一種基于mcu的激光器光功率自適應(yīng)控制方法
【專利摘要】一種基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法，MCU控制單元和上位機建立通信，通過上位機設(shè)置自適應(yīng)控制的方式為激光器偏置電流調(diào)節(jié)或激光器光功率調(diào)節(jié)，采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，MCU控制單元依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值和對激光器采樣的實際發(fā)光功率值進行自適應(yīng)控制；采用激光器偏置電流調(diào)節(jié)時，MCU控制單元依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)偏置電流值和對激光器采樣的實際偏置電流值進行自適應(yīng)控制。本發(fā)明能夠保持激光器的發(fā)光功率和偏置電流恒定，不需要進行硬件的調(diào)節(jié)，能夠通過上位機來改變激光器的光功率的恒定值，使得同樣的光傳輸模塊能夠用于其它不同需求的整機中，大大提高了激光器的可利用率。
【專利說明】—種基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MCU實現(xiàn)激光器光功率自適應(yīng)控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有的光傳輸模塊中激光器光功率的控制，主要是通過硬件電路將激光器的發(fā)光功率控制在一個固定的功率值，但是隨著光傳輸模塊環(huán)境溫度的改變，會導(dǎo)致激光器的發(fā)光功率改變，對光傳輸模塊和整機的指標(biāo)參數(shù)有影響，同時光傳輸模塊的發(fā)光功率值是固定的，使得光傳輸模塊不能用于其它整機中，光傳輸模塊的可利用率極低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺點，提出一種基于MCU實現(xiàn)激光器光功率自適應(yīng)控制的方法。[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法，MCU控制單元和上位機建立通信，通過上位機設(shè)置自適應(yīng)控制的方式為激光器偏置電流調(diào)節(jié)或激光器光功率調(diào)節(jié)，[0005]采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，MCU控制單元依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值和對激光器采樣的實際發(fā)光功率值進行自適應(yīng)控制，設(shè)采樣值V為實際光功率值，設(shè)調(diào)節(jié)目標(biāo)值S為目標(biāo)發(fā)光功率值，[0006]采用激光器偏置電流調(diào)節(jié)時，MCU控制單元依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)偏置電流值和對激光器采樣的實際偏置電流值進行自適應(yīng)控制，設(shè)采樣值V為實際偏置電流值，設(shè)調(diào)節(jié)目標(biāo)值S為目標(biāo)偏置電流值；[0007]所述自適應(yīng)控制的實現(xiàn)，包括設(shè)激光器微調(diào)節(jié)的標(biāo)志位LDOK的初始值為0，令計數(shù)變量LDtimeUP=O, LDtimeDN=O,預(yù)設(shè)數(shù)值n2〈n3〈nl,執(zhí)行以下步驟，[0008]步驟1，判斷V是否等于S，是則調(diào)節(jié)達到目標(biāo)，否則判斷當(dāng)前的標(biāo)志位LDOK是否等于I，是則進入步驟3，否則進入步驟2 ；[0009]步驟2，進行激光器基礎(chǔ)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式如下，[0010]當(dāng)V>S，且(V-S)>H，對MCU控制單元中的DA數(shù)值減少nl進行快速調(diào)節(jié)，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0011]當(dāng)V>S，且(V-S) < H，對MCU控制單元中的DA數(shù)值減少n2進行微調(diào)節(jié)，并令標(biāo)志位LDOK=I，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0012]當(dāng)V〈S，且(5;)>札進一步比較￥和111，[0013]SVS