[实用新型]激光快速跟瞄树枝清除系统

摘要

一种激光快速跟瞄树枝清除系统，属于电子技术领域。本实用新型的目的是提供一种通过激光对高压线路附近的树枝进行精确去除的激光快速跟瞄树枝清除系统。本实用新型包含激光器电源、激光器、聚焦系统、热像仪、控制系统、位置限定和三维平移台；其中激光器电源包括脉冲恒流输出部分电路、功率变换电路、隔离模块电路、短路保护电路、过压保护电路、过温检测电路、过流保护电路；控制系统包括加速度陀螺仪传感器、输出芯片电路、基准电压芯片电路、脉冲输出电路、稳压电路、PWM脉宽调制芯片、场效应管驱动电路、通讯芯片电路、接口电路、隔离模块电源、485隔离通讯芯片、缓冲芯片电路、主控芯片；位置限定包括位置控制传感器接口；激光器采用的是以固体材料为工作物质的固体激光器。本实用新型应用于工业上人工难以企及的位置，能够准确快速的实现定位，清除树枝。

主权项

一种激光快速跟瞄树枝清除系统，其特征在于：包含激光器电源（1）、激光器（2）、聚焦系统（3）、热像仪（5）、控制系统（4）、位置限定（6）和三维平移台（7）；其中激光器电源（1）包括脉冲恒流输出部分电路、功率变换电路、隔离模块电路、短路保护电路、过压保护电路、过温检测电路、过流保护电路；控制系统（4）包括加速度陀螺仪传感器、输出芯片电路、基准电压芯片电路、脉冲输出电路、稳压电路、PWM脉宽调制芯片、场效应管驱动电路、通讯芯片电路、接口电路、隔离模块电源、485隔离通讯芯片、缓冲芯片电路、主控芯片；位置限定（6）包括位置控制传感器接口；激光器（2）采用的是以固体材料为工作物质的固体激光器；脉冲恒流输出部分电路：电阻R33的1脚连接脉冲信号CurPulseCtl，2脚连接电阻R34的1脚和电阻R38的1脚，构成分压，电阻R38的2脚接地，电阻R34的2脚接入运放U4A的3脚，经过同相输入端输入脉冲信号，运放U4A反向输入端连接电阻R40的1脚和电阻R43的1脚构成分压，电阻R43的2脚接地，电阻R40的2脚接运放U4A的1脚，运放U4A的1脚输出连接电阻R35的1脚，电阻R35的2脚连接运放U4B的同相输入端5脚，U4B的7脚输出接电阻R36的1脚，经过NPN三极管Q3和PNP三极管Q5构成的图腾柱推挽输出，电阻R37的1脚连接瞬态抑制二极管D13的1脚和电阻R39的1脚，加载到绝缘栅双极晶体管Q4的栅极，Q4漏极连接接插件J3的2脚和反向抑制二极管D11的阳极，以及无极性电容C24的1脚，电阻R32的1脚和电容C24的2脚连接，电阻R32的2脚和接插件J3的1脚、以及D11阴极连接到+160V，绝缘栅双极晶体管Q4源极连接到采样电阻R42的1脚，以及反馈电阻R41的1脚和反馈电容C25的1脚，反馈电阻R41的2脚和反馈电容C25的2脚连接到运放U4B的反向输入端6脚；接插件J3连接激光器中激光电源（11），+160V连接功率变换电路中的+160V输出，CurPulseCtl连接脉冲输出电路中U5的3脚，+12V连接隔离模块电路中的+12V，‑12V连接隔离模块电路中的‑12V；功率变换电路：两路驱动信号MOS_DRIVER_A和MOS_DRIVER_B经过肖特基二极管D6的1脚和D10的1脚，肖特基二极管D6的2脚和肖特基二极管D10的2脚接地，连接电阻R25的1脚和电阻R30的1脚，电阻R25的2脚和电阻R30的2脚分别连接下拉电阻R26的1脚和电阻R31的1脚，分别连接N型MOS管Q1的栅极和N型MOS管Q2的栅极，电阻R26的2脚和电阻R31的2脚接GND，N型MOS管Q1漏极和N型MOS管Q2漏极分别