚连接微处理器U1的16脚，MOS管Q1的2脚接地， MOS管Q1的3脚连接继电器K1的16脚，继电器K1的1脚接电源；继电器 K1的管脚13和4与插座J1的管脚9连接，管脚9和8与插座J1的管脚 10连接；高电导超快二极管DQ11与继电器K1并联；

所述三极管Q2的1脚连接限流电阻RQ21后接微处理器U1的17脚，三极管Q2的2脚接地，三接管Q2的3脚连接蜂鸣器；微处理器U1的4、5、 6分别连接限流电阻R12、R13、R14，限流电阻R12连接LED灯D9后接电源，限流电阻R13连接LED灯D8后接电源，限流电阻R14连接LED灯D7 后接电源，控制着LED灯D9、D8、D7的亮灭。

进一步地，所述报警器还包括参考电源模块；

所述参考电源模块包括参考电源芯片U6，其中参考电源芯片U6的管脚 1引出后分成两支路，其中一个支路连接电源，另一个支路串联电容C61后接地，管脚3接地；管脚2引出后也分成两支路，其中一个支路接地，另一个支路连接微处理器U1的管脚62，其为AD转换的参考电压输入口，参考电源模块能够使微处理器U1获得精准的模拟转换参考电压。

进一步地，所述报警器还包括分压选择模块；所述分压选择模块采用电阻R21、R22、R23、R24依次串联在一起，电阻R21的另一端连接电容C21 后接地，电阻R24的另一端也接地；电压跟随器U2B的管脚5接在所述电阻R22和R23之间，管脚6和管脚7连接后连接模拟开关U3的管脚1；电压跟随器U2A的管脚3接在所述电阻R23和R24之间，管脚2和管脚1连接后连接模拟开关U4的管脚3；模拟电压通过插座J1的7脚输入，连接到分压网络的电阻R21和电容C21之间；

所述模拟开关U3的管脚2接地，管脚3接插座J1的7脚，插座J1的 7脚连接激光功率显示表头；管脚5连接电容C31后接地，管脚6连接微处理器U1的管脚15，管脚4连接模拟开关U4的管脚1；模拟开关U4的管脚 2接地，管脚6连接微处理器U1的管脚14，管脚5连接电容41后接地，管脚4连接电阻RF0后连接微处理器U1的61脚；电容CF0的一端接地，另一端接在电阻RF0和微处理器U1的61脚之间；稳压二极管D11的一端接在电阻RF0和电容CF0之间，另一端接微处理器的管脚61。

进一步地，所述报警器还包括震荡模块，为微处理器U1提供精准稳定的震荡时钟，其包括晶振CRY1、电容CX1和电容CX2，其中晶振CRY1的XTAL1 端口引出后分成两个支路，其中一个支路连接电容CX1后接地，另一个支路连接微处理器U1的管脚24；晶振CRY1的XTAL2端口引出后分成两个支路，其中一个支路连接电容CX2后接地，另一个支路连接微处理器U1的管脚23。

进一步地，所述微处理器U1的管脚1分成两个支路，其中一个支路连接电阻R11后接电源；另一个支路连接电容C14后接地；管脚64通过电感 L11与+5V网络连接，电感L11与+5V网络之间并联接入滤波电容C11、C12；

微处理器U1的30、31脚作为通用I/O输入引脚，分别与插座J1的3、 4脚连接，实现外部I/O信号的输入；微处理器U1的32脚作为通用I/O输出引脚，与插座J1的5脚连接，实现I/O信号的输出；微处理器U1的21 脚和52脚分别接+5V电源，22脚和53脚接地。

进一步地，所述报警器包括下壳、上壳、控制板和显示屏，其中下壳和上壳安装在一起，形成中空壳体，所述控制板设置在所述壳体的内侧；所述上壳的表面加工有安装显示屏的安装槽、以及安装按钮的通孔，所述上壳的侧面还设置有通槽；所述上壳的表面形成台阶面，所述通孔位于所述台阶面上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型能够配合激光功率探头，对测量的激光功率进行显示与数据处理；通过微处理器和通讯模块在获取激光功率后，通过串口通信的方式自动的调整激光器的一些基本参数，并能在激光器测试过程中出现故障时，通过报警控制与提示模块及时的自动给出相应的控制信号保护激光器，同时蜂鸣与指示报警信息提示激光器出现故障，其结构简单、功能可靠也易于实现，并能实时监控激光器性能，从而完成激光器的故障保护。

