1.係統整體架構：

本係統以Cerebot32M*4開發板作為主控核心，通過外部擴展的Pmod網(wang)絡(luo)模(mo)塊(kuai)實(shi)現(xian)組(zu)網(wang)與(yu)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)。針(zhen)對(dui)大(da)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)特(te)點(dian)，設(she)置(zhi)了(le)數(shu)字(zi)式(shi)的(de)電(dian)流(liu)，電(dian)壓(ya)采(cai)樣(yang)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，功(gong)率(lv)采(cai)樣(yang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，單(dan)總(zong)線(xian)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。控(kong)製(zhi)部(bu)分(fen)包(bao)括(kuo)了(le)軟(ruan)啟(qi)動(dong)電(dian)路(lu)，TEC製冷溫控模塊以及激光二極管控製電路。上述傳感器將采集信號傳送給PIC32控製器
，由其將信號處理後輸出相應的控製信號，並將工作狀態參量上傳網絡，實現遠程監控。係統原理框圖如圖一。

2.主要模塊介紹

2.1 激光二極管電流噪聲傳感模塊

傳(chuan)統(tong)的(de)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)陣(zhen)列(lie)裝(zhuang)置(zhi)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)，可(ke)以(yi)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)電(dian)流(liu)

，但(dan)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)複(fu)雜(za)


，維(wei)護(hu)不(bu)便(bian)，且(qie)又(you)僅(jin)靠(kao)模(mo)擬(ni)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)，無(wu)法(fa)與(yu)外(wai)部(bu)處(chu)理(li)器(qi)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)
，不(bu)能(neng)很(hen)好(hao)地(di)監(jian)控(kong)激(ji)光(guang)管(guan)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)況(kuang)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)采(cai)用(yong)PIC32單dan片pian機ji和he和he擴kuo展zhan傳chuan感gan器qi結jie合he，當dang半ban導dao體ti激ji光guang器qi串chuan聯lian群qun中zhong有you一yi個ge或huo多duo個ge損sun壞huai，可ke以yi采cai用yong測ce量liang噪zao聲sheng的de方fang式shi來lai檢jian驗yan和he發fa現xian
，並bing及ji時shi報bao警jing，從cong而er確que保bao整zheng個ge係xi統tong工gong作zuo的de連lian續xu性xing、可靠性。

2.1.1電流噪聲巡檢原理

隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)在(zai)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，其(qi)自(zi)身(shen)的(de)噪(zao)聲(sheng)性(xing)能(neng)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)人(ren)們(men)的(de)重(zhong)視(shi)。對(dui)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)噪(zao)聲(sheng)特(te)性(xing)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)研(yan)究(jiu)器(qi)件(jian)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)的(de)機(ji)理(li)，製(zhi)備(bei)低(di)噪(zao)聲(sheng)器(qi)件(jian)，而(er)且(qie)也(ye)可(ke)以(yi)依(yi)據(ju)器(qi)件(jian)的(de)噪(zao)聲(sheng)大(da)小(xiao)對(dui)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)可(ke)靠(kao)性(xing)評(ping)估(gu)。激(ji)光(guang)器(qi)的(de)電(dian)噪(zao)聲(sheng)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)漲(zhang)落(luo)引(yin)起(qi)的(de)，引(yin)起(qi)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)漲(zhang)落(luo)因(yin)素(su)很(hen)多(duo)，如(ru)注(zhu)入(ru)電(dian)流(liu)的(de)漲(zhang)落(luo)

，載(zai)流(liu)子(zi)的(de)複(fu)合(he)和(he)產(chan)生(sheng)速(su)率(lv)的(de)漲(zhang)落(luo)，光(guang)子(zi)發(fa)射(she)和(he)吸(xi)收(shou)速(su)率(lv)的(de)漲(zhang)落(luo)
，以(yi)及(ji)光(guang)增(zeng)益(yi)漲(zhang)落(luo)。通(tong)過(guo)對(dui)激(ji)光(guang)的(de)電(dian)噪(zao)聲(sheng)測(ce)量(liang)
，可(ke)以(yi)監(jian)測(ce)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)諸(zhu)多(duo)參(can)數(shu)和(he)性(xing)能(neng)。作(zuo)為(wei)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)
，要(yao)求(qiu)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)應(ying)具(ju)有(you)最(zui)低(di)的(de)電(dian)噪(zao)聲(sheng)和(he)最(zui)高(gao)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)，因(yin)為(wei)驅(qu)動(dong)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)不(bu)僅(jin)會(hui)造(zao)成(cheng)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)的(de)噪(zao)聲(sheng)
，還(hai)會(hui)造(zao)成(cheng)輸(shu)出(chu)波(bo)長(chang)光(guang)譜(pu)線(xian)寬(kuan)的(de)展(zhan)寬(kuan)。

