本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，在室外高壓線傳輸中，為了保證安全穩(wěn)定，防止短路、斷路，不希望傳輸過(guò)程中有導(dǎo)電體。一旦金屬或者其它的導(dǎo)電體存在，就有危險(xiǎn)存在。比較常見的一個(gè)現(xiàn)象就是室外高壓線下方會(huì)有樹木生長(zhǎng)，而過(guò)度生長(zhǎng)的樹枝一旦跨接在導(dǎo)線之間必然成為安全隱患。所以安檢員需要定時(shí)對(duì)高壓線進(jìn)行安全檢查，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。安檢員在室外進(jìn)行安全檢查時(shí)，一般的做法是通過(guò)攜帶的工具將對(duì)導(dǎo)線有安全隱患的樹枝清除掉，當(dāng)遇到位置比較高的樹枝時(shí)，就需要搭建高架臺(tái)，然后人工攜帶工具進(jìn)行清除作業(yè)。安檢員不可能時(shí)時(shí)攜帶大量的工具，也不可能有很多的人員隨行。另外使用電鋸或者其他清除工具，攜帶困難，設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生很大的噪音，還存在很大的污染問(wèn)題，人員工作量大。

基于這些問(wèn)題，迫切需要尋找新的工作方式。清除樹枝作業(yè)的機(jī)器人也有很多，通過(guò)配以其它輔助動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)樹枝清除，并且樹枝清除技術(shù)一直是清除作業(yè)機(jī)器人裝備開發(fā)的重點(diǎn)。由于清除機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的高度非結(jié)構(gòu)化，樹枝分布、樹枝位置以及尺寸都呈現(xiàn)高度差異性和隨機(jī)性，從而造成機(jī)器人裝置和方式的有效清除率和輕便型等與實(shí)際應(yīng)用要求存在相當(dāng)大的差距。與上述方式對(duì)比，激光切割技術(shù)最大的特點(diǎn)在于通過(guò)激光束的聚焦實(shí)現(xiàn)對(duì)象的非接觸式切割，近年來(lái)在金屬和非金屬無(wú)機(jī)材料加工中得到了廣泛應(yīng)用，在木材等有機(jī)材料的切割上也顯示出了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

激光切割在農(nóng)業(yè)以及食品加工領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊，但是目前僅ferraz對(duì)土豆激光切割、肖宏偉對(duì)板栗激光劃口方面開展了探索性研究。與上述應(yīng)用對(duì)比，樹枝的切割具有極大的特殊性，對(duì)其切割性能的實(shí)驗(yàn)和機(jī)理研究尚屬于空白。本發(fā)明通過(guò)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析結(jié)合，對(duì)樹枝進(jìn)行激光切割的可行性、特殊性、適應(yīng)性和效率等進(jìn)行分析和探討，說(shuō)明樹枝進(jìn)行激光清除的可行性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)激光對(duì)高壓線路附近的樹枝進(jìn)行精確去除的激光快速跟瞄樹枝清除系統(tǒng)。

本發(fā)明包含激光器電源、激光器、聚焦系統(tǒng)、熱像儀、控制系統(tǒng)、位置限定和三維平移臺(tái)；其中激光器電源包括脈沖恒流輸出部分電路、功率變換電路、隔離模塊電路、短路保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)溫檢測(cè)電路、過(guò)流保護(hù)電路；控制系統(tǒng)包括加速度陀螺儀傳感器、輸出芯片電路、基準(zhǔn)電壓芯片電路、脈沖輸出電路、穩(wěn)壓電路、pwm脈寬調(diào)制芯片、場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路、通訊芯片電路、接口電路、隔離模塊電源、485隔離通訊芯片、緩沖芯片電路、主控芯片；位置限定包括位置控制傳感器接口；激光器采用的是以固體材料為工作物質(zhì)的固體激光器；

脈沖恒流輸出部分電路：電阻r33的1腳連接脈沖信號(hào)curpulsectl，2腳連接電阻r34的1腳和電阻r38的1腳，構(gòu)成分壓，電阻r38的2腳接地，電阻r34的2腳接入運(yùn)放u4a的3腳，經(jīng)過(guò)同相輸入端輸入脈沖信號(hào)，運(yùn)放u4a反向輸入端連接電阻r40的1腳和電阻r43的1腳構(gòu)成分壓，電阻r43的2腳接地，電阻r40的2腳接運(yùn)放u4a的1腳，運(yùn)放u4a的1腳輸出連接電阻r35的1腳，電阻r35的2腳連接運(yùn)放u4b的同相輸入端5腳，u4b的7腳輸出接電阻r36的1腳，經(jīng)過(guò)npn三極管q3和pnp三極管q5構(gòu)成的圖騰柱推挽輸出，電阻r37的1腳連接瞬態(tài)抑制二極管d13的1腳和電阻r39的1腳，加載到絕緣柵雙極晶體管q4的柵極，q4漏極連接接插件j3的2腳和反向抑制二極管d11的陽(yáng)極，以及無(wú)極性電容c24的1腳，電阻r32的1腳和電容c24的2腳連接，電阻r32的2腳和接插件j3的1腳、以及d11陰極連接到+160v，絕緣柵雙極晶體管q4源極連接到采樣電阻r42的1腳，以及反饋電阻r41的1腳和反饋電容c25的1腳，反饋電阻r41的2腳和反饋電容c25的2腳連接到運(yùn)放u4b的反向輸入端6腳；接插件j3連接激光器中激光電源（11），+160v連接功率變換電路中的+160v輸出，curpulsectl連接脈沖輸出電路中u5的3腳，+12v連接隔離模塊電路中的+12v，-12v連接隔離模塊電路中的-12v；

功率變換電路：兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)mos_driver_a和mos_driver_b經(jīng)過(guò)肖特基二極管d6的1腳和d10的1腳，肖特基二極管d6的2腳和肖特基二極管d10的2腳接地，連接電阻r25的1腳和電阻r30的1腳，電阻r25的2腳和電阻r30的2腳分別連接下拉電阻r26的1腳和電阻r31的1腳，分別連接n型mos管q1的柵極和n型mos管q2的柵極，電阻r26的2腳和電阻r31的2腳接gnd，n型mos管q1漏極和n型mos管q2漏極分別連接肖特基二極管d5的1腳和肖特基二極管d9的1腳，經(jīng)過(guò)電阻r24和c17、r29和c22組成的濾波電路，肖特基二極管d5的2腳和肖特基二極管d9的2腳接gnd，變壓器t1采用推挽結(jié)構(gòu)，電解電容c9、c10、c19、c20以及獨(dú)石電容c21、c11進(jìn)行電源濾波，電容c12和電阻r27進(jìn)行電路逆變后濾波，電阻r23、電容c16以及電阻r28、電容c18組成rc濾波電路，肖特基二極管d3、d4、d7、d8組成全橋整流電路，電容c14、c15和電感l(wèi)1組成π型濾波，電解電容c13進(jìn)行電源濾波；+24v連接外部+24v輸入電路中的+24v外部輸入，mos_driver_b連接場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路中u7的5腳，mos_driver_a連接場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路中u7的6腳，+160v連接脈沖恒流輸出部分電路中的+160v；

隔離模塊電路：鉭電容c6的1腳接+24v，2腳接gnd進(jìn)行電源濾波，+24v經(jīng)過(guò)隔離模塊u3得到正電壓+12v和負(fù)電壓-12v，鉭電容c4的1腳、c7的2腳接gnd，獨(dú)石電容c5的1腳、c8的1腳接gnd，鉭電容c4的2腳和電容c5的2腳接-12v，鉭電容c7的1腳和電容c8的2腳接+12v；+24v連接外部+24v輸入電路中+24v外部輸入，-12v連接脈沖恒流輸出部分電路中-12v，+12v連接脈沖恒流輸出部分電路中的+12v；

加速度陀螺儀傳感器：u18的1腳接c58的1腳接gnd，8腳接c58的2腳接+3.3v，10腳接c60的1腳，11腳接c60的2腳接gnd，13腳接c61的1腳接+3.3v，c61的2腳接gnd，18腳接c59的1腳接gnd，20腳接c59的2腳，19腳、21腳、22腳不接；加速度陀螺儀傳感器u18的6腳xda、7腳xcl、9腳ad0和12腳int分別接主控芯片中u12的25腳xda、26腳xcl、27腳ad0和17腳int，+3.3v接穩(wěn)壓電路中u14的+3.3v，+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，u18的23腳scl、24腳sda接主控芯片中u12的12腳scl、10腳sda，u18的23腳、24腳分別接上拉電阻r66和r65到+3.3v；