连接肖特基二极管D5的1脚和肖特基二极管D9的1脚，经过电阻R24和C17、R29和C22组成的滤波电路，肖特基二极管D5的2脚和肖特基二极管D9的2脚接GND，变压器T1采用推挽结构，电解电容C9、C10、C19、C20以及独石电容C21、C11进行电源滤波，电容C12和电阻R27进行电路逆变后滤波，电阻R23、电容C16以及电阻R28、电容C18组成RC滤波电路，肖特基二极管D3、D4、D7、D8组成全桥整流电路，电容C14、C15和电感L1组成π型滤波，电解电容C13进行电源滤波；+24V连接外部+24V输入电路中的+24V外部输入，MOS_DRIVER_B连接场效应管驱动电路中U7的5脚，MOS_DRIVER_A连接场效应管驱动电路中U7的6脚，+160V连接脉冲恒流输出部分电路中的+160V；隔离模块电路：钽电容C6的1脚接+24V，2脚接GND进行电源滤波，+24V经过隔离模块U3得到正电压+12V和负电压‑12V，钽电容C4的1脚、C7的2脚接GND，独石电容C5的1脚、C8的1脚接GND，钽电容C4的2脚和电容C5的2脚接‑12V，钽电容C7的1脚和电容C8的2脚接+12V；+24V连接外部+24V输入电路中+24V外部输入，‑12V连接脉冲恒流输出部分电路中‑12V，+12V连接脉冲恒流输出部分电路中的+12V；加速度陀螺仪传感器：U18的1脚接C58的1脚接GND，8脚接C58的2脚接+3.3V，10脚接C60的1脚，11脚接C60的2脚接GND，13脚接C61的1脚接+3.3V，C61的2脚接GND，18脚接C59的1脚接GND，20脚接C59的2脚，19脚、21脚、22脚不接；加速度陀螺仪传感器U18的6脚XDA、7脚XCL、9脚AD0和12脚INT分别接主控芯片中U12的25脚XDA、26脚XCL、27脚AD0和17脚INT，+3.3V接稳压电路中U14的+3.3V，+5V接稳压电路中U13的+5V，U18的23脚SCL、24脚SDA接主控芯片中U12的12脚SCL、10脚SDA，U18的23脚、24脚分别接上拉电阻R66和R65到+3.3V；短路保护电路：电阻R4的2脚、R3的1脚和电容C2的1脚连接，电容C2的2脚、电阻R3的2脚接GND，电阻R7的2脚、R9的1脚和电容C3的1脚连接，电阻R9的2脚、电容C3的2脚接GND，电阻R5的1脚、R1的1脚和电容C1的1脚连接到U1B的反向输入端，电阻R10的1脚、R8的1脚连接到U1B的同相输入端，电阻R1的2脚、电容C1的2脚连接到U1B的7脚，稳压二极管D1对信号钳位；J3与脉冲恒流输出部分电路中J3连接，U1B的输出7脚接主控芯片中U12的2脚；过压保护电路：电阻R14的1脚接+160V，2脚接R15的1脚和U2A的反向输入端，R15的2脚接GND，通过电阻R20连接到U2A的同相输入端；+160V连接功率变换电路中的+160V，U2A的1脚连接主控芯片中U12的3脚，+12V接隔离模块电路的+12V；过温检测电路：热敏电阻R2的1脚接+12V，2脚接电阻R6的1脚接U1A的反向输入端，电阻R6的2脚接电阻R11的2脚接GND，电阻R11的1脚接+12V，电阻R12的2脚接U1A的同相输入端；+12V接隔离模块电路中的+12V，U1A的1脚接主控芯片中U12的44脚；过流保护电路：电阻R17的1脚接Pulse_Out以及电阻R16的1脚，2脚接GND以及电阻R18的1脚，电阻R16的2脚与电阻R13的1脚连接到运放U2B的反向输入端，电阻R18的2脚和电阻R21的1脚连接到运放U2B的同相输入端，电阻R21的2脚接GND，电阻R13的2脚接运放U2B的7脚；PulseOut接脉冲恒流输出部分电路中R42的1脚，U2B的7脚接主控芯片中U12的4脚；DA输出芯片电路：U6的8脚接C29的1脚接+5V，C29的2脚接GND，6脚是基准电平引脚，接电容C30的1脚滤波，电容C30的2脚接GND，U9的芯片8脚接C34的1脚接+ 