起因：

放假在家里看到很多蜘蛛，本人比较怕蜘蛛，对蜘蛛非常反感，所以就一直在想一种方法，能在不碰到蜘蛛的情况下，快准狠瞬间清除掉家里的蜘蛛。在逛咸鱼的时候发现激光泵浦正好能满足我的需求。

激光泵浦是目前市面上最低成本获得大功率激光的装置，本项目所用的30w激光泵浦源模块咸鱼仅售60元，可以说非常的便宜，网上成品的激光手电10w左右就要上千元，非常不划算。

激光泵浦发出的激光是波长为915nm的红外激光，人眼不可见，可以避免大功率激光的晃眼问题，但也带来了瞄准困难和浅色材料难以起效的弊端。同时，激光泵浦发热量巨大，本项目用到的30w激光模组，实际电功率将近70w，而且激光泵浦对温度非常敏感，超过40度就有烧坏的可能，所以激光模组的热管理尤为重要。

设计要求

1.该设备功能定位对标大功率激光手电，不需要几百瓦的巨大功率，可以快速摧毁目标（蜘蛛或者其他恶心的虫子）即可，但要做到轻量化设计，便携易操作。

2.红外激光不可见，所以装置要有瞄准机构，用于指示激光的焦点位置，同时，瞄准动作不能对目标产生影响（把蜘蛛或者其他目标虫子吓跑）。

3.大功率激光具有一定的危险性，要避免激光输出被误动作开启，开启激光时也要有声音提示。

4.出于降低发热和保护设备寿命考虑，应有激光功率调节装置，在不需要最大功率开启时降低激光输出功率，并且功率根据目标特点可自由调节，功率参数要能断电保存。

5.激光泵浦发热快，要在设备轻量化设计的同时，尽可能增强设备的散热性能，并且有过热保护。

6.激光器应设置两种输出模式：最大功率点射（瞬间摧毁目标）和中功率照射（刻字点火等需求），点射可以调节输出时长，持续照射可以调节功率。

7.为了便于组装时的光路校准操作，应设有调试模式，低功率开启激光泵浦，以降低调试时的发热和对光屏的损伤。

8.瞄准光源的亮度、警告音的开关等参数要可以调节，而不是在代码中固定，同时这些参数也要断电保存。

元件选用

1.供电部分

激光泵浦需要较大的电流才能驱动，满功率时电流可达12A，如此大电流的降压模块体积一般很大，不满足轻量化设计的要求。恰好有一种降压模块可以提供大电流输出，而且还非常便宜，就是华为的pw22asab电源模块，最大输出电流可达20A，咸鱼上只要7块钱。这种模块电压输出范围0.9-5.3v，实测可以输出到5.7v正常工作，如果再高可能超过输出滤波电容的耐压（6v左右）。该模块唯一的缺陷是空载功率较大，有1w多，会导致模块即使空载开启也会严重发热，好在模块有使能引脚，可以在不用的时候关闭模块防止发热。

2.激光泵浦本体

使用5v30w的激光泵浦，可以满足需求，更大的激光模组发热更严重，散热困难，而且容易烧光纤。本设计中并未对激光模组进行改装（去掉光纤改准直），因为操作难度大，而且容易损坏昂贵的激光模组。所以又外加了一个激光准直透镜（如下图）以聚焦激光。

3.电池

使用三节18650电池串联作为系统的总电源，电池可以用某宝的拆机动力电池，容量2000mah左右。本项目并未在pcb上设计均衡充电电路，而是用了一个锂电池组的拆机保护板装在上面作为充电均衡保护板。能力有限没有自己设计（保护板设计不合理直接炸飞老铁）。

4.主控芯片

使用esp32做主控，arduino环境编程，如果用arduino AVR系列单片机，算力有限无法支撑菜单显示，而且不能输出高频pwm；使用esp8266IO不够。

5.外壳

使用铝合金机壳做外壳，以尽可能增强散热效果，使用被动风冷，没有外加风扇，因为如果长时间工作，即使是CPU风扇也达不到要求，必须用水冷，索性直接外壳散热，有过热保护不怕烧。操作面板和激光输出面板用pcb做的，因为定制铝合金外壳太贵。

6.其他

OLED12864 ssd1306 IIC屏幕，摇杆开关模块（五轴按键模块），过热保护用NTC热敏电阻 10k 3380。激光瞄准采用两个一字激光指示管，而没有采用激光模组同轴光指示的设计，还是加工困难，容易损坏激光模组。

电路设计

       整个装置使用esp32开发板作为模板，在此基础上删去下载电路以节省空间，所以我留出了一个程序下载接口，连接带自动下载电路的USB转串口模块即可烧入程序（该模块某宝有售）。

       esp32的四个输出口控制激光器pwm、指示线激光的pwm、降压模块的使能开关以及蜂鸣器，两路ADC输入用于检测电池电压和激光模组的温度。另外，IIC连接显示屏，还有几个输入口连接摇杆开关。引脚顺序按我选用的模块设计的，详细参考原理图。

      降压模块的调压电位器调至2.7k时输出5v，我用的激光泵浦5.7v时才能发挥最大功率，所以电阻实际值约调至2.35k。建议先调好2.7k阻值再焊到电路板上，防止输出电压超出范围损坏元件。降压模块输出电压视激光模组实际参数确定，具体请询问激光泵浦的卖家。