短路保護(hù)電路：電阻r4的2腳、r3的1腳和電容c2的1腳連接，電容c2的2腳、電阻r3的2腳接gnd，電阻r7的2腳、r9的1腳和電容c3的1腳連接，電阻r9的2腳、電容c3的2腳接gnd，電阻r5的1腳、r1的1腳和電容c1的1腳連接到u1b的反向輸入端，電阻r10的1腳、r8的1腳連接到u1b的同相輸入端，電阻r1的2腳、電容c1的2腳連接到u1b的7腳，穩(wěn)壓二極管d1對(duì)信號(hào)鉗位；j3與脈沖恒流輸出部分電路中j3連接，u1b的輸出7腳接主控芯片中u12的2腳；

過(guò)壓保護(hù)電路：電阻r14的1腳接+160v，2腳接r15的1腳和u2a的反向輸入端，r15的2腳接gnd，通過(guò)電阻r20連接到u2a的同相輸入端；+160v連接功率變換電路中的+160v，u2a的1腳連接主控芯片中u12的3腳，+12v接隔離模塊電路的+12v；

過(guò)溫檢測(cè)電路：熱敏電阻r2的1腳接+12v，2腳接電阻r6的1腳接u1a的反向輸入端，電阻r6的2腳接電阻r11的2腳接gnd，電阻r11的1腳接+12v，電阻r12的2腳接u1a的同相輸入端；+12v接隔離模塊電路中的+12v，u1a的1腳接主控芯片中u12的44腳；

過(guò)流保護(hù)電路：電阻r17的1腳接pulse_out以及電阻r16的1腳，2腳接gnd以及電阻r18的1腳，電阻r16的2腳與電阻r13的1腳連接到運(yùn)放u2b的反向輸入端，電阻r18的2腳和電阻r21的1腳連接到運(yùn)放u2b的同相輸入端，電阻r21的2腳接gnd，電阻r13的2腳接運(yùn)放u2b的7腳；pulseout接脈沖恒流輸出部分電路中r42的1腳，u2b的7腳接主控芯片中u12的4腳；

da輸出芯片電路：u6的8腳接c29的1腳接+5v，c29的2腳接gnd，6腳是基準(zhǔn)電平引腳，接電容c30的1腳濾波，電容c30的2腳接gnd，u9的芯片8腳接c34的1腳接+5v，電容c34的2腳接gnd，6腳是基準(zhǔn)電平引腳，接c36的1腳電壓濾波，c36的2腳接gnd；da芯片u6的1腳、2腳、3腳、4腳分別接到主控芯片中u12的16腳、15腳、14腳、13腳，7腳接脈沖輸出電路中u5的13腳，u9的1腳、2腳、3腳、4腳分別接主控芯片中u12的21腳、22腳、19腳、18腳，7腳接pwm脈寬調(diào)制芯片中r44的1腳，u6的6腳和u9的6腳接基準(zhǔn)電壓芯片中d14的1腳，+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v；

基準(zhǔn)電壓芯片電路：d14的1腳、3腳接r52的1腳，r52的2腳接+5v，d14的2腳接電容c37的1腳接地，電容c37的2腳接+5v；穩(wěn)壓芯片d14的+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，1腳、3腳連接接輸出芯片電路中u6的6腳和u9的6腳；

脈沖輸出電路：6腳、7腳、8腳、14腳、10腳、11腳接gnd，9腳接上拉電阻r51的1腳，r51的2腳接+15v，1腳、2腳、4腳、5腳、12腳、15腳不接；模擬開關(guān)芯片u5的+15v接u13中u10的+15v，13腳接輸出芯片電路中u6的7腳，9腳接u21中u12的20腳，3腳接脈沖恒流輸出部分電路中的curpulsectl；

穩(wěn)壓電路：防反接二極管d15的1腳連接+24v，2腳連接瞬態(tài)抑制二極管d16的1腳和電解電容c38的1腳，接穩(wěn)壓芯片u10的1腳，穩(wěn)壓芯片u10的3腳接電解電容c39的1腳，輸出+15v；瞬態(tài)抑制二極管d16的2腳和電解電容c38的2腳接gnd；穩(wěn)壓芯片u13的1腳接+15v，3腳輸出+5v，2腳接gnd，電解電容c41的1腳接+15v，2腳接gnd，電解電容c42的1腳接+5v，2腳接gnd；穩(wěn)壓芯片u14的1腳接+5v，3腳輸出+3.3v，2腳接gnd，電解電容c45的1腳接+5v，2腳接gnd，電解電容c46的1腳接+3.3v，2腳接gnd；

pwm脈寬調(diào)制芯片：脈寬調(diào)制芯片u8的1腳接電阻r44的2腳，2腳接電阻r46和電容c31進(jìn)行深度負(fù)反饋，4腳和7腳接gnd，5腳接電容c32的1腳，電容c32的2腳接gnd，6腳接r48的1腳，r48的2腳接gnd；8腳和11腳、12腳連接+15v，接鉭電容c35的1腳，c35的2腳接gnd，16腳接gnd，13腳、14腳、15腳接一起；pwm脈寬調(diào)制芯片u8中r44的1腳daout_0-5v接輸出芯片電路中u9的7腳，2腳接接口電路中p3的5腳，u8的9腳、10腳分別接場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路中u7的r45的1腳和r47的1腳，+15v接穩(wěn)壓電路中u10的+15v；

場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路：u7的2腳接電阻r45的2腳、電阻r50的1腳，電阻r50的2腳接gnd，3腳接電阻r47的2腳、電阻r49的1腳，電阻r49的2腳接gnd，u7的3腳接gnd，6腳接鉭電容c33的1腳，電容c33的2腳接gnd，u7的8腳不接；場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片u7的+15v接穩(wěn)壓電路中u10的+15v，r45的1腳和r47的1腳分別接pwm脈寬調(diào)制芯片中u8的10腳和9腳，u7的5腳和7腳分別接脈沖恒流輸出部分電路中的r30的1腳和r25的1腳；

通訊芯片電路：u11的3腳接電容c40的1腳，c40的2腳接gnd，u11的6腳、7腳跨接電阻r53后連接接插件j3，u11的8腳接gnd，p2的1腳接+5v，3腳接gnd，電容c43的1腳、c44的1腳接gnd，c43的2腳、c44的2腳分別接晶振y1的兩端；can總線芯片u11的1腳、4腳分別接主控芯片中u12的33腳、32腳，p2的2腳、4腳分別接主控芯片中u12的37腳、34腳，xtal1和xtal2分別接主控芯片中u12的5腳、6腳，+5v接穩(wěn)壓電路中u13中+5v，+3.3v接穩(wěn)壓電路中u14的+3.3v；

接口電路：2腳、6腳、8腳接gnd，5腳接電阻r57的1腳，r57的2腳接電阻r59的1腳、電容c48的1腳、r58的1腳，電阻r59的2腳、電容c48的2腳接gnd，電阻r58的2腳接電阻r60的1腳、電容c49的1腳，電阻r60的2腳、電容c49的2腳接gnd；p3的+24v連接外部+24v輸入的+24v輸入，3腳、4腳分別接功率變換電路中的mos_driver_b、mos_driver_a，7腳接脈沖恒流輸出部分電路中的curpulsectl，pa1_vol_fb接主控芯片中u12的11腳；

隔離模塊：u16的14腳接鉭電容c54的1腳，c54的2腳接gnd，u16的9腳接接+5v_2，接鉭電容c55的1腳，c55的2腳接gnd，u16的11腳接gnd_2；隔離模塊u16的+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，+5v_2接485隔離通訊芯片中u17的+5v_2；

485隔離通訊芯片：u17的1腳接電容c56的1腳接+5v，2腳接電容c56的2腳接gnd，8腳接gnd，9腳接gnd_2，11腳和14腳接一起連接電阻r63的1腳，12腳和13腳接一起連接電阻r63的2腳，連接接插件p5，16腳接電容c57的1腳接+5v_2，15腳接電容c57的2腳接gnd_2；485通訊隔離芯片的+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，+5v_2接隔離模塊電源中的+5v_2，gnd_2接隔離模塊電源中的gnd_2，u17的3腳、4腳、5腳、6腳分別接主控芯片中u12的31腳、28腳、29腳、30腳；

緩沖芯片：緩沖芯片u15的2腳、4腳、6腳、8腳接上拉排阻r61，11腳、13腳、15腳、17腳接上拉電阻r62，連接到接插件p4的1腳、3腳、5腳和7腳，u15的12腳、14腳、16腳和18腳分別接到p4的2腳、4腳、6腳和8腳；緩沖芯片u15的2腳、4腳、6腳、8腳分別接主控芯片中u12的46腳、39腳、41腳、42腳，3腳、5腳、7腳、9腳分別接主控芯片中u12的38腳、40腳、43腳、45腳，接插件p4連接圖1中三維平移臺(tái)，+5v接圖13中u13的+5v；