5V，电容C34的2脚接GND，6脚是基准电平引脚，接C36的1脚电压滤波，C36的2脚接GND；DA芯片U6的1脚、2脚、3脚、4脚分别接到主控芯片中U12的16脚、15脚、14脚、13脚，7脚接脉冲输出电路中U5的13脚，U9的1脚、2脚、3脚、4脚分别接主控芯片中U12的21脚、22脚、19脚、18脚，7脚接PWM脉宽调制芯片中R44的1脚，U6的6脚和U9的6脚接基准电压芯片中D14的1脚，+ 5V接稳压电路中U13的+5V；基准电压芯片电路：D14的1脚、3脚接R52的1脚，R52的2脚接+5V，D14的2脚接电容C37的1脚接地，电容C37的2脚接+5V；稳压芯片D14的+ 5V接稳压电路中U13的+5V，1脚、3脚连接接输出芯片电路中U6的6脚和U9的6脚；脉冲输出电路：6脚、7脚、8脚、14脚、10脚、11脚接GND，9脚接上拉电阻R51的1脚，R51的2脚接+15V，1脚、2脚、4脚、5脚、12脚、15脚不接；模拟开关芯片U5的+15V接U13中U10的+ 15V，13脚接输出芯片电路中U6的7脚，9脚接U21中U12的20脚，3脚接脉冲恒流输出部分电路中的CurPulseCtl；稳压电路：防反接二极管D15的1脚连接+24V，2脚连接瞬态抑制二极管D16的1脚和电解电容C38的1脚，接稳压芯片U10的1脚，稳压芯片U10的3脚接电解电容C39的1脚，输出+15V；瞬态抑制二极管D16的2脚和电解电容C38的2脚接GND；稳压芯片U13的1脚接+15V，3脚输出 +5V，2脚接GND，电解电容C41的1脚接+ 15V，2脚接GND，电解电容C42的1脚接+5V，2脚接GND；稳压芯片U14的1脚接+5V，3脚输出 +3.3V，2脚接GND，电解电容C45的1脚接+ 5V，2脚接GND，电解电容C46的1脚接+3.3V，2脚接GND；PWM脉宽调制芯片：脉宽调制芯片U8的1脚接电阻R44的2脚，2脚接电阻R46和电容C31进行深度负反馈，4脚和7脚接GND，5脚接电容C32的1脚，电容C32的2脚接GND，6脚接R48的1脚，R48的2脚接GND；8脚和11脚、12脚连接+ 15V，接钽电容C35的1脚，C35的2脚接GND，16脚接GND，13脚、14脚、15脚接一起；PWM脉宽调制芯片U8中R44的1脚DAOUT_0‑5V接输出芯片电路中U9的7脚，2脚接接口电路中P3的5脚，U8的9脚、10脚分别接场效应管驱动电路中U7的R45的1脚和R47的1脚，+15V接稳压电路中U10的+15V；场效应管驱动电路：U7的2脚接电阻R45的2脚、电阻R50的1脚，电阻R50的2脚接GND，3脚接电阻R47的2脚、电阻R49的1脚，电阻R49的2脚接GND，U7的3脚接GND，6脚接钽电容C33的1脚，电容C33的2脚接GND，U7的8脚不接；场效应管驱动芯片U7的+ 