附图说明

图1为本实用新型激光功率监测报警器的原理图。

图2为本实用新型激光功率监测报警器的电路原理图。

图3为本实用新型中微处理器的电路原理图。

图4为本实用新型中电源转换模块的电路原理图。

图5为本实用新型中人机交互模块的电路原理图。

图6为本实用新型中通讯模块的电路原理图。

图7为本实用新型中报警提示与显示模块的电路原理图。

图8为本实用新型中参考电源模块和震荡模块的电路原理图。

图9为本实用新型中分压选择模块的电路原理图。

图10为本实用新型中插头J1的电路原理图。

图11为本实用新型激光功率监测报警器的外形结构示意图。

图12为本实用新型激光功率监测报警器的爆炸图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

参阅图1所示，本实用新型还提供一种激光功率监测报警器，该报警器包括微处理器、电源转换模块、通讯模块、人机交互模块和报警提示与控制模块；所述微处理器分别与所述电源转换模块、通讯模块、人机交互模块和报警提示与控制模块连接；所述电源转换模块还分别与通讯模块、人机交互模块和报警提示与控制模块连接。

上述中，所述微处理器用于实现对激光设备的激光功率进行监测。

所述电源转换模块用于将+24V电源转换成+5V电源并供给每个模块。

所述人机交互模块用于向所述微处理器输入控制信息，并显示其参数信息。

所述通讯模块用于实现所述微处理器与外部设备进行通讯。

所述报警提示与控制模块用于接收所述微处理器的控制信号，并输出报警控制信号与报警蜂鸣提示。

进一步地，参阅图2和图3所示，所述微处理器U1为整个报警器的核心，其采用微处理器ATmega128L，控制着报警器所有功能的运行与实现。

其中管脚1分成两个支路，其中一个支路连接电阻R11后接电源，即通过电阻R11(10KΩ)上拉，关闭SPI串行下载的功能；另一个支路连接电容C14后接地。

管脚64为微处理器为内部数模转换器(简称ADC)单独供电的引脚，为了降低噪声影响，其通过电感L11与+5V网络连接，电感L11与+5V网络之间并联接入滤波电容C11、C12，滤波电容C111、C112作为微处理器电源输入的旁路电容。管脚64还连接电容C13后与管脚63连接。

参阅图2和图10所示，微处理器U1的30、31脚作为通用I/O输入引脚，分别与插座J1的3、4脚连接，实现外部I/O信号的输入。微处理器 U1的32脚作为通用I/O输出引脚，与插座J1的5脚连接，实现I/O信号的输出。微处理器U1的21脚和52脚分别接+5V电源，22脚和53脚接地。

进一步地，参阅图2、3、4和10所示，所述电源转换模块包括电源转换芯片U5(MC34063)，外部24V供电电源并通过插座J1的1、2脚将24V 电压输入至电路。电源转换芯片U5的6脚与插座J1的1脚连接，两者之间还串联快速熔断保险FJ11、24V上电绿色LED指示灯UJ12。电源转换芯片U5的6脚还连接电阻R51的一端，电阻R51的另一端分别连接电源转换芯片U5的1脚、8脚、7脚。电源转换芯片U5的6脚还连接输入去耦电容 C51后接地。电源转换芯片U5的5脚连接电阻R52后接地，4脚接地，3脚连接电容C52后接地。电源转换芯片U5的2脚引出后分成两个支路，其中一个支路连接二极管D51后接地，另一个支路串联电感L51、输出去耦电容 C53后接地。电容C54与C53并联，电阻R53的一端连接电源转换芯片U5 的5脚，另一端接在电感L51与输出去耦电容C53之间。

电源转换芯片U5的6脚通过与插座J1的1脚连接，将外部24V供电电压转化为5V，并通过2脚连接的电感L51将5V电压输出到+5V网络，为其它模块供电。

参阅图2、3和图5示，所述人机交互模块包括轻触按钮S1～S6、插座 J2和显示屏LCD1602，所述微处理器U1的35～42脚作为微处理器PC口，分别与插座J2的7～14脚连接，完成微处理器与显示屏LCD1602的并行数据通信，所述显示屏用于显示人机交互信息。插座J2的管脚3还连接用于调节显示屏LCD1602屏幕锐度的电位器RT1，插座J2的管脚1和16接地。微处理器U1的43、44、45脚作为显示屏LCD1602的控制引脚，分别与插座J2的6、5、4脚连接。微处理器U1的7、8、9、10、12、13脚作为通用I/O输入，分别连接着轻触按钮S5、S1、S4、S3、S6、S2，将人机交互的控制信息的左移、运行、减少、增加、右移、设置输入到微处理器U1。