本係統中LD光功率采樣模擬信號、電流采樣信號及溫度傳感信號經放大後由A／D轉換為數字信號，PIC32單片機接受此信號進行運算處理
，反饋控製信號經D／A
zhuanhuanhouzaifenbiesongwangjiguangqidianliuyuandianlu，xingchengguanggonglvdebihuankongzhi。yidanyouyigehuoduogejiguangerjiguansunhuai，tongguozaoshengxunjiandefangfajishifaxianbingbaojing
，tongshitongguoPIC單片機自動啟用備用激光二極管模塊。保證係統的正常工作。

因為該係統需要控製多個數模轉換器D／A及模數轉換器A／D協調工作，如果由單片機直接控製
，必然占用其過多的資源，因為單片機還需要控製顯示、鍵盤和各種接口的工作，進而加重其工作負擔。采用外部擴展A／D、D／A很好地解決了這個問題。

2.1.2軟件流程圖

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2.2 基於TCP/IP協議的網絡監控模塊

TCP/IP通信協議以其高效、可靠、通用性獲得了世界範圍的廣泛使用。

本項目采用PIC係列PIC32單片機
，在其中通過軟件方法實現TCP/IP協議的通信功能，通過進一步的擴展，在其上搭建起HTTP
，FTP，TELNET等高級網絡功能。

利用TCP/IP協議中的UDP
、IP、ARP及簡單的應用層協議實現單片機的網絡互連
，提高數據傳輸的速度，保證數據傳輸的正確性，同時擴展數據傳輸的有效半徑。

TCP/IP協議是一套把因特網上的各種係統互連起來的協議組，保證因特網上數據的準確快速傳輸。參考開放係統互連（OSI）模型，TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型
，分別為：應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。

（1）應用層
網絡應用層要有一個定義清晰的會話過程，如通常所說的Http、Ftp、Telnet等。我們用單片機係統傳遞來自Ethernet和數據終端的數據
，應用層隻對大的數據報作打包拆報處理。
（2）傳輸層
傳輸層讓網絡程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數據，如定義網絡連接的端口號等，實現該層協議的傳輸控製協議TCP和用戶數據協議UDP。
（3）網絡層
網絡層讓信息可以發送到相鄰的TCP/IP網絡上的任一主機上
，IP協議就是該層中傳送數據的機製。同時建立網絡間的互連，應提供ARP地址解析協議，實現從IP地址到數據鏈路物理地址的映像。
（4）鏈路層
由控製同一物理網絡上的不同機器間數據傳送的底層協議組成
，實現這一層協議的協議並屬於TCP/IP協議組。這部分功能由單片機控製網卡芯片實現。
本項目由四個模塊構成
，分別為網絡接口模塊、單片機控製模塊、受控開關模塊和電源模塊。下麵對這四部分進行具體說明。

2.2.1網絡接口模塊

網絡接口采用HR911105A網絡變壓器來獲取10BASE-T網線中的信號，采用Microchip公司的enc28j60網絡控製芯片來實現對網絡數據的獲取和處理。嵌入式係統開發可選的獨立以太網控製器大都是為個人計算機係統設計的，如RTL8019

、AX88796L
、DM9008

、CS8900A
、LAN91C111等。這些器件不僅結構複雜
，體積龐大
，且比較昂貴。目前市場上大部分以太網控製器的封裝均超過80引腳

，而符合IEEE 802.3協議的ENC28J60隻有28引腳
，既能提供相應的功能
，又可以大大簡化相關設計，減小空間。

ENC28J60以太網控製器的主要功能包括：

符合IEEE 802.3：內置10 Mbps以太網物理層器件（PHY）及媒介接入控製器（MAC），可按業界標準的以太網協議可靠地收發信息包數據；

可編程過濾功能：特殊的過濾器，包括Microchip的可編程模式匹配過濾器
，可自動評價、接受或拒收Magic Packet™、單播（Unicast）
、多播（Multicast）或廣播（Broadcast）信息包
，以減輕主控單片機的處理負荷；