主控芯片：主控芯片采用stm32f103c8t6，主控芯片u12的11腳接電壓反饋檢測(cè)引腳，13腳、14腳、15腳、16腳分別接圖9中u6的各個(gè)控制引腳，28腳、29腳、30腳、31腳分別接圖18中u17的3腳、4腳、5腳、6腳，32腳、33腳分別接圖15中u11的can通信芯片vp230的1腳、4腳，34腳、37腳是程序下載口swdio和swdclk，5腳、6腳接晶振xtal1和xtal2，44腳接r54下拉電阻，7腳接r55上拉電阻，18腳、19腳、21腳、22腳接圖9中u9芯片tlv5616的數(shù)據(jù)引腳，39腳、40腳、41腳、42腳、43腳、45腳、46腳分別接圖19中u15緩沖芯片引腳；

位置控制傳感器接口：位置控制傳感器接口j6的1腳、2腳、3腳、4腳接主控芯片中u12的45腳、43腳、40腳、38腳；

外部+24v輸入：j1為外部+24v供電接口。

本發(fā)明熱像儀先選取目標(biāo)樹枝，識(shí)別到目標(biāo)樹枝后，通過(guò)熱像儀傳輸信息，將圖像信息讀取到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)分析后識(shí)別到目標(biāo)樹枝，通過(guò)三維平移臺(tái)控制聚焦系統(tǒng)進(jìn)行聚焦、微調(diào)，通過(guò)位置限定來(lái)確定當(dāng)前位置信息，如果達(dá)到最大位置，將限定信息返回到控制系統(tǒng)，確認(rèn)好目標(biāo)樹枝后；控制系統(tǒng)調(diào)整激光器電源輸出功率，激光器電源作用到激光器后調(diào)整功率，激光作用到樹枝后，熱像儀讀取激光作用到樹枝后的信息，并將圖像信息返回給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)繼續(xù)分析作用目標(biāo)樹枝后的信息，功率過(guò)小則增大激光輸出功率，功率過(guò)大則減少激光輸出功率；如果位置偏差，則控制系統(tǒng)控制三維平移臺(tái)進(jìn)行聚焦、微調(diào)，同時(shí)改變輸出功率，直至將目標(biāo)樹枝切割完成。

本發(fā)明聚焦步驟：

計(jì)算一階矩中心位置，確定聚焦位置：

系統(tǒng)采用基于圖像一階矩的聚焦窗口選擇算法，以圖像一階矩計(jì)算的重心為中心，然后根據(jù)具體圖像，選取一定的區(qū)域作為下一步聚焦函數(shù)的計(jì)算區(qū)域；其中二值邊緣圖像，重心位置[xc,yc]為：

（1）

其中n---圖像一階矩列數(shù)、m---圖像一階矩行數(shù)、x---索引行、y---索引列，xc---重心的x坐標(biāo)、yc--重心的y坐標(biāo)；

式中，[]表示取整

②選取laplace聚焦函數(shù)為系統(tǒng)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)：

針對(duì)經(jīng)典搜索策略爬山法的缺陷，提出了一種新的改進(jìn)爬山法；空間域聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)公式：

laplace算子函數(shù)

（2）

---一階laplace算子差分；

---聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值；

③對(duì)聚焦平面進(jìn)行搜索，找到聚焦平面為止：

改進(jìn)的爬山法，在搜索聚焦平面時(shí)，采用自適應(yīng)步長(zhǎng)調(diào)整方法，根據(jù)圖像的具體內(nèi)容，首先定義兩個(gè)斜率閾值t1和t2，其中t1<t2，同時(shí)t2≥flef，即大的斜率閾值要大于等于局部極值因子flef；

（1）在初始位置，首先計(jì)算此位置與相鄰位置的斜率kinitial，如果此斜率的絕對(duì)值小于閾值t1，此時(shí)采用大步距搜索；如果斜率的絕對(duì)值小于閾值t2，則采用中步距搜索；如果斜率的絕對(duì)值比t1、t2都要大，此時(shí)采用精搜索策略，小步距搜索；

（2）繼續(xù)搜索，同時(shí)判斷斜率k的絕對(duì)值，根據(jù)斜率的絕對(duì)值與t1、t2的關(guān)系，決定搜索步距的大??；

通過(guò)設(shè)置dmax<ws，可以避免在大步距搜索時(shí)，越過(guò)聚焦平面，使搜索陷入“死循環(huán)”而無(wú)法找到聚焦平面；

通過(guò)設(shè)置兩個(gè)斜率閾值t1、t2，可以加快搜索速度，減少計(jì)算量，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能；

把局部極值因子flef也考慮為搜索過(guò)程中，可以避免把局部極值位置作為焦平面位置，從而避免或者減少誤判斷。

本發(fā)明應(yīng)用于工業(yè)上人工難以企及的位置，能夠準(zhǔn)確快速的實(shí)現(xiàn)定位，清除樹枝。由于本發(fā)明采用了高頻逆變結(jié)構(gòu)，電源體積縮小、重量輕、成本下降，方便攜帶；輸出激光器功率穩(wěn)定并且可以連續(xù)調(diào)節(jié)，線性度好，調(diào)節(jié)的范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高；熱像儀能夠準(zhǔn)確跟蹤定位目標(biāo)樹枝，實(shí)現(xiàn)激光快速跟蹤清除。將激光應(yīng)用于樹枝的切割可以有效避免接觸式切割所受到的空間限制和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的影響，并且有望擺脫目前在樹枝清除裝置必須針對(duì)特定樹種而進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，提供通用的樹枝清除方式，方便樹枝清除技術(shù)的成熟和推廣。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明激光快速跟瞄樹枝清除系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明脈沖恒流輸出部分電路圖；

圖3是本發(fā)明功率變換電路圖；

圖4是本發(fā)明隔離模塊電路圖；

圖5是本發(fā)明加速度陀螺儀傳感器圖；

圖6是本發(fā)明短路保護(hù)電路圖；

圖7是本發(fā)明過(guò)壓保護(hù)電路圖；

圖8是本發(fā)明過(guò)溫檢測(cè)電路圖；

圖9是本發(fā)明過(guò)流保護(hù)電路圖；

圖10是本發(fā)明輸出芯片電路圖；

圖11是本發(fā)明基準(zhǔn)電壓芯片電路圖；

圖12是本發(fā)明脈沖輸出電路圖；

圖13是本發(fā)明穩(wěn)壓電路圖；

圖14是本發(fā)明pwm脈寬調(diào)制芯片圖；

圖15是本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖16是本發(fā)明通訊芯片電路圖；

圖17是本發(fā)明接口電路圖；

圖18是本發(fā)明隔離模塊電源圖；

圖19是本發(fā)明485隔離通訊芯片圖；

圖20是本發(fā)明緩沖芯片電路圖；

圖21是本發(fā)明主控芯片電路圖；

圖22是本發(fā)明位置控制傳感器接口圖；

圖23是本發(fā)明外部+24v輸入圖；

圖24是本發(fā)明激光器結(jié)構(gòu)圖；

圖25是本發(fā)明激光輸出光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)圖；

圖26是本發(fā)明工藝流程圖；

圖27是本發(fā)明自適應(yīng)步長(zhǎng)搜索流程圖；

圖28是本發(fā)明典型聚焦曲線形態(tài)以及曲線中不同區(qū)域的劃分。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如圖1示，包含激光器電源1、激光器2、聚焦系統(tǒng)3、熱像儀5、控制系統(tǒng)4、位置限定6和三維平移臺(tái)7；熱像儀接收目標(biāo)樹枝的成像信息，將成像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)成像信息進(jìn)行分析，分析樹種以及功率消耗信息，之后控制系統(tǒng)與激光器電源進(jìn)行通訊，可以調(diào)節(jié)激光器電源的輸出功率，激光器輸出激光，通過(guò)聚焦系統(tǒng)進(jìn)行聚焦，由于樹枝距離系統(tǒng)位置不確定并且樹種不一樣，所需要的焦距也不一樣，所以需要通過(guò)對(duì)激光進(jìn)行聚焦。

熱像儀與控制系統(tǒng)連接，熱像儀將采集圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行分析后，判定是否達(dá)到預(yù)定目標(biāo)；

控制系統(tǒng)連接三維平移臺(tái)，三維平移臺(tái)控制聚焦系統(tǒng)的位置；

控制系統(tǒng)與激光器電源的連接關(guān)系：

圖2是脈沖恒流輸出部分，控制端為curpulsectl，脈沖信號(hào)輸入此引腳，然后進(jìn)行互導(dǎo)放大后輸出電流信號(hào)，d12即為ld（laserdiode）負(fù)載。圖23中11為激光器高壓端，12為觸發(fā)電路，即為圖2，脈沖信號(hào)輸入到curpulsectl，控制圖23中8脈沖氙燈工作，脈沖氙燈泵浦激光器工作，實(shí)現(xiàn)激光振蕩輸出。