进一步地，参阅图2、3和图6所示，所述通讯模块包括通讯芯片U8 (RS232)、对外通讯接口DB9-1与DB9-2。

所述微处理器U1的管脚2、3为数据传输脚，分别接入通讯芯片U8的管脚12、11，实现U1的RS232通讯电平的转换。其转换后的电平再由通讯芯片U8的管脚13、14与对外通讯接口DB9-1的管脚3、2接，完成模块与外部计算机实现RS232通讯的硬件准备。

微处理器U1的管脚27、28也为微处理器U1的数据传输脚，分别接入通讯芯片U8(SP3232EEA)的管脚9、10，实现微处理器U1的RS232通讯电平的转换。其转换后的电平再由通讯芯片U8的7、8脚与对外通讯接口DB9-2的2、3脚连接，完成模块与外部计算机实现RS232通讯的硬件准备，对外通讯接口DB9-2的5脚接地。所述通讯芯片U8的管脚1和3之间连接电容C81，管脚4和5之间连接电容C82，管脚2串联电容C83后接地，管脚6串联C84后接地。所述通讯芯片U8的管脚15接地，管脚16连接+5V 电源。

所述微处理器U1的管脚2、3、11、20作为微处理器ISP程序烧录电路，分别与对外通讯接口DB9-1的8、9、7、6连接，组成I SP程序烧录电路，ISP程序烧录电路的5V供电输入端连接对外通讯接口DB9-1的管脚4，对外通讯接口DB9-1的管脚5接地。本实用新型中的I SP程序烧录电路将传统的2*5针模式，改线到对外通讯接口DB9上，极大方便了程序的烧录。对外通讯接口DB9-1与电脑连接，可以实现与电脑之间的通讯，获取设定指令以及激光功率信息。对外通讯接口DB9-2与激光器连接，可以实现与激光器之间的通讯，发送控制指令设定调整激光器参数。

进一步地，所述报警提示与控制模块包括欧姆龙的单信号继电器K1 (G5V-2-H1)、蜂鸣器、MOS管Q1(ITLML6344)、三极管Q2、LED灯D9、 D8、D7。

参阅图2、3、7和10所示，微处理器U1的16脚作为通用I/O输出，连接着MOS管Q1的1脚，MOS管Q1的2脚接地，MOS管Q1的3脚连接继电器K1的16脚，继电器K1的1脚接电源，来实现继电器K1的通断。继电器K1的管脚13和4与插座J1的管脚9连接，管脚9和8与插座J1的管脚10连接，实现模块通断控制信号的输出。高电导超快二极管DQ11 (MMBD4148CC)与继电器K1并联，用于继电器K1在通断大电流时的感性电流回流，保证整个电路的可靠稳定。

微处理器U1的17脚作为通用I/O输出，通过限流电阻RQ21连接着三极管Q2的1脚，三极管Q2的2脚接地，三接管Q2的3脚连接蜂鸣器BUZZER，实现蜂鸣器BUZZER的控制。

微处理器U1的4、5、6脚作为通用I/O输出，其分别连接限流电阻R12、 R13、R14，限流电阻R12连接LED灯D9后接电源，限流电阻R13连接LED 灯D8后接电源，限流电阻R14连接LED灯D7后接电源，控制着LED灯D9、 D8、D7的亮灭，分别指示出整个报警器的运行、等待、报警的状态。

进一步地，参阅图2、3和图8所示，所述报警器还包括参考电源模块，用于为所述微处理器提供精准的模拟转换参考电压。所述参考电源模块包括参考电源芯片U6(REF3025)，其中参考电源芯片U6的管脚1引出后分成两支路，其中一个支路连接电源，另一个支路串联电容C61后接地，管脚3 接地。管脚2引出后也分成两支路，其中一个支路接地，另一个支路连接微处理器U1的管脚62，其为AD转换的参考电压输入口，参考电源模块能够使微处理器U1获得精准的模拟转换参考电压。