10Mbps SPI接口：業界標準的串行通訊端口
，低至18引腳的8位單片機也具有網絡連接功能；

可編程8 KB雙端口SRAM緩衝器：以高效的方式進行信息包的存儲
、檢索和修改，以減輕主控單片機的內存負荷。該緩衝存儲器提供了靈活可靠的數據管理機製。

Enc28j60與單片機的典型接法如下：

2.2.2單片機控製模塊

PIC32單片機借助SPI通信協議與網絡控製芯片enc28j60進行通信。SPI總線係統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設置FLASHRAM、網絡控製器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。SPI總線係統可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接接口
，該接口一般使用4條線：串行時鍾線（SCK）
、主機輸入/從機輸出數據線MISO、主機輸出/從機輸入數據線MOSI和低電平有效的從機選擇線SS。借助SPI通信協議，單片機可以高速地與enc28j60進行通信。由於本項目實現的是TCP/IP通信
，而建立起TCP連接最主要的用途是實現HTTP通信。單片機接收到的待處理數據會經過數據處理函數，若檢測到有TCP連接建立的請求，則進行相應處理。當建立了TCP連接後
，就可以通過TCP連接發送和接收HTTP通信數據。

TCP連接建立的“三次握手”流程和有限狀態機如下：

PIC32單片機在接收到正確的HTTP GET請求後
，便進行相應處理
，返回用戶需要的網頁，這樣就實現了一個簡單的web server應用。
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2.2.3受控開關模塊

受控開關是借助固態繼電器來實現使用單片機控製大型用電器這一功能的。固態繼電器的高電壓開關串接在插排導線中，單片機的IO口通過三極管放大電路接繼電器的低電壓開關，實現低電壓控製高電壓開關的功能。

2.3 溫度傳感與控製模塊

溫度是大功率激光二極管性能惡化
、壽(shou)命(ming)縮(suo)短(duan)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)，溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)不(bu)僅(jin)使(shi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)下(xia)降(jiang)
，並(bing)且(qie)影(ying)響(xiang)波(bo)長(chang)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)。本(ben)係(xi)統(tong)設(she)置(zhi)了(le)閉(bi)環(huan)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)
，精(jing)確(que)地(di)控(kong)製(zhi)了(le)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)
，使(shi)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)輸(shu)出(chu)穩(wen)定(ding)的(de)波(bo)長(chang)。以(yi)PIC32單片機為控製核心，采用高精度的單總線的數字溫度計DS18B20，結合TEC半導體製冷器，對半導體製冷器的驅動采用脈寬調製
，來實現對半導體激光器精密溫度的控製

2.3.1 溫度傳感器介紹

DS18B20是美國DALLAS公司采用單總線技術生產的一種新型數字式溫度傳感器．所渭單總線技術是將地址線

、數據線
、控製線合為一根信號線，實現了一根數據線上進行艤向數據傳輸
，最大限度地節省了通訊線的數量
，使係統功能的完整化、構成的簡單化成為可能．這類溫度傳感器的輸入和輸出均為數字信號
，且以串行方式與外部連接，因此可以很容易地集成到應用係統中，簡化係統的設計．DSl8820是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關係，通過對振蕩周期的計數來實現溫度測量的．為wei了le擴kuo大da測ce溫wen範fan圍wei和he提ti高gao分fen辨bian率lv，它ta使shi用yong了le一yi個ge低di溫wen係xi數shu振zhen蕩dang器qi和he一yi個ge高gao溫wen係xi數shu振zhen蕩dang器qi來lai分fen別bie進jin行xing計ji數shu，並bing采cai用yong非fei線xian性xing累lei加jia器qi等deng電dian路lu來lai改gai善shan線xian性xing，故gu此ciDSl820有良好的特性。

2.3.2製冷模塊介紹

係統中我們采用半導體製冷器作為致冷元件．它是依據帕爾帖效應製作的
，具有體積小、重量輕、製冷效率高等特點．特別適用於有限空間的致冷．由於半導體致冷器具有當改變組件的工作電流極性時，它既可致冷又可以致熱；改變通過組件電流強度便可調整致冷功率的特點．所以使用它我們能很容易地控製溫控電路的溫控方式(輸入極性正接一製冷；輸入極性反接一製熱)以及製冷／製熱量的大小．在本係統中我們采用兩片半導體致冷器TEC- 12707
，一片用於製冷，一片用於製熱．它們的最大工作電壓為15 4 v．最大工作電流為6 A
，吸熱量為65w。

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