m，對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加nl進行快速調(diào)節(jié)，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0014]若V〈m，判斷MCU控制單元中的DA數(shù)值是否大于預(yù)設(shè)的輸出正常狀態(tài)門限，是則激光器處于開路狀態(tài)，結(jié)束流程，否則對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加n3進行檢測調(diào)節(jié)，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I;[0015]當(dāng)V〈S，且(S-V) ( H，對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加n2進行微調(diào)節(jié)，并令標(biāo)志位LDOK=I，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0016]步驟3，進行激光器微調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式如下，[0017]當(dāng)V>S，且(V-S) >H，令標(biāo)志位LDOK=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0018]當(dāng)V>S，且(V-S) ( H，進一步比較 V-S 和 m，[0019]若(V-S) >m，令計數(shù)變量LDtimeUP=LDtimeUP+l，然后判斷當(dāng)前的計數(shù)變量 LDtimeUP是否大于2，是則令標(biāo)志位LDOK=O,令計數(shù)變量LDtimeUP=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;若不大于2則等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0020]若(V-S) ( m,調(diào)節(jié)達到目標(biāo),令計數(shù)變量LDtimeUP=O ；[0021]當(dāng)V〈S，且(S-V) >H，令標(biāo)志位LDOK=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0022]當(dāng)V〈S，且(S-V)≤H，進一步比較S-V和m，[0023]若(S-V) >m，令計數(shù)變量LDtimeDN=LDtimeDN+1，然后判斷當(dāng)前的計數(shù)變量 LDtimeDN是否大于2，是則令標(biāo)志位LDOK=O,令計數(shù)變量LDtimeDN=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;若不大于2則等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;[0024]若(S-V) < m,調(diào)節(jié)達到目標(biāo),令計數(shù)變量LDtimeDN=0。[0025]而且，不通過上位機設(shè)置時，MCU控制單元采用激光器光功率調(diào)節(jié)，依據(jù)默認的目標(biāo)發(fā)光功率值、激光器采樣的實際發(fā)光功率值進行光功率自適應(yīng)控制，設(shè)采樣值V為實際光功率值，設(shè)調(diào)節(jié)目標(biāo)值S為目標(biāo)發(fā)光功率值。[0026]而且，采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，MCU控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)光功率表對實際采集到的發(fā)光電壓轉(zhuǎn)換得到實際發(fā)光功率值，所述發(fā)光功率表包括激光器電流在工作范圍內(nèi)的若個取值和每個取值相應(yīng)的發(fā)光電壓、發(fā)光功率。[0027]而且，采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，實際發(fā)光功率值的單位為mW，當(dāng)上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值的單位為dBm時，MCU控制單元將上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值從單位為dBm 轉(zhuǎn)換成單位為mW。[0028]而且，當(dāng)對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加時，若增加結(jié)果超過DA數(shù)值的上限，令 DA數(shù)值取上限。[0029]本發(fā)明涉及一種基于MCU實現(xiàn)激光器光功率自適應(yīng)控制的方法，實現(xiàn)激光器光功率的自適應(yīng)控制，支持上位機設(shè)定需要的光功率值，APC (光功率自適應(yīng)控制)系統(tǒng)會依據(jù)環(huán)境溫度等參數(shù)的改變，通過自適應(yīng)的調(diào)節(jié)控制激光器的發(fā)光功率，使激光器的發(fā)光功率恒定保持在設(shè)定值，不需要對光傳輸模塊的硬件電路進行調(diào)節(jié)，就能夠保證光傳輸模塊的性能參數(shù)不受環(huán)境影響，大大降低了人工成本和提高了工作效率。同時可以通過上位機改變發(fā)光功率設(shè)定值，使光傳輸模塊產(chǎn)生對應(yīng)的發(fā)光功率，無需改變硬件電路，就可以使得光傳輸模塊能夠用于不同需求的整機中，大大提高了光傳輸模塊的可利用率。因此，本發(fā)明技術(shù)方案的主要優(yōu)點在于:[0030](I)區(qū)別于常用光傳輸模塊的激光器控制方法，不需要進行硬件電路調(diào)節(jié)，可以通過MCU的軟件自適應(yīng)控制方法實現(xiàn) 光傳輸模塊激光器發(fā)光功率值恒定，不受環(huán)境溫度等條件影響。