进一步地，参阅图2、3、9和10所示，所述报警器还包括分压选择模块，用于为所述微处理器控制模拟电压的输入进行选择。所述分压选择模块包括分压网络和选择模块，所述选择模块包括模拟开关U3(C5K)和模拟开关U4(C5K)。所述分压网络采用串联的4个高精度电阻R21、R22、R23、 R24(5.62KΩ)组成，电阻R21、R22、R23、R24依次串联在一起，电阻R21 的另一端连接电容C21后接地，电阻R24的另一端也接地。电压跟随器U2B (AD8656)的管脚5接在电阻R22和R23之间，管脚6和管脚7连接后连接模拟开关U3的管脚1。电压跟随器U2A的管脚3接在电阻R23和R24之间，管脚2和管脚1连接后连接模拟开关U4的管脚3。

模拟电压通过插座J1的7脚输入，连接到分压网络前端电阻R21和电容C21之间，使得在电阻R23前端与电阻R24前端分别获得1/2与1/4模拟输入电压，在通过电压跟随器U2的5脚与3脚进行采集，7脚与1脚分别输出至模拟开关U3的1脚与U4的3脚为微处理器控制模拟输入电压的选择做准备。

所述模拟开关U3的管脚2接地，管脚3接插座J1的7脚，插座J1的 7脚连接激光功率显示表头，输出激光功率模拟电压信号。管脚5连接电容 C31后接地，管脚6连接微处理器U1的管脚15，管脚4连接模拟开关U4 的管脚1。模拟开关U4的管脚2接地，管脚6连接微处理器U1的管脚14，管脚5连接电容41后接地，管脚4连接电阻RF0后连接微处理器U1的61 脚(作为单端模拟电压输入口)，完成模拟激光功率信号的输入。电容CF0 的一端接地，另一端接在电阻RF0和微处理器U1的61脚之间。稳压二极管D11的一端接在电阻RF0和电容CF0之间，另一端接微处理器的管脚61，将任意输入的过高电压钳在2.5V，保护微处理器的ADC模块。微处理器U1 的14、15脚作为通用I/O输出，控制着模拟输入前端分压网络的全输入、 1/2输入、1/4输入。插座J1的管脚6和8接地，管脚3和4分别接微处理器U1的管脚56和55。

进一步地，继续参阅图2、3和图4所示，所述报警器还包括震荡模块，为微处理器U1提供精准稳定的震荡时钟，其包括晶振CRY1、电容CX1和电容CX2，其中晶振CRY1的XTAL1端口引出后分成两个支路，其中一个支路连接电容CX1后接地，另一个支路连接微处理器U1的管脚24。晶振CRY1 的XTAL2端口引出后分成两个支路，其中一个支路连接电容CX2后接地，另一个支路连接微处理器U1的管脚23。

参阅图11和12所示，所述报警器包括下壳1、上壳2、控制板3、显示屏4，其中下壳1和上壳2安装在一起，形成中空壳体，所述控制板3设置在所述壳体的内侧。所述上壳2的表面加工有安装显示屏4的安装槽21、以及安装按钮的通孔22，所述上壳2的侧面还设置有通槽23。进一步地，所述上壳2的表面形成台阶面，所述通孔22位于所述台阶面上。

本实用新型中，通过控制板3对激光功率信号进行采集分析，并通过显示屏4与按钮实现人机交互，完成激光器各项参数以及保护的设定。在激光器出现故障时，及时地发出报警控制信号并显示报警信息与蜂鸣，保护激光器并提示相关技术人员激光器出现故障。

本实用新型中，供电24V直流开关电源的输出功率必须大于10W。连接所选用导线的线径必须大于0.4mm。金属壳上壳的按键所在的平面，必须比按键高度矮1毫米。

本实用新型可用笔记本电脑代替激光功率显示表头的情况下对激光功率进行显示处理，由激于光功率显示表头价格昂贵，所以节约了测控成本。由于激光设备在故障时，特别是大中功率激光器内部光纤故障着火时，如果不能及时给出保护信号关断激光器，将会造成巨大的经济损失。本实用新型能在故障出现时监测到功率下降，并实现10微秒级的保护控制，从而能做到智能便捷的保护激光器，极大程度的减少故障造成的损失。此外，还可以分析以及记录功率变化数据，并智能的调整设置激光器的一些参数，有利于完成标注化的自动化生产流程。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。