15V接稳压电路中U10的+15V，R45的1脚和R47的1脚分别接PWM脉宽调制芯片中U8的10脚和9脚，U7的5脚和7脚分别接脉冲恒流输出部分电路中的R30的1脚和R25的1脚；通讯芯片电路：U11的3脚接电容C40的1脚，C40的2脚接GND，U11的6脚、7脚跨接电阻R53后连接接插件J3，U11的8脚接GND，P2的1脚接+5V，3脚接GND，电容C43的1脚、C44的1脚接GND，C43的2脚、C44的2脚分别接晶振Y1的两端；CAN总线芯片U11的1脚、4脚分别接主控芯片中U12的33脚、32脚，P2的2脚、4脚分别接主控芯片中U12的37脚、34脚，XTAL1和XTAL2分别接主控芯片中U12的5脚、6脚，+5V接稳压电路中U13中+5V，+3.3V接稳压电路中U14的+3.3V；接口电路：2脚、6脚、8脚接GND，5脚接电阻R57的1脚，R57的2脚接电阻R59的1脚、电容C48的1脚、R58的1脚，电阻R59的2脚、电容C48的2脚接GND，电阻R58的2脚接电阻R60的1脚、电容C49的1脚，电阻R60的2脚、电容C49的2脚接GND；P3的+24V连接外部+24V输入的+24V输入，3脚、4脚分别接功率变换电路中的MOS_DRIVER_B、MOS_DRIVER_A，7脚接脉冲恒流输出部分电路中的CurPulseCtl，PA1_VOL_FB接主控芯片中U12的11脚；隔离模块：U16的14脚接钽电容C54的1脚，C54的2脚接GND，U16的9脚接接+5V_2，接钽电容C55的1脚，C55的2脚接GND，U16的11脚接GND_2；隔离模块U16的+5V接稳压电路中U13的+5V，+5V_2接485隔离通讯芯片中U17的+5V_2；485隔离通讯芯片：U17的1脚接电容C56的1脚接+5V，2脚接电容C56的2脚接GND，8脚接GND，9脚接GND_2，11脚和14脚接一起连接电阻R63的1脚，12脚和13脚接一起连接电阻R63的2脚，连接接插件P5，16脚接电容C57的1脚接+5V_2，15脚接电容C57的2脚接GND_2；485通讯隔离芯片的+5V接稳压电路中U13的+5V，+5V_2接隔离模块电源中的+5V_2，GND_2接隔离模块电源中的GND_2，U17的3脚、4脚、5脚、6脚分别接主控芯片中U12的31脚、28脚、29脚、30脚；缓冲芯片：缓冲芯片U15的2脚、4脚、6脚、8脚接上拉排阻R61，11脚、13脚、15脚、17脚接上拉电阻R62，连接到接插件P4的1脚、3脚、5脚和7脚，U15的12脚、14脚、16脚和18脚分别接到P4的2脚、4脚、6脚和8脚；缓冲芯片U15的2脚、4脚、6脚、8脚分别接主控芯片中U12的46脚、39脚、41脚、42脚，3脚、5脚、7脚、9脚分别接主控芯片中U12的38脚、40脚、43脚、45脚，接插件P4连接树枝清除系统中三维平移台，+5V接稳压电路中U13的+5V；主控芯片：主控芯片采用STM32F103C8T6，主控芯片U12的11脚接电压反馈检测引脚，13脚、14脚、15脚、16脚分别接输出芯片中U6的各个控制引脚，28脚、29脚、30脚、31脚分别接485隔离通讯芯片中U17的3脚、4脚、5脚、6脚，32脚、33脚分别接通讯芯片电路中U11的CAN通信芯片VP230的1脚、4脚，34脚、37脚是程序下载口SWDIO和SWDCLK，5脚、6脚接晶振XTAL1和XTAL2，44脚接R54下拉电阻，7脚接R55上拉电阻，18脚、19脚、21脚、22脚接输出芯片电路中U9芯片TLV5616的数据引脚，39脚、40脚、41脚、42脚、43脚、45脚、46脚分别接缓冲芯片电路中U15缓冲芯片引脚；位置控制传感器接口：位置控制传感器接口J6的1脚、2脚、3脚、4脚接主控芯片中U12的45脚、43脚、40脚、38脚；外部+24V输入：J1为外部+24V供电接口。