圖3為功率變換端，將低壓信號(hào)進(jìn)行逆變輸出高壓信號(hào)，供給到脈沖恒流輸出的高壓端，同時(shí)作為脈沖氙燈8的高壓端；

圖4為電壓變換模塊，將直流電壓變換成正負(fù)壓信號(hào)，給所有負(fù)電源運(yùn)放供電；

圖6、圖7、圖8、圖9均為電源里邊的保護(hù)電路，保護(hù)電路的正常運(yùn)行。

圖10中u6的7腳為直流電壓輸出端，連接到圖12中u5的13腳，控制系統(tǒng)通過(guò)控制u5的電平信號(hào)調(diào)整3腳輸出脈沖信號(hào)；u9的7腳為電壓輸出，連接到圖14中u8的1腳，控制9腳、10腳的pwm值，從而控制圖15中u7的5腳、7腳輸出脈寬，控制圖3中r25和r30，調(diào)節(jié)輸出c13兩端高壓。

激光器電源與激光器、聚焦系統(tǒng)的連接關(guān)系：

圖23為激光器和聚焦系統(tǒng)的組合，11為激光器高壓端為氙燈提供高壓信號(hào)，12為觸發(fā)電路端，脈沖信號(hào)觸發(fā)使氙燈工作。具體激光器工作見圖23中詳細(xì)說(shuō)明。

激光器2和聚焦系統(tǒng)3與三維平移臺(tái)7、控制系統(tǒng)4與三維平移臺(tái)7、控制系統(tǒng)與位置限定6的連接關(guān)系：

激光器和聚焦系統(tǒng)整體組合固定在三維平移臺(tái)7上，控制系統(tǒng)通過(guò)控制三維平移臺(tái)，實(shí)現(xiàn)激光輸出的位置調(diào)整，以及進(jìn)行焦距調(diào)整。圖5中陀螺儀模塊采集偏移角度信息輸出給控制系統(tǒng)、位置限定22限定移動(dòng)的最大位置輸出給控制系統(tǒng)，外接傳感器輸出信號(hào)后，控制系統(tǒng)進(jìn)行判定是否為最大位置。

圖20為控制系統(tǒng)與三維平移臺(tái)7連接圖，控制系統(tǒng)通過(guò)圖20中r62調(diào)節(jié)通過(guò)u15的控制信號(hào)，控制三維平移臺(tái)7位置信息，調(diào)整激光器輸出點(diǎn)的位置。

控制系統(tǒng)與熱像儀的連接關(guān)系：

熱像儀將圖像信息通過(guò)圖16和圖19通訊電路傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)進(jìn)行圖像識(shí)別，是否為目標(biāo)樹木，如果是目標(biāo)樹木，調(diào)整三維平移臺(tái)，進(jìn)行焦距調(diào)整，調(diào)整合適焦距后，發(fā)射激光；熱像儀識(shí)別激光作用到樹木后的信息，然后調(diào)整激光功率，繼續(xù)發(fā)射激光或者關(guān)閉激光。

其中激光器電源1包括脈沖恒流輸出部分電路、功率變換電路、隔離模塊電路、短路保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)溫檢測(cè)電路、過(guò)流保護(hù)電路；控制系統(tǒng)4包括加速度陀螺儀傳感器、輸出芯片電路、基準(zhǔn)電壓芯片電路、脈沖輸出電路、穩(wěn)壓電路、pwm脈寬調(diào)制芯片、場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路、通訊芯片電路、接口電路、隔離模塊電源、485隔離通訊芯片、緩沖芯片電路、主控芯片；位置限定6包括位置控制傳感器接口；激光器2采用的是以固體材料為工作物質(zhì)的固體激光器；

脈沖恒流輸出部分電路：見圖2，電阻r33的1腳連接脈沖信號(hào)curpulsectl，2腳連接電阻r34的1腳和電阻r38的1腳，構(gòu)成分壓，電阻r38的2腳接地，電阻r34的2腳接入運(yùn)放u4a的3腳，經(jīng)過(guò)同相輸入端輸入脈沖信號(hào)，運(yùn)放u4a反向輸入端連接電阻r40的1腳和電阻r43的1腳構(gòu)成分壓，電阻r43的2腳接地，電阻r40的2腳接運(yùn)放u4a的1腳，運(yùn)放u4a的1腳輸出連接電阻r35的1腳，電阻r35的2腳連接運(yùn)放u4b的同相輸入端5腳，u4b的7腳輸出接電阻r36的1腳，經(jīng)過(guò)npn三極管q3和pnp三極管q5構(gòu)成的圖騰柱推挽輸出，電阻r37的1腳連接瞬態(tài)抑制二極管d13的1腳和電阻r39的1腳，加載到絕緣柵雙極晶體管q4的柵極，q4漏極連接接插件j3的2腳和反向抑制二極管d11的陽(yáng)極，以及無(wú)極性電容c24的1腳，電阻r32的1腳和電容c24的2腳連接，電阻r32的2腳和接插件j3的1腳、以及d11陰極連接到+160v，絕緣柵雙極晶體管q4源極連接到采樣電阻r42的1腳，以及反饋電阻r41的1腳和反饋電容c25的1腳，反饋電阻r41的2腳和反饋電容c25的2腳連接到運(yùn)放u4b的反向輸入端6腳；接插件j3連接激光器中激光電源（11），+160v連接功率變換電路中的+160v輸出，curpulsectl連接脈沖輸出電路中u5的3腳，+12v連接隔離模塊電路中的+12v，-12v連接隔離模塊電路中的-12v；

實(shí)現(xiàn)恒流輸出，電阻r33一端連接脈沖信號(hào)curpulsectl，另一端連接電阻r34和電阻r38，構(gòu)成分壓，電阻r38另一端接地，電阻r34接入運(yùn)放u4a的3腳同相輸入端輸入脈沖信號(hào)，運(yùn)放u4a反向輸入端連接電阻r40和電阻r43構(gòu)成分壓，運(yùn)放u4a輸出連接r35，電阻r35另一端連接運(yùn)放u4b的同相輸入端，u4b輸出接電阻r36，經(jīng)過(guò)q3和q5構(gòu)成的圖騰柱推挽輸出，電阻r37連接瞬態(tài)抑制二極管d13和電阻r39，加載到絕緣柵雙極晶體管q4柵極，q4漏極連接d12陰極和反向抑制二極管d11，以及濾波電容c24，r32和d12陽(yáng)極、以及d11陰極連接到電源上，q4源極連接到采樣電阻r42，以及反饋電阻r41和反饋電容c25。核心電路部分采用了一個(gè)互導(dǎo)放大器u4a和u4b，前級(jí)運(yùn)放u4a將輸入來(lái)的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行衰減，然后進(jìn)行可調(diào)放大。后級(jí)運(yùn)放u4b通過(guò)采樣輸出電流進(jìn)行反饋，然后控制柵極電壓來(lái)做到恒流輸出。取樣電阻r42采用功率無(wú)感取樣電阻，阻值為0.02歐姆。q4柵極加上一個(gè)下拉電阻進(jìn)行電平鉗位，為了防止開機(jī)瞬間產(chǎn)生的尖脈沖燒毀激光管。接插件j3連接圖23中11，+160v連接圖3中的+160v輸出，curpulsectl連接圖12中u5的3腳，+12v連接圖4中的+12v，-12v連接圖4中的-12v。

功率變換電路：兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)mos_driver_a和mos_driver_b經(jīng)過(guò)肖特基二極管d6的1腳和d10的1腳，肖特基二極管d6的2腳和肖特基二極管d10的2腳接地，連接電阻r25的1腳和電阻r30的1腳，電阻r25的2腳和電阻r30的2腳分別連接下拉電阻r26的1腳和電阻r31的1腳，分別連接n型mos管q1的柵極和n型mos管q2的柵極，電阻r26的2腳和電阻r31的2腳接gnd，n型mos管q1漏極和n型mos管q2漏極分別連接肖特基二極管d5的1腳和肖特基二極管d9的1腳，經(jīng)過(guò)電阻r24和c17、r29和c22組成的濾波電路，肖特基二極管d5的2腳和肖特基二極管d9的2腳接gnd，變壓器t1采用推挽結(jié)構(gòu)，電解電容c9、c10、c19、c20以及獨(dú)石電容c21、c11進(jìn)行電源濾波，電容c12和電阻r27進(jìn)行電路逆變后濾波，電阻r23、電容c16以及電阻r28、電容c18組成rc濾波電路，肖特基二極管d3、d4、d7、d8組成全橋整流電路，電容c14、c15和電感l(wèi)1組成π型濾波，電解電容c13進(jìn)行電源濾波；+24v連接外部+24v輸入電路中的+24v外部輸入，mos_driver_b連接場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路中u7的5腳，mos_driver_a連接場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路中u7的6腳，+160v連接脈沖恒流輸出部分電路中的+160v；

兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)二極管d6和d10，連接電阻r25和r30，分別經(jīng)過(guò)下拉電阻r26和r31，分別連接mos管q1和q2，mos管漏極分別連接d5和d9，經(jīng)過(guò)r24和c17、r29和c22組成的濾波電路，變壓器采用推挽結(jié)構(gòu)，c11、c9、c10、c21、c19、c20進(jìn)行電源濾波，c12和r27進(jìn)行逆變后濾波，r23、c16和r28、c18組成rc濾波電路，d3、d4、d7、d8組成全橋整流電路，電容c14、c15和電感l(wèi)1組成π型濾波，c13進(jìn)行電源濾波。相對(duì)于boost升壓結(jié)構(gòu)，單管承受的壓降較大，電容與電感的匹配需要協(xié)調(diào)，且在負(fù)荷大時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸出電容儲(chǔ)能不足，影響ld所需的電流。采用推挽結(jié)構(gòu)，能工作在較大的功率輸出場(chǎng)合?？刂撇糠州敵龅尿?qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)對(duì)稱的mos管，在mos管的漏極加lcd濾波，能較好的濾除因?yàn)樽儔浩骼@線不均引起的尖峰。另外，變壓器的供電采用均壓方式，這種方式供電，可以有效避免因?yàn)楣╇姴痪鸬膯蝹?cè)偏壓嚴(yán)重現(xiàn)象。在變壓器的次級(jí)，采用rc濾波，采用fr快恢復(fù)二極管，降低管上因?yàn)榛謴?fù)時(shí)間的損耗，在二極管兩側(cè)加rc吸收尖峰，使輸出電壓更為平滑，整流完成，采用π型濾波，輸出端加兩個(gè)儲(chǔ)能電容。

變壓器作為逆變部分的核心部件，有著重要的地位，變壓器的參數(shù)與質(zhì)量必須要保證，由于變壓器沒(méi)買到對(duì)應(yīng)型號(hào)的，變壓器是按照設(shè)定的參數(shù)纏繞的。采用典型的三明治繞法，在開始繞線前和兩層線之間采用瑪拉膠帶進(jìn)行絕緣，不僅能夠防止導(dǎo)線打滑，也可以使繞線更加密集，從而減少漏感。+24v連接圖23中的+24v外部輸入，mos_driver_b連接圖15中u7的5腳，mos_driver_a連接圖15中u7的6腳，+160v連接圖2中的+160v。

隔離模塊電路：鉭電容c6的1腳接+24v，2腳接gnd進(jìn)行電源濾波，+24v經(jīng)過(guò)隔離模塊u3得到正電壓+12v和負(fù)電壓-12v，鉭電容c4的1腳、c7的2腳接gnd，獨(dú)石電容c5的1腳、c8的1腳接gnd，鉭電容c4的2腳和電容c5的2腳接-12v，鉭電容c7的1腳和電容c8的2腳接+12v；+24v連接外部+24v輸入電路中+24v外部輸入，-12v連接脈沖恒流輸出部分電路中-12v，+12v連接脈沖恒流輸出部分電路中的+12v；

從而保證運(yùn)放在直流小信號(hào)輸入時(shí)，仍然能夠正常工作。+24v連接圖23中+24v外部輸入，-12v連接圖2中-12v，+12v連接圖2中的+12v，

經(jīng)過(guò)隔離模塊得到正負(fù)電壓，c4、c5、c7、c8輸出濾波給運(yùn)放供電，從而保證運(yùn)放在直流小信號(hào)輸入時(shí)，仍然能夠正常工作。但此模塊的輸出功率較小，對(duì)于運(yùn)放供電可以滿足，但再有其它模塊需要正負(fù)電源時(shí)，則要考慮模塊并接或者更換模塊，注意模塊輸入輸出要增加濾波電容，減少紋波。

加速度陀螺儀傳感器：u18的1腳接c58的1腳接gnd，8腳接c58的2腳接+3.3v，10腳接c60的1腳，11腳接c60的2腳接gnd，13腳接c61的1腳接+3.3v，c61的2腳接gnd，18腳接c59的1腳接gnd，20腳接c59的2腳，19腳、21腳、22腳不接；加速度陀螺儀傳感器u18的6腳xda、7腳xcl、9腳ad0和12腳int分別接主控芯片中u12的25腳xda、26腳xcl、27腳ad0和17腳int，+3.3v接穩(wěn)壓電路中u14的+3.3v，+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，u18的23腳scl、24腳sda接主控芯片中u12的12腳scl、10腳sda，u18的23腳、24腳分別接上拉電阻r66和r65到+3.3v；加速度陀螺儀傳感器u18的1腳和8腳連接c58，10腳和11腳連接c60，23腳和24腳分別接上拉電阻，20腳和18腳接濾波電容，13腳連接濾波電容c61。加速度陀螺儀傳感器u18的6腳xda、7腳xcl、9腳ad0和12腳int分別接圖21中u12的25腳xda、26腳xcl、27腳ad0和17腳int，+3.3v接圖13中u14的+3.3v，+5v接圖13中u13的+5v，u18的23腳scl、24腳sda接圖21中u12的12腳scl、10腳sda，u18的23腳、24腳分別接上拉電阻r66和r65到+3.3v。

短路保護(hù)電路：電阻r4的2腳、r3的1腳和電容c2的1腳連接，電容c2的2腳、電阻r3的2腳接gnd，電阻r7的2腳、r9的1腳和電容c3的1腳連接，電阻r9的2腳、電容c3的2腳接gnd，電阻r5的1腳、r1的1腳和電容c1的1腳連接到u1b的反向輸入端，電阻r10的1腳、r8的1腳連接到u1b的同相輸入端，電阻r1的2腳、電容c1的2腳連接到u1b的7腳，穩(wěn)壓二極管d1對(duì)信號(hào)鉗位；j3與脈沖恒流輸出部分電路中j3連接，u1b的輸出7腳接主控芯片中u12的2腳；

電阻r4、r3和電容c2組成反相放大信號(hào)衰減，電阻r7、r9和電容c3組成同相放大信號(hào)衰減，r5、r8、r1、r10和運(yùn)放u1b組成差分放大電路，c1實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償反饋，d1對(duì)信號(hào)鉗位。當(dāng)net1和net2信號(hào)沒(méi)有壓差，電路即存在短路，通過(guò)判定protect1輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電路短路保護(hù)。j3與圖2中j3連接，u1b的輸出7腳接圖21中u12的2腳。

過(guò)壓保護(hù)電路：電阻r14的1腳接+160v，2腳接r15的1腳和u2a的反向輸入端，r15的2腳接gnd，通過(guò)電阻r20連接到u2a的同相輸入端；+160v連接功率變換電路中的+160v，u2a的1腳連接主控芯片中u12的3腳，+12v接隔離模塊電路的+12v；

r14和r15對(duì)hv信號(hào)衰減，輸入到運(yùn)放u2a反相輸入端，電位器r19和電阻r20組成基準(zhǔn)電壓信號(hào)，可以調(diào)節(jié)過(guò)壓保護(hù)閾值，通過(guò)判定protect2狀態(tài)值，對(duì)電路進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。+160v連接圖3中的+160v，u2a的1腳連接圖21中u12的3腳，+12v接圖4的+12v。

過(guò)溫檢測(cè)電路：熱敏電阻r2的1腳接+12v，2腳接電阻r6的1腳接u1a的反向輸入端，電阻r6的2腳接電阻r11的2腳接gnd，電阻r11的1腳接+12v，電阻r12的2腳接u1a的同相輸入端；+12v接隔離模塊電路中的+12v，u1a的1腳接主控芯片中u12的44腳；

熱敏電阻r2連接電源和電阻r6，電阻r6電位器r11以及電阻r12，與運(yùn)放u1a組成過(guò)溫檢測(cè)電路，通過(guò)讀取protect4狀態(tài)值，判斷是否過(guò)溫。+12v接圖4中的+12v，u1a的1腳接圖21中u12的44腳。

過(guò)流保護(hù)電路：電阻r17的1腳接pulse_out以及電阻r16的1腳，2腳接gnd以及電阻r18的1腳，電阻r16的2腳與電阻r13的1腳連接到運(yùn)放u2b的反向輸入端，電阻r18的2腳和電阻r21的1腳連接到運(yùn)放u2b的同相輸入端，電阻r21的2腳接gnd，電阻r13的2腳接運(yùn)放u2b的7腳；pulseout接脈沖恒流輸出部分電路中r42的1腳，u2b的7腳接主控芯片中u12的4腳；

