激光运动控制器原型板PCBA

8000元为人工服务费，物料成本按平台报价单另计

项目目标： 设计并交付一批符合工业级长期可靠运行要求的激光运动控制器原型。首批10套必须完整、可测试、可直接用于客户验证。所有设计文件和BOM必须标准化，符合无缝转量产要求。

1. 选型要求（元器件可靠性与生命周期）

• 所有关键元器件优先选用工业级或汽车级（工作温度 -40~85℃ 或更宽）。
• 必须选择近5年内不会快速停产的主流品牌器件。
• 电源芯片、隔离芯片、晶振、TVS、看门狗、RS422收发器等核心器件需提供生命周期声明。
• 电解电容选用长寿命、高纹波工业级（Rubycon、Nichicon、Panasonic）。
• 电阻、电容优先采用 0805 或 1206 封装。

2. 硬件组成与功能规划

三板结构（左数右模布局）：

• 主底板（4层）：RP2350B核心、电源、M40接口（调试）、面板IO。
• 高速数字子卡（4层）：XY2-100振镜、2路光栅尺、PSO、激光器接口。
• 模拟子卡（2层）：基于凌智LZM8688 + 信号调理保护。

首批交付数量：

• 主底板：10套
• 高速数字子卡：10套
• 模拟子卡：10套（每套焊接1块凌智LZM8688成品模块）
• Anybus M40模块（EtherCAT版）：4套

3. PCB设计要求（工业级规范 + 左数右模防串扰）

• 布局原则：严格执行左数右模（M40置于左侧，模拟子卡置于右侧），最大限度减少高速数字信号与模拟信号串扰。
• 主底板必须4层板，子卡可根据需要采用4层或2层。
• 板厚1.6mm，沉金（ENIG）工艺。
• 最小线宽/线距 5/5mil（关键高速信号建议4/4mil）。
• 关键差分信号做阻抗控制（100Ω）。
• 电源与地平面完整性优先，模拟区与数字区单点连接。
• 板子边缘预留3mm工艺边 + 接地铜环。

GPIO分配原则： 详细GPIO分配请参考附件《RP2350B GPIO分配表》。设计时以布线方便、信号完整性优先，不必完全拘泥于参考表，最终以实际原理图和布线质量为准。

4. 测试固件功能验收清单

厂家需提供以下测试固件（烧录到RP2350B）并完成验证：

必测功能：

• AnyBus M40基本通信测试（寄存器读写、IRQ中断响应）
• XY2-100协议输出测试（输出简单扫描波形验证时序）
• 4路光栅尺信号读取与位置计数测试
• ADS8688 8通道ADC采集测试（含噪声水平）
• PSO Trigger In → Laser Gate Out 硬触发延迟测试
• 面板IO与指示灯功能测试
• 电源上电序列、看门狗、复位功能测试

验收标准：提供测试报告 + 关键信号波形截图，确认电气连接和信号传输正确。

5. 外壳定制详细要求

• 风格：参考UniPi，蓝色阳极氧化铝型材外壳
• 尺寸：内空 107.5mm（宽）× 80mm（高）× 130mm（深） 左右（可微调）
• 安装方式：支持DIN导轨安装，底部配标准铝制DIN卡扣
• 开口与布局（严格左数右模）：
  • 左侧：M40垂直插入开口 + 带螺丝固定防护挡板
  • 右侧：模拟子卡垂直插入开口
  • 底部：集中布置所有接线端口（RJ45、USB Type-C、M12、Phoenix端子等）
  • 顶部：散热孔 + 防尘网
• 材料与工艺：铝型材 + 两侧端板 + 密封条
• 表面处理：激光白色标识（型号、端口标识、警告语）
• 交付物：提供3D STEP文件 + 2D加工图纸（含尺寸、公差、开孔位置、螺丝孔位）

6. 交付物要求

• 完整原理图（PDF + 可编辑源文件）
• PCB源文件、Gerber、钻孔、坐标文件、装配图
• 完整BOM（带品牌、型号、LCSC/Digi-Key链接 + 生命周期说明）
• 测试固件源码 + 测试报告
• 外壳加工图纸（STEP + 2D）
• 首批10套完整PCBA（焊接、测试、48小时老化后交付）

改版目标

设计背景及总体需求：
- 目前，团队已经开发出一款基于树莓派PICO2的激光运动控制板卡，USB接口，可以实现无同步的多轴运动控制。
- 为了解决同步难题，需要添加EtherCAT接口，提高Soft PLC运动控制，基于CodeSYS生态快速开发。
- 为了实现微米级特征的微加工，必须集成超快激光单束聚焦光路和直线电机，同时添加光谱共焦测高、PD监测等高速传感器，此时整机控制的激光高速同步成为关键。
- 定位：此控制器着力解决的是实验室低速超高精度运动控制，兼顾高速激光同步的总体目标，保留主动和被动硬触发激光的模式。
控制器工作模式：
三种模式策略：
- 可以销售具备成本优势的整机，完全可控售后。
- 也可以销售工业级控制器，针对高端应用客户。
- 基础版带PWA无线控制，方便引流。
- USB基本模式
- PICO硬触发激光，上位机自动下发加工位置数据。仅控制激光触发与振镜轴同步，其他运动轴不同步。（已实现）
- 混合控制模式 - 振镜软总线模式：
- 整体架构：
- 上位机 → 发送加工文件（矢量路径 + 工艺参数）
- CODESYS（或Pico） → 负责轨迹规划、速度前瞻、振镜协调
- Pico高速数字子卡 → 执行XY2-100协议，输出振镜控制信号
- 激光器 → 接收Pico或CODESYS的Gate信号
- 工作流程（典型穿孔/半切场景）：
1. 上位机下发加工路径和工艺参数给CODESYS。
2. CODESYS进行路径前瞻 + 速度规划，生成振镜运动指令。
3. CODESYS通过软总线（或直接通过Pico）把指令发给振镜。
4. 振镜运动到目标位置后，CODESYS/Pico发出Gate信号打开激光。
5. 对于穿孔：到达位置 → 等待稳定延时 → 出光固定时间 → 关光 → 移动到下一个点。
6. 对于半切：激光功率随速度动态调整（能量跟随）。
7. 整个过程中Pico负责激光器参数管理、PD切透监测、功率反馈等实时工艺逻辑。
- 混合控制模式 - XY直线平台模式
- XY直线电机平台由其专业驱动器/控制器，控制平台运动
- 外部触发：由带比较位置输出的驱动器，或带PSO控制器，硬触发信号给LMS控制器；后者功能主要是传感器信号同步，以及整机系统功能
PICO控制器硬件规划*：
- 外壳
- 参考UniPi 自行定制尺寸，蓝色阳极氧化，激光白标识
- DIN导轨接触面配现成的“DIN导轨 铝卡扣”
- 顶部开防尘散热孔
- 初步拟定的尺寸是内空可放置100 x 75mm的PCB板
- 接线端口布置在底部
- 左边预留M40垂直插入位置，右边预留模拟子卡垂直插入位置
- 主底板：负责系统级控制和面板接口
- 电源：9~36V 宽电压输入，隔离DC-DC转换，带浪涌保护、反接保护
- 系统控制功能**
- 电源电压监控 + 自检测
- 看门狗电路（直接接RP2350B针脚）
- Remote Control接口
- Lasing Start/Complete接口
- 一键开关主控电脑功能
全局GPIO分配总表

GPIO 分配总表