[0031](2)通過MCU實現(xiàn)激光器光功率自適應(yīng)控制方法有光功率控制和偏置電流控制兩種控制模式，分別可以實現(xiàn)激光器的發(fā)光功率值恒定和偏置電流值恒定，實現(xiàn)方式具有多 樣化。[0032](3)通過上位機和MCU的串口通信的方式,用于實現(xiàn)光傳輸模塊激光器的發(fā)光功 率值和偏置電流值的設(shè)定，使相同的光傳輸模塊無需改變硬件電路就可以應(yīng)用于不同需求 的整機中，提高了光傳輸模塊的使用范圍和利用率，同時串口通信的方式應(yīng)用較為普遍，使 用范圍較為廣泛和利用率高。[0033](4)對于不同廠家和不同性能的激光器，可以通過上位機的具體設(shè)置實現(xiàn)具體的 功能，無需進行硬件的一致性調(diào)節(jié)，實現(xiàn)方式簡單、快捷。[0034](5)本激光器光功率自適應(yīng)控制方法，不受激光器廠家、材質(zhì)、性能指標(biāo)的影響，具 有較大的應(yīng)用范圍和應(yīng)用空間。并且可以應(yīng)用于所有的模擬激光器光功率控制，不限于光 傳輸模塊激光器?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0035]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的MCU激光器控制系統(tǒng)框圖；[0036]圖2為本發(fā)明實施例支持上位機設(shè)置的原理框圖；[0037]圖3為本發(fā)明實施例的自適應(yīng)調(diào)節(jié)流程圖。【具體實施方式】[0038]為了使用本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加的清楚明白，以下參考附圖和實施 例，對本發(fā)明進一步詳細說明:[0039]MCU(Micro Control Unit)中文名稱為微控制單元，如圖1所示現(xiàn)有技術(shù)中的MCU 激光器控制所采用系統(tǒng)，包括MCU控制單元、激光器單元、探測器單元、輸入端射頻信號處 理單元、輸出端射頻信號處理單元。激光器單元的輸出通過光纖輸出，探測器單元的輸入通 過光纖輸入，輸入端射頻信號處理單元的輸入射頻信號記為RF IN，輸出端射頻信號處理單 元的輸出射頻信號記為RF OUT。[0040]系統(tǒng)一般會設(shè)置射頻輸入端口，從射頻輸入端口輸入射頻信號RF IN,經(jīng)過輸入端 射頻信號處理單元的處理，調(diào)節(jié)輸入射頻信號的射頻指標(biāo)系數(shù)，調(diào)節(jié)完成的射頻信號和經(jīng) 過FSK解調(diào)的信號合路進入到激光器單元，通過激光器單元的電/光信號轉(zhuǎn)換，然后通過光 纖發(fā)射出去；[0041 ] MCU控制單元采集激光器單元的發(fā)光功率電壓、發(fā)光偏置電流數(shù)據(jù)，通過自適應(yīng)控 制方法設(shè)定的光功率調(diào)節(jié)策略產(chǎn)生與所設(shè)置發(fā)光功率值對應(yīng)的光功率。發(fā)光功率電壓、發(fā) 光偏置電流數(shù)據(jù)的采集是通過MCU的AD (模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號)功能完成的?，F(xiàn) 有技術(shù)中已有自適應(yīng)控制方法提供。[0042]光纖輸入的信號通過探測器單元的光/電信號轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，同 時經(jīng)過MCU的FSK調(diào)測后，再通過輸出端信號處理單元的調(diào)節(jié)，然后作為射頻輸出信號RF OUT發(fā)射出去。MCU控制單元采集獲得激光器的收光功率，對激光器的收光功率進行實時監(jiān) 控，檢測激光器的工作狀態(tài)。[0043]基于現(xiàn)有的系統(tǒng)，本發(fā)明提出通過上位機，可采用軟件方式設(shè)置發(fā)光功率值，上位 機通過RS485串口與MCU控制單元進行數(shù)據(jù)通信，將通過上位機設(shè)置的調(diào)節(jié)目標(biāo)值傳遞到MCU控制單元。并對光功率調(diào)節(jié)策略進行改進，包括光功率控制和偏置電流控制兩種方式， 實現(xiàn)流程一致，支持通過上位機選擇具體控制方式。[0044]本發(fā)明進一步提供了實施例中MCU控制單元支持上位機設(shè)置的流程，參見圖2:[0045](I)進行初始化，包括發(fā)光功率表的初始化；[0046](2)進行激光器的發(fā)光偏置電流、發(fā)光功率采集數(shù)據(jù)處理；[0047](3)判斷上位機是否進行設(shè)置處理，若否則依據(jù)默認的目標(biāo)發(fā)光功率值、激光器采 樣的實際發(fā)光功率值進行光功率自適應(yīng)控制，若是則進入(4);默認的目標(biāo)發(fā)光功率值可 預(yù)先存儲在MCU單元中。