電流采樣電阻r17采集流過(guò)的電流，電阻r16、r13、r18、r21和運(yùn)放u2b組成差分結(jié)構(gòu)，采集r17兩端電壓差，通過(guò)判定protect3的狀態(tài)值，獲知是否過(guò)流保護(hù)。pulseout接圖2中r42的1腳，u2b的7腳接圖21中u12的4腳。

da輸出芯片電路：u6的8腳接c29的1腳接+5v，c29的2腳接gnd，6腳是基準(zhǔn)電平引腳，接電容c30的1腳濾波，電容c30的2腳接gnd，u9的芯片8腳接c34的1腳接+5v，電容c34的2腳接gnd，6腳是基準(zhǔn)電平引腳，接c36的1腳電壓濾波，c36的2腳接gnd；da芯片u6的1腳、2腳、3腳、4腳分別接到主控芯片中u12的16腳、15腳、14腳、13腳，7腳接脈沖輸出電路中u5的13腳，u9的1腳、2腳、3腳、4腳分別接主控芯片中u12的21腳、22腳、19腳、18腳，7腳接pwm脈寬調(diào)制芯片中r44的1腳，u6的6腳和u9的6腳接基準(zhǔn)電壓芯片中d14的1腳，+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v；

芯片u6的1-4腳分別接數(shù)據(jù)引腳，8腳接c29電源濾波，6腳是基準(zhǔn)電平引腳，接c30電壓濾波，7腳輸出脈沖信號(hào)，接到圖12中u5的13腳，芯片u9的1-4腳分別接數(shù)據(jù)引腳，8腳接c34電源濾波，6腳是基準(zhǔn)電平引腳，接c36電壓濾波，7腳輸出直流電壓信號(hào)，接到圖14中u8的2腳。da芯片u6的1腳、2腳、3腳、4腳分別接到圖21中u12的16腳、15腳、14腳、13腳，7腳接圖12中u5的13腳，u9的1腳、2腳、3腳、4腳分別接圖21中u12的21腳、22腳、19腳、18腳，7腳接圖14中r44的1腳，u6的6腳和u9的6腳接圖11中d14的1腳，+5v接圖13中u13的+5v。

基準(zhǔn)電壓芯片電路：d14的1腳、3腳接r52的1腳，r52的2腳接+5v，d14的2腳接電容c37的1腳接地，電容c37的2腳接+5v；穩(wěn)壓芯片d14的+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，1腳、3腳連接接輸出芯片電路中u6的6腳和u9的6腳；

d14為基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片，接r52后輸出基準(zhǔn)電壓ref，接圖9中u9和u6的6腳，d14中a腳接c37濾波。穩(wěn)壓芯片d14的+5v接圖13中u13的+5v，1腳、3腳連接接圖10中u6的6腳和u9的6腳。

脈沖輸出電路：6腳、7腳、8腳、14腳、10腳、11腳接gnd，9腳接上拉電阻r51的1腳，r51的2腳接+15v，1腳、2腳、4腳、5腳、12腳、15腳不接；模擬開關(guān)芯片u5的+15v接u13中u10的+15v，13腳接輸出芯片電路中u6的7腳，9腳接u21中u12的20腳，3腳接脈沖恒流輸出部分電路中的curpulsectl；

u5為模擬開關(guān)，16腳接c28濾波，13腳接圖9中u6的7腳，9腳接r51上拉電阻，通過(guò)控制pxx_cd4051_a電平，可以調(diào)節(jié)3腳脈寬輸出。模擬開關(guān)芯片u5的+15v接u13中u10的+15v，13腳接圖10中u6的7腳，9腳接u21中u12的20腳，3腳接圖2中的curpulsectl。

穩(wěn)壓電路：防反接二極管d15的1腳連接+24v，2腳連接瞬態(tài)抑制二極管d16的1腳和電解電容c38的1腳，接穩(wěn)壓芯片u10的1腳，穩(wěn)壓芯片u10的3腳接電解電容c39的1腳，輸出+15v；瞬態(tài)抑制二極管d16的2腳和電解電容c38的2腳接gnd；穩(wěn)壓芯片u13的1腳接+15v，3腳輸出+5v，2腳接gnd，電解電容c41的1腳接+15v，2腳接gnd，電解電容c42的1腳接+5v，2腳接gnd；穩(wěn)壓芯片u14的1腳接+5v，3腳輸出+3.3v，2腳接gnd，電解電容c45的1腳接+5v，2腳接gnd，電解電容c46的1腳接+3.3v，2腳接gnd；

防反接二極管d15連接瞬態(tài)抑制二極管d16和濾波電容c38，接電源芯片u10，3腳接濾波電容c39，輸出穩(wěn)壓。u13穩(wěn)壓，c41和c42作為電源濾波電容。u14穩(wěn)壓，c45和c46作為電源濾波電容。穩(wěn)壓芯片u10的+24v接圖23中j1的+24v，+15v連接u13的+15v，u13的+5v連接u14的+5v。

pwm脈寬調(diào)制芯片：脈寬調(diào)制芯片u8的1腳接電阻r44的2腳，2腳接電阻r46和電容c31進(jìn)行深度負(fù)反饋，4腳和7腳接gnd，5腳接電容c32的1腳，電容c32的2腳接gnd，6腳接r48的1腳，r48的2腳接gnd；8腳和11腳、12腳連接+15v，接鉭電容c35的1腳，c35的2腳接gnd，16腳接gnd，13腳、14腳、15腳接一起；pwm脈寬調(diào)制芯片u8中r44的1腳daout_0-5v接輸出芯片電路中u9的7腳，2腳接接口電路中p3的5腳，u8的9腳、10腳分別接場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路中u7的r45的1腳和r47的1腳，+15v接穩(wěn)壓電路中u10的+15v；

脈寬調(diào)制芯片u8的1腳接電阻r44，2腳接電阻r46和電容c31進(jìn)行深度負(fù)反饋，4腳和7腳接地，5腳接c32振蕩電容引腳，6腳接r48振蕩電阻引腳。8腳和11腳、12腳連接到一起，9腳和10腳輸出2路pwm信號(hào)，分別接到圖14中的電阻r45和r47。pwm脈寬調(diào)制芯片u8中r44的1腳daout_0-5v接圖10中u9的7腳，2腳接圖17中p3的5腳，u8的9腳、10腳分別接圖15中u7的r45的1腳和r47的1腳，+15v接圖13中u10的+15v。

場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路：u7的2腳接電阻r45的2腳、電阻r50的1腳，電阻r50的2腳接gnd，3腳接電阻r47的2腳、電阻r49的1腳，電阻r49的2腳接gnd，u7的3腳接gnd，6腳接鉭電容c33的1腳，電容c33的2腳接gnd，u7的8腳不接；場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片u7的+15v接穩(wěn)壓電路中u10的+15v，r45的1腳和r47的1腳分別接pwm脈寬調(diào)制芯片中u8的10腳和9腳，u7的5腳和7腳分別接脈沖恒流輸出部分電路中的r30的1腳和r25的1腳；

u7為場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片，r45和r47接到圖13中的9腳和10腳，分別接r49和r50作為下拉電阻，u7作為場(chǎng)效應(yīng)管專用芯片，起到增大驅(qū)動(dòng)電流作用，6腳接電源+15v，并接電容c33濾波。場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片u7的+15v接圖13中u10的+15v，r45的1腳和r47的1腳分別接圖14中u8的10腳和9腳，u7的5腳和7腳分別接圖2中的r30的1腳和r25的1腳。

通訊芯片電路：u11的3腳接電容c40的1腳，c40的2腳接gnd，u11的6腳、7腳跨接電阻r53后連接接插件j3，u11的8腳接gnd，p2的1腳接+5v，3腳接gnd，電容c43的1腳、c44的1腳接gnd，c43的2腳、c44的2腳分別接晶振y1的兩端；can總線芯片u11的1腳、4腳分別接主控芯片中u12的33腳、32腳，p2的2腳、4腳分別接主控芯片中u12的37腳、34腳，xtal1和xtal2分別接主控芯片中u12的5腳、6腳，+5v接穩(wěn)壓電路中u13中+5v，+3.3v接穩(wěn)壓電路中u14的+3.3v；

u11是can總線芯片，3腳接電容c40電源濾波，6腳和7腳接匹配電阻r53，接插件p2是程序下載接口，晶振y1接振蕩電容c43和c44。can總線芯片u11的1腳、4腳分別接圖21中u12的33腳、32腳，p2的2腳、4腳分別接圖21中u12的37腳、34腳，xtal1和xtal2分別接圖21中u12的5腳、6腳，+5v接圖13中u13中+5v，+3.3v接圖13中u14的+3.3v。

接口電路：2腳、6腳、8腳接gnd，5腳接電阻r57的1腳，r57的2腳接電阻r59的1腳、電容c48的1腳、r58的1腳，電阻r59的2腳、電容c48的2腳接gnd，電阻r58的2腳接電阻r60的1腳、電容c49的1腳，電阻r60的2腳、電容c49的2腳接gnd；p3的+24v連接外部+24v輸入的+24v輸入，3腳、4腳分別接功率變換電路中的mos_driver_b、mos_driver_a，7腳接脈沖恒流輸出部分電路中的curpulsectl，pa1_vol_fb接主控芯片中u12的11腳；

