一种基于RS232的光纤激光器波束形状控制方法与流程

本发明涉及激光波形调制与控制领域，特别涉一种基于rs232的光纤激光器波束形状控制方法。

背景技术：

目前激光波形调制和控制主要有外调制和内调制两种方法，外调制在激光光路上添加衰减器，通过编程控制衰减器的衰减率来控制最终输出激光波形。由于外调制在光路上引入衰减器，会降低能量效率，因而多用于小功率激光器的数字调制。内调制通过控制激光器的驱动强度，从而实现对激光输出波形的控制。

目前，已有的光纤激光器内调制方法主要有两种：串口通信控制和数字io组合控制。前者通过自定义通信协议，向激光器发送命令，设置激光器的输出功率，从而控制相应的功率的激光输出。该方法可以使用pc直接对激光波形进行控制，但是，串口通信时延大，通过该方式对激光输出功率调制频率在khz量级。后者通过控制数字io接口的逻辑组合控制相应的功率的激光输出，该方式对激光输出功率的调制频率可达10mhz以上。然而，一般工控机和桌面计算机都无法使用该方法直接对激光器输出波形进行控制。

基于以上问题，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于rs232的光纤激光器波束形状控制方法,采用该方法可以实现pc及工控机等上位机对光纤激光器波束形状的高速调制，使其调制频率达到10mhz以上。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于rs232的光纤激光器波束形状控制方法，其包括以下步骤：

步骤1、使用rs232作为通信接口，上位机将含预设波形数据的数据帧发送给下位机，并进入等待状态；其中，下位机采用单片机实现，数据帧依次由起始符、地址、功能代码、数据、分隔符、校验和以及结束符组成；

步骤2、下位机接收数据帧并进行解析，解析完成后对数据帧中的校验和进行校验，若出现错误，则丢弃该数据帧，并向上位机返回错误的应答帧，上位机接收到错误的应答帧后跳转到步骤1重新发数据帧；若没有错误，向上位机返回正确的应答帧，并进入下一步骤；当上位机等待超过设定时间没有受到应答帧时，跳转到步骤1重新发送数据帧；

步骤3、下位机提取数据帧中的功能代码和波形数据，并将波形数据存入下位机内部，根据功能代码和波形数据，下位机通过定时器周期性地改变其数字io接口的电平组合控制光纤激光器的输出波形。

所述数据帧为基于modbus的数据编码，其最大长度为256个字节，每个字节的高位在前，低位在后；在数据帧内，起始符为一个字节，地址为一个字节，功能代码为一个字节，数据最大长度为246个字节，分隔符为一个字节，校验和为两个字节，结束符为两个字节。

所述上位机在发送数据帧时，数据帧内的每个数据字节自增128。

所述起始符为英文字符“:”的ascii码，功能代码为0-127，分隔符为英文字符“；”的ascii码,校验和为两个字节组成的整型数据，结束符为ascii码“\n\r”组合。

所述下位机返回应答帧时，应答帧的数据为下位机接收到的数据帧的数据，数据帧的功能代码为下位机接收到的数据帧的功能代码增加128。

所述下位机包括主控芯片以及连接主控芯片的转换芯片trs232和隔离器，主控芯片通过转换芯片trs232连接上位机，主控芯片的数字io接口通过隔离器连接光纤激光器。

本发明通过下位机接收上位机发送的含预设波形数据的数据帧，并使用数组将该预设的波形数据存储在下位机内部，下位机使用数字io接口和定时器实现对光纤激光器输出波束形状的可编程控制。具体地，下位机利用数字io接口输出特定的数字组合来控制激光输出功率的大小，利用定时器周期性改变激光输出功率，从而控制光纤激光器输出的波束形状，通过改变定时器的溢出周期可以改变波束的调制频率，使调制频率达到10mhz以上。此外，当每次波形数据遍历完成后，可以通过主控芯片的定时器进行精确掩饰，重新遍历波形数据，从而实现重复频率可控的激光波束输出。

附图说明

图1为本发明的工作流程简图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明下位机的结构框图；

图4为本发明的数据帧的结构图；

图5为本发明的上位机与下位机通信流程图；

图6为本发明的实施效果图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明揭示了一种基于rs232的光纤激光器波束形状控制方法，其通过下位机接收上位机发送的含预设波形数据的数据帧，并使用数组将该预设的波形数据存储在下位机内部，根据存储的波形数据，下位机通过定时器周期性地改变下位机io接口的电平组合，从而实现对激光输出波形的高速调制。

该光纤激光器波束形状控制方法具体包括以下步骤：

步骤1、使用rs232作为通信接口，上位机将含预设波形数据的数据帧发送给下位机，并进入等待状态；其中，下位机采用单片机实现，数据帧依次由起始符、地址、功能代码、数据、分隔符、校验和以及结束符组成。

上述数据帧为基于modbus的数据编码，其最大长度为256个字节，每个字节的高位在前，低位在后。在数据帧内，起始符为一个字节，地址为一个字节，功能代码为一个字节，数据最大长度为246个字节，分隔符为一个字节，校验和为两个字节，结束符为两个字节。

起始符为英文字符“:”的ascii码，功能代码为0-127，分隔符为英文字符“；”的ascii码,该分隔符的设置可以提高下位机的解析效率；校验和为两个字节组成的整型数据，以提高上位机与下位机之间的通信可靠信；结束符为ascii码“\n\r”组合。

数据使用一百进制编码，每个字节可以表示的数据范围为0-99；超过100的数据需要引入新的字节。每个数据字节在发送时需要自增128，以分开数据和功能代码的数据域，简化下位机对数据帧的解析过程。如314可以用两个字节表示，为\x83\x8e。

步骤2、下位机接收数据帧并进行解析，解析完成后对数据帧中的校验和进行校验，若出现错误，则丢弃该数据帧，并向上位机返回错误的应答帧，上位机接收到错误的应答帧后跳转到步骤1重新发数据帧；若没有错误，向上位机返回正确的应答帧，并进入下一步骤；当上位机等待超过设定时间没有受到应答帧时，跳转到步骤1重新发送数据帧。

下位机返回应答帧时，应答帧的数据为下位机接收到的数据帧的数据，数据帧的功能代码为下位机接收到的数据帧的功能代码增加128。

步骤3、下位机提取数据帧中的功能代码和波形数据，并将波形数据存入下位机内部，根据功能代码和波形数据，下位机通过定时器周期性地改变其数字io接口的电平组合控制光纤激光器的输出波形。

下位机包括主控芯片以及连接主控芯片的转换芯片trs232和隔离器，主控芯片通过转换芯片trs232连接上位机，以保证上位机与下位机的通信，主控芯片的数字io接口通过隔离器连接光纤激光器，以实现逻辑电平转换和高压隔离保护。下位机使用主控芯片的数字io接口和定时器实现对光纤激光器输出波束形状的可编程控制，其中，利用主控芯片的数字io接口输出特定的数字组合来控制激光输出功率的大小，利用主控芯片的定时器周期性改变激光输出功率，从而控制光纤激光器输出的波束形状，通过改变定时器的溢出周期可以改变波束的调制频率，使调制频率达到10mhz以上。此外，当每次波形数据遍历完成后，可以通过主控芯片的定时器进行精确掩饰，重新遍历波形数据，从而实现重复频率可控的激光波束输出。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。