[0048](4)判斷上位機設(shè)置的發(fā)光模式，本發(fā)明實施例提供有光功率控制和偏置電流控 制兩種選擇，[0049]當(dāng)上位機設(shè)置的發(fā)光模式為光功率控制模式時，依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率 值、對激光器采樣的實際發(fā)光功率值進行光功率自適應(yīng)控制，通過自適應(yīng)控制得到具體的 DA數(shù)值，通過MCU控制單元控制激光器產(chǎn)生與目標(biāo)發(fā)光功率值對應(yīng)的發(fā)光功率；[0050]當(dāng)上位機設(shè)置的發(fā)光模式為偏置電流控制模式時，依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)偏置電 流值、對激光器采樣的實際偏置電流值進行偏置電流自適應(yīng)控制，通過自適應(yīng)控制得到具 體的DA數(shù)值，通過MCU控制單元控制激光器產(chǎn)生與目標(biāo)偏置電流值對應(yīng)的偏置電流。[0051]實際需要的發(fā)光功率值一般以dBm為單位，為進行精細控制，本發(fā)明提出轉(zhuǎn)換為 以mW為單位。當(dāng)光功率自適應(yīng)控制時，設(shè)通過上位機設(shè)置需要的發(fā)光功率值X(單位:dBm)， MCU控制單元會將設(shè)置的發(fā)光功率值X (單位:dBm)進行單位換算，得到目標(biāo)發(fā)光功率值Z (單位:mW)，例如X=2dBm，換算為Y=1585mW。MCU控制單元依據(jù)實際發(fā)光功率值Y(單位:mW) 與目標(biāo)發(fā)光功率值Z (單位:mW)進行光功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)，得到合適的DA數(shù)據(jù)值，使得激光 器單元產(chǎn)生的實際發(fā)光功率值Y和目標(biāo)發(fā)光功率值Z (單位:mW)相等，完成整個自適應(yīng)的 調(diào)節(jié)。所述DA數(shù)值是數(shù)模轉(zhuǎn)換所得的模擬值，是MCU控制單元用于控制激光器的輸出。[0052]光功率自適應(yīng)控制時，MCU單元需要對實際采集到的發(fā)光電壓轉(zhuǎn)換得到實際發(fā)光 功率值，為提高效率起見，可以預(yù)先設(shè)置發(fā)光功率表，初始化時導(dǎo)入MCU單元，以便查詢轉(zhuǎn) 換。發(fā)光功率表的內(nèi)容為激光器電流的取值和相應(yīng)的發(fā)光電壓、發(fā)光功率。具體實施時，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以在激光器電流的取值范圍內(nèi)取若干點(一般均勻選取)，使用光功率計儀 表檢測出各點對應(yīng)的發(fā)光功率值，同時得到實際發(fā)光電壓值，即可得到發(fā)光功率表，光功率 自適應(yīng)控制時根據(jù)實際采集到的發(fā)光電壓進行線性轉(zhuǎn)換即可。[0053]例如，激光器電流的取值范圍為O到45mA，取點為O (mA)、12 (mA)、24 (mA)、45(mA)，發(fā)光功率表如下:[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于:MCU控制單元和上位機建立通信，通過上位機設(shè)置自適應(yīng)控制的方式為激光器偏置電流調(diào)節(jié)或激光器光功率調(diào)節(jié)，采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，MCU控制單元依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值和對激光器采樣的實際發(fā)光功率值進行自適應(yīng)控制，設(shè)采樣值V為實際光功率值，設(shè)調(diào)節(jié)目標(biāo)值S為目標(biāo)發(fā)光功率值，采用激光器偏置電流調(diào)節(jié)時，MCU控制單元依據(jù)上位機設(shè)置的目標(biāo)偏置電流值和對激光器采樣的實際偏置電流值進行自適應(yīng)控制，設(shè)采樣值V為實際偏置電流值，設(shè)調(diào)節(jié)目標(biāo)值S為目標(biāo)偏置電流值；所述自適應(yīng)控制的實現(xiàn)，包括設(shè)激光器微調(diào)節(jié)的標(biāo)志位LDOK的初始值為0，令計數(shù)變量LDtimeUP=O, LDtimeDN=O,預(yù)設(shè)數(shù)值n2〈n3〈nl,執(zhí)行以下步驟，步驟1，判斷V是否等于S，是則調(diào)節(jié)達到目標(biāo)，否則判斷當(dāng)前的標(biāo)志位LDOK是否等于 1，是則進入步驟3，否則進入步驟2 ; 步驟2，進行激光器基礎(chǔ)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式如下，當(dāng)V>S，且(V-S)>H，對MCU控制單元中的DA數(shù)值減少nl進行快速調(diào)節(jié)，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;當(dāng)V>S，且(V-S) ( H，對MCU控制單元中的DA數(shù)值減少n2進行微調(diào)節(jié)，并令標(biāo)志位 LDOK=I,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;當(dāng)V〈S，且(S-V) >H,進一步比較V和m，若V > m，對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加nl進行快速調(diào)節(jié)，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;若V〈m，判斷MCU控制單元中的DA數(shù)值是否大于預(yù)設(shè)的輸出正常狀態(tài)門限，是則激光器處于開路狀態(tài)，結(jié)束流程，否則對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加n3進行檢測調(diào)節(jié)，等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;當(dāng)V〈S，且(S-V) ( H，對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加n2進行微調(diào)節(jié)，并令標(biāo)志位 LDOK=I,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;步驟3，進行激光器微調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式如下，當(dāng)V>S，且(V-S) >H，令標(biāo)志位LDOK=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;當(dāng)V>S，且(V-S) ( H，進一步比較V-S和m，若(V-S)>m，令計數(shù)變量LDtimeUP=LDtimeUP+l，然后判斷當(dāng)前的計數(shù)變量LDtimeUP是否大于2，是則令標(biāo)志位LDOK=O,令計數(shù)變量LDtimeUP=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟 I ;若不大于2則等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;若(V-S) < m,調(diào)節(jié)達到目標(biāo),令計數(shù)變量LDtimeUP=O ；當(dāng)V〈S，且(S-V) >H，令標(biāo)志位LDOK=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;當(dāng)V〈S，且(S-V)≤H，進一步比較S-V和m，若(S-V?m,令計數(shù)變量LDtimeDN=LDtimeDN+1，然后判斷當(dāng)前的計數(shù)變量LDtimeDN是否大于2，是則令標(biāo)志位LDOK=O,令計數(shù)變量LDtimeDN=O,等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I;若不大于2則等待預(yù)設(shè)時間間隔后，返回步驟I ;若(S-V) ( m,調(diào)節(jié)達到目標(biāo),令計數(shù)變量LDtimeDN=0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于:不通過上位機設(shè)置時，MCU控制單元采用激光器光功率調(diào)節(jié)，依據(jù)默認的目標(biāo)發(fā)光功率值、激光器采樣的實際發(fā)光功率值進行光功率自適應(yīng)控制，設(shè)采樣值V為實際光功率值，設(shè)調(diào)節(jié)目標(biāo)值S為目標(biāo)發(fā)光功率值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法,其特征在于: 采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，MCU控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)光功率表對實際采集到的發(fā)光電壓轉(zhuǎn)換得到實際發(fā)光功率值，所述發(fā)光功率表包括激光器電流在工作范圍內(nèi)的若個取值和每個取值相應(yīng)的發(fā)光電壓、發(fā)光功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于:采用激光器光功率調(diào)節(jié)時，實際發(fā)光功率值的單位為mW，當(dāng)上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值的單位為dBm時，MCU控制單元將上位機設(shè)置的目標(biāo)發(fā)光功率值從單位為dBm轉(zhuǎn)換成單位為mW。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于:當(dāng)對 MCU控制單元中的DA數(shù)值增加時，若增加結(jié)果超過DA數(shù)值的上限，令DA數(shù)值取上限。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于MCU的激光器光功率自適應(yīng)控制方法,其特征在于: 當(dāng)對MCU控制單元中的DA數(shù)值增加時，若增加結(jié)果超過DA數(shù)值的上限，令DA數(shù)值取上限。
【文檔編號】G05D25/02GK103606812SQ201310600774
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】趙舟偉 申請人:武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司