接口p3第5腳接電阻r57和r59進(jìn)行衰減，電容c48進(jìn)行濾波，接到r58、r60和c49構(gòu)成rc濾波。1腳接電源，2腳、6腳、8腳接gnd，3腳、4腳分別接驅(qū)動(dòng)信號(hào)mos_driver_b和mos_driver_a，7腳接脈沖輸出腳。p3的+24v連接圖23的+24v輸入，3腳、4腳分別接圖3中的mos_driver_b、mos_driver_a，7腳接圖2中的curpulsectl，pa1_vol_fb接圖21中u12的11腳。

隔離模塊：u16的14腳接鉭電容c54的1腳，c54的2腳接gnd，u16的9腳接接+5v_2，接鉭電容c55的1腳，c55的2腳接gnd，u16的11腳接gnd_2；隔離模塊u16的+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，+5v_2接485隔離通訊芯片中u17的+5v_2；

隔離電源模塊u16的14腳接電容c54，1腳接gnd，9腳接電容c55輸出，11腳接輸出gnd。隔離模塊u16的+5v接圖13中u13的+5v，+5v_2接圖19中u17的+5v_2。

485隔離通訊芯片：u17的1腳接電容c56的1腳接+5v，2腳接電容c56的2腳接gnd，8腳接gnd，9腳接gnd_2，11腳和14腳接一起連接電阻r63的1腳，12腳和13腳接一起連接電阻r63的2腳，連接接插件p5，16腳接電容c57的1腳接+5v_2，15腳接電容c57的2腳接gnd_2；485通訊隔離芯片的+5v接穩(wěn)壓電路中u13的+5v，+5v_2接隔離模塊電源中的+5v_2，gnd_2接隔離模塊電源中的gnd_2，u17的3腳、4腳、5腳、6腳分別接主控芯片中u12的31腳、28腳、29腳、30腳；

485通訊芯片1腳、2腳接電容c56，3-6腳接排阻r64，8腳接gnd，16腳和15腳接電容c57兩端，9腳接隔離電源gnd，引腳12腳、13腳和11腳、14腳分別接電阻r63兩端進(jìn)行電阻匹配，接到通訊接口p5兩端。485通訊隔離芯片的+5v接圖13中u13的+5v，+5v_2接圖18中的+5v_2，gnd_2接圖18中的gnd_2，u17的3腳、4腳、5腳、6腳分別接圖21中u12的31腳、28腳、29腳、30腳。

緩沖芯片：緩沖芯片u15的2腳、4腳、6腳、8腳接上拉排阻r61，11腳、13腳、15腳、17腳接上拉電阻r62，連接到接插件p4的1腳、3腳、5腳和7腳，u15的12腳、14腳、16腳和18腳分別接到p4的2腳、4腳、6腳和8腳；緩沖芯片u15的2腳、4腳、6腳、8腳分別接主控芯片中u12的46腳、39腳、41腳、42腳，3腳、5腳、7腳、9腳分別接主控芯片中u12的38腳、40腳、43腳、45腳，接插件p4連接圖1中三維平移臺(tái)，+5v接圖13中u13的+5v；

緩沖芯片u15的2腳、4腳、6腳、8腳接排阻r61，11腳、13腳、15腳、17腳接上拉電阻r62，連接到接插件p4的1腳、3腳、5腳和7腳，u15的12腳、14腳、16腳和18腳分別接到p4的2腳、4腳、6腳和8腳。緩沖芯片u15的2腳、4腳、6腳、8腳分別接圖21中u12的46腳、39腳、41腳、42腳，3腳、5腳、7腳、9腳分別接圖21中u12的38腳、40腳、43腳、45腳，接插件p4連接圖1中三維平移臺(tái)，+5v接圖13中u13的+5v。

主控芯片：主控芯片采用stm32f103c8t6，主控芯片u12的11腳接電壓反饋檢測(cè)引腳，13腳、14腳、15腳、16腳分別接圖9中u6的各個(gè)控制引腳，28腳、29腳、30腳、31腳分別接圖18中u17的3腳、4腳、5腳、6腳，32腳、33腳分別接圖15中u11的can通信芯片vp230的1腳、4腳，34腳、37腳是程序下載口swdio和swdclk，5腳、6腳接晶振xtal1和xtal2，44腳接r54下拉電阻，7腳接r55上拉電阻，18腳、19腳、21腳、22腳接圖9中u9芯片tlv5616的數(shù)據(jù)引腳，39腳、40腳、41腳、42腳、43腳、45腳、46腳分別接圖19中u15緩沖芯片引腳；其中引腳標(biāo)號(hào)相同即為電路連接引腳。

位置控制傳感器接口：位置控制傳感器接口j6的1腳、2腳、3腳、4腳接主控芯片中u12的45腳、43腳、40腳、38腳；j6為位置控制傳感器接口，外接接近開關(guān)傳感器，當(dāng)達(dá)到限定位置時(shí)，傳感器輸出高電平信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)接收信號(hào)后，判定是否達(dá)到限定位置。

外部+24v輸入：j1為外部+24v供電接口。

本發(fā)明采用的是以固體材料為工作物質(zhì)的固體激光器。以脈沖氙燈8為光泵浦源。固體激光發(fā)生器由全反射鏡1、工作物質(zhì)2、聚光腔3、部分反射鏡4、雙膠合透鏡5、彎月透鏡6、濾光片7、脈沖氙燈8、儲(chǔ)能電容9、光學(xué)諧振腔10、激光電源11、觸發(fā)電路12等幾部分組成。

工作物質(zhì)2是激光器的核心。本機(jī)采用的工作物質(zhì)是nd3+:yag，簡(jiǎn)稱yag，中文名稱是“摻雜nd3+離子的釔鋁石榴石晶體”。這種人造晶體的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期很長(zhǎng)，價(jià)格十分昂貴，對(duì)它應(yīng)該特別注意。

脈沖氙燈8為工作物質(zhì)產(chǎn)生激光提供光能。在激光電源的激勵(lì)下發(fā)出強(qiáng)烈的弧光，激勵(lì)激光工作物質(zhì)。

聚光腔3的作用是將脈沖氙燈輻射的光能有效均勻地匯聚到工作物質(zhì)2上，以獲得更高的泵浦效率。本機(jī)采用的是陶瓷反射體、漫反射緊耦合結(jié)構(gòu)的聚光腔。

光學(xué)諧振腔10是激光器的重要部分，由針對(duì)1.064μm單一波長(zhǎng)的全反鏡(r>99.7%)和部分反射鏡(t=70%)組成。工作物質(zhì)2在脈沖氙燈8作用下產(chǎn)生的受激輻射光，通過(guò)反饋在兩個(gè)鏡片間形成放大與振蕩，并由部分反射鏡4輸出。

冷卻與濾光系統(tǒng)是固體激光器中必不可少的輔助裝置，在固體激光器中，由于激光的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，輸入脈沖燈中的能量只有很小一部分轉(zhuǎn)化為激光能量，其余均轉(zhuǎn)化為熱的形式沉積在燈、棒和聚光腔上，冷卻的作用就是帶走激光器中的多余熱量，防止內(nèi)部元件溫升過(guò)高，濾光的作用是減小泵浦燈中強(qiáng)烈的紫外輻射對(duì)工作物質(zhì)的有害影響。

濾光片7的作用是濾除一部分噪聲；聚焦透鏡組的作用是將輸出激光聚焦。透鏡組采用雙膠合透鏡5和彎月透鏡6，在光學(xué)設(shè)計(jì)中，像差指由于透鏡材料的特性或折射（或反射）表面的幾何形狀引起的實(shí)際像與理想像的偏差。理想像是理想光學(xué)系統(tǒng)所成的像。在實(shí)際應(yīng)用中，需要一定大小的成像空間或光束孔徑，同時(shí)還由于成像光束多是由不同顏色的光組成的，同一介質(zhì)的折射率隨顏色而異。因此實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像具有一系列缺陷，即像差。雙膠合物鏡5由一正透鏡和一負(fù)透鏡膠合而成（正負(fù)透鏡應(yīng)用于不同種類的光學(xué)玻璃），正負(fù)透鏡膠合面兩個(gè)球面半徑相等。由于彎月透鏡6適當(dāng)?shù)暮穸瓤梢宰韵?，為了進(jìn)一步減少色差，在濾光片7前面加上彎月透鏡6。濾光片7是塑料或者玻璃片加入特種染料做成，通過(guò)加入不同材質(zhì)選擇性通過(guò)光，盡量減少環(huán)境光的干擾。