程序编写

       该设备需要调节的参数较多，所以采用了多级菜单的方式选择各项功能以及参数设置。代码使用arduino IDE编写，IDE版本为2.3.2。值得注意的是，程序中控制激光功率的pwm代码使用了esp32中的ledc功能，这个功能的代码使用了arduino esp32开发板的2.017版本，并不是最新版，最新版的esp32开发板库中ledc的代码与现在不同，编译会报错。

       各参数的断电保存使用了esp32中的EEPROM库，这种EEPROM是软件模拟的，实际占用的是flash空间，因此寿命较短，所以代码中设计了参数差异写入功能，也就是只有设置参数发生改变时才会写入EEPROM。

       主菜单有四个选项和标题，OLED屏分一列装不下，只能分了两列，这里的菜单导航键四个方向都有效，类似老年机的菜单设计，其他菜单只有上下键用来移动光标，左键退出，中键确定，右键没有功能。所有菜单均只有一页，没有滚动或翻页的设计。涉及数值调节的菜单，上加下减；开关调节的菜单，按中键修改。设置页面除显示“按中键保存设置”字样的菜单外，其他菜单默认退出时保存。所有开关均为抬起时触发（光标上下除外），防止长按误开启激光发生危险。

       这个程序是我第一次写关于菜单的程序，爆肝1400多行，可能有一些不合理之处，大佬们可以继续优化更改，各程序板块均有注释标出，有特殊用途的代码也有注释，尽可能地易于理解。在代码最前面有各种关键参数的设置和各开关按钮的引脚定义，如果修改pcb注意改这里的代码。

代码详见附件

组装和调试

       前面提到，设备的主体外壳是铝合金材质，前后面板为pcb板，有条件的话可以全部使用铝合金材质或直接cnc加工一个外壳，但不可以使用3D打印外壳，原因是外壳起到散热作用，如果用3D打印外壳非但不能散热，而且激光泵浦产生的高温很可能导致外壳变形，并损坏其本身。也不要尝试激光泵浦位置挖孔放散热片，其他位置用塑料外壳，这样也远远达不到散热要求。

      激光泵浦用导热硅胶粘接在外壳上，同时将热敏电阻粘在激光泵浦上。内部光纤用胶带固定。操作光纤时要小心，光纤非常脆弱，很容易折断。建议先固定激光泵浦，再固定pcb板，主要部件固定完成后，固定准直镜头组件，注意不要用手触摸镜片的光学面，准直镜头固定要尽量水平平直，水平平行与底板，光轴平行与侧面，方便以后的瞄准标定。

       完成固定激光泵浦和透镜之后，下一步就是固定光纤到准直透镜上。我用的准直透镜组件上有一个细缝，用以固定光纤。光纤的固定以照射光斑最集中为准。由于激光泵浦产生的是红外激光，人眼不可见，所以调节光纤时要用手机拍摄光斑，可以让激光照射的光斑投在一张白纸或者其他白色物体上，作为光屏，光屏距离准直透镜越远越好，校准固定光纤后激光发散越小。调节固定光纤时，可以用可调电源给激光泵浦供电，电压调至激光刚刚能点亮为准，如果没有合适的可调电源，也可以在确定pcb焊接调试良好，程序烧写无误的情况下，给设备上电，主菜单选择“设备状态”，中键确定后即可看到当前电源电压和激光模组温度。在此页面下再先按三次上键，然后按三次下键，最后按中键确定，进入调试菜单，选择第二项“激光光瞄校准”菜单，中键确定，再按中键开启后激光泵浦将以5%的功率输出，用以调节光路。调节时用手控制光纤与镜片之间的距离，观察到光斑最小时用UV胶水将光纤固定在准直透镜组件上。如果使用的准直透镜组件只有镜片没有光纤固定座，方法类似，但固定要花些心思。

       完成光纤的校准固定之后，下一步就是固定保护镜片和指示线发光管了。保护镜片我选用的是直径2cm的激光切割保护镜片，厚度约2mm，作用是保护内部的聚焦透镜，防止沾污。保护镜片和前面说的准直透镜不要用手触摸，也不要粘有任何脏污，否则大功率的激光可能直接作用在镜片上烧毁镜片。所以在安装过程中，最好戴橡胶手套操作。固定发光管时与固定光纤时类似，都要以最小功率开启激光泵浦，然后固定水平方向和竖直方向的指示线发光管，让一字激光线穿过激光泵浦产生的光斑，直至两条激光线交于泵浦激光的光斑，在此过程中要前后移动光屏，观察光斑是否一直重合，如果有时不重合说明准直透镜、指示线激光管在三维空间内没有共面，要尽可能调整以减小误差。

      完成光路系统的固定后，最后固定操作面板，测试各功能是否正常，完成全部制造工作。

优化空间

       设备的外壳使用铝合金材质，而定制铝合金外壳成本十分昂贵，所以我将需要加工的前面板和后面板用pcb代替，但是由于布局不合理，导致我选的外壳宽106mm，PCB制成的面板超出了免费限制，并没有降低多少成本。另外，由于考虑不周，前后面板的四角固定螺丝开孔直径不足，m3螺丝无法穿过，组