在放置雙膠合透鏡5和彎月透鏡6構(gòu)成的透鏡組時(shí)，要使它的焦點(diǎn)落在樹枝上，即透鏡組和樹木的距離為焦距fr。輸出激光經(jīng)過(guò)透鏡組后形成一個(gè)光斑信號(hào)，它應(yīng)該全部落在目標(biāo)位置上。

本發(fā)明熱像儀5先選取目標(biāo)樹枝，識(shí)別到目標(biāo)樹枝后，通過(guò)熱像儀5傳輸信息，將圖像信息讀取到控制系統(tǒng)4中，控制系統(tǒng)4分析后識(shí)別到目標(biāo)樹枝，通過(guò)三維平移臺(tái)7控制聚焦系統(tǒng)進(jìn)行聚焦、微調(diào)，通過(guò)位置限定6來(lái)確定當(dāng)前位置信息，如果達(dá)到最大位置，將限定信息返回到控制系統(tǒng)，確認(rèn)好目標(biāo)樹枝后；控制系統(tǒng)4調(diào)整激光器電源1輸出功率，激光器電源1作用到激光器2后調(diào)整功率，激光作用到樹枝后，熱像儀5讀取激光作用到樹枝后的信息，并將圖像信息返回給控制系統(tǒng)4，控制系統(tǒng)4繼續(xù)分析作用目標(biāo)樹枝后的信息，功率過(guò)小則增大激光輸出功率，功率過(guò)大則減少激光輸出功率；如果位置偏差，則控制系統(tǒng)4控制三維平移臺(tái)7進(jìn)行聚焦、微調(diào)，同時(shí)改變輸出功率，直至將目標(biāo)樹枝切割完成。激光作用樹枝的過(guò)程中，一個(gè)很重要的過(guò)程就是聚焦，在聚焦時(shí)，按照一定的聚焦策略來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下為聚焦實(shí)施方式。

本發(fā)明聚焦步驟：

計(jì)算一階矩中心位置，確定聚焦位置：

系統(tǒng)采用基于圖像一階矩的聚焦窗口選擇算法，以圖像一階矩計(jì)算的重心為中心，然后根據(jù)具體圖像，選取一定的區(qū)域作為下一步聚焦函數(shù)的計(jì)算區(qū)域；至于選擇的區(qū)域范圍大小，需要結(jié)合具體處理的圖像尺寸與圖像內(nèi)容而定。其中二值邊緣圖像，重心位置[xc,yc]為：

（1）

其中n---圖像一階矩列數(shù)、m---圖像一階矩行數(shù)、x---索引行、y---索引列，xc---重心的x坐標(biāo)、yc--重心的y坐標(biāo)；

式中，[]表示取整

②選取laplace聚焦函數(shù)為系統(tǒng)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)：

針對(duì)經(jīng)典搜索策略爬山法的缺陷，提出了一種新的改進(jìn)爬山法；空間域聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)公式：

laplace算子函數(shù)

（2）

---一階laplace算子差分；

---聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值；

此改進(jìn)爬山法充分利用了聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)指標(biāo)中的陡峭寬度ws和局部極值因子flef，提高了聚焦平面搜索精度和策略，其流程圖如圖所示。

③對(duì)聚焦平面進(jìn)行搜索，找到聚焦平面為止：

改進(jìn)的爬山法，在搜索聚焦平面時(shí)，采用自適應(yīng)步長(zhǎng)調(diào)整方法，根據(jù)圖像的具體內(nèi)容，首先定義兩個(gè)斜率閾值t1和t2，其中t1<t2，同時(shí)t2≥flef，即大的斜率閾值要大于等于局部極值因子flef；

（1）在初始位置，首先計(jì)算此位置與相鄰位置的斜率kinitial，如果此斜率的絕對(duì)值小于閾值t1，此時(shí)采用大步距搜索；如果斜率的絕對(duì)值小于閾值t2，則采用中步距搜索；如果斜率的絕對(duì)值比t1、t2都要大，此時(shí)采用精搜索策略，小步距搜索；在粗搜索時(shí)，最大步長(zhǎng)dmax如果超過(guò)陡峭區(qū)寬度ws，就可能會(huì)越過(guò)聚焦平面，使搜索陷入“死循環(huán)”而無(wú)法找到聚焦平面。因此，為了確保在任何情況下，聚焦過(guò)程中都能找到聚焦平面，聚焦的最大步長(zhǎng)dmax必須小于陡峭區(qū)寬度，即dmax<ws。

（2）繼續(xù)搜索，同時(shí)判斷斜率k的絕對(duì)值，根據(jù)斜率的絕對(duì)值與t1、t2的關(guān)系，決定搜索步距的大??；除非那些聚焦函數(shù)值發(fā)生顯著改變的極值點(diǎn)，才能作為全局極值；否則，不能作為全局極值。為了避免在平緩區(qū)找到極值點(diǎn)，所以聚焦平面處，斜率k的絕對(duì)值要大于聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)中的局部極值因子flef（為平緩區(qū)參數(shù)），否則，判斷為非焦平面。

通過(guò)設(shè)置dmax<ws，可以避免在大步距搜索時(shí)，越過(guò)聚焦平面，使搜索陷入“死循環(huán)”而無(wú)法找到聚焦平面；

通過(guò)設(shè)置兩個(gè)斜率閾值t1、t2，可以加快搜索速度，減少計(jì)算量，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能；

把局部極值因子flef也考慮為搜索過(guò)程中，可以避免把局部極值位置作為焦平面位置，從而避免或者減少誤判斷。

在成像過(guò)程中，隨著目標(biāo)沿著光軸遠(yuǎn)離焦平面，圖像越來(lái)越模糊，聚焦函數(shù)值也快速下降，當(dāng)目標(biāo)離開焦平面一定距離后，圖像中幾乎看不到任何內(nèi)容，這時(shí)如果繼續(xù)遠(yuǎn)離焦平面，圖像的清晰程度不會(huì)產(chǎn)生顯著變化，相應(yīng)地聚焦函數(shù)值的變化也非常緩慢，此時(shí)其值的波動(dòng)主要是受隨機(jī)噪聲的影響。為了描述聚焦函數(shù)曲線的這種特性，將曲線劃分為陡峭區(qū)和平緩區(qū)，如圖28所示。在陡峭區(qū)，目標(biāo)位置的任何輕微改變都將引起聚焦函數(shù)值的劇烈變化，而在平緩區(qū)，目標(biāo)位置的變化不會(huì)引起聚焦函數(shù)值的劇烈變化。陡峭區(qū)寬度主要受圖像內(nèi)容和聚焦函數(shù)的影響，當(dāng)圖像內(nèi)容和聚焦函數(shù)確定時(shí)，其寬度近似為確定值，用ws表示。

陡峭區(qū)寬度ws是一個(gè)非常重要的參量，它決定了聚焦過(guò)程最大步長(zhǎng)dmax的選擇，在以往的研究中，聚焦步長(zhǎng)的選擇非常隨意，在兩階段或三階段聚集算法中（指將聚集過(guò)程劃分為兩個(gè)或三個(gè)階段，在第一個(gè)階段，聚焦步長(zhǎng)非常大，這是為了快速靠近焦平面，這個(gè)階段也稱為粗聚焦，在第二和第三個(gè)階段，選用小步長(zhǎng)，目的是獲得精確的聚焦結(jié)果。

局部極值因子

在實(shí)際聚焦過(guò)程中，平緩區(qū)往往存在非常多的局部極值，這會(huì)導(dǎo)致聚焦過(guò)程陷入局部極值而無(wú)法找到真實(shí)的焦平面，為了防止這種情況的發(fā)生，需要設(shè)置一個(gè)門限值，只有那些聚焦函數(shù)值發(fā)生顯著改變的極值點(diǎn)才能作為全局極值，由于不同的聚焦函數(shù)其平緩區(qū)波動(dòng)量是不同的，由此可知它們所需要的門限值也是不同的，將此門限值稱為為局部極值因子（lef），并定義如下：

式中、分別代表平緩區(qū)的極大值和極小值。局部極值因子lef也可表征聚焦函數(shù)在平緩區(qū)波動(dòng)的劇烈程度，lef越小，函數(shù)抗噪性能越好。雖然平緩區(qū)波動(dòng)量跟局部極值因子都可表征平緩區(qū)的波動(dòng)程度，但后者還可以作為自動(dòng)聚焦過(guò)程中的一個(gè)參量來(lái)防止聚焦過(guò)程陷入局部極值。

斜率kinitial

聚焦位置初始點(diǎn)坐標(biāo)為（，），相鄰點(diǎn)坐標(biāo)（，），斜率

斜率kinitial是判定初始步進(jìn)量，開始執(zhí)行后，判定斜率k，位置坐標(biāo)（,），下一位置坐標(biāo)（），斜率k的值：

斜率閾值t1，t2是設(shè)定值。f(i,j)即聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)中一階算子的位置值；i,j是一階算子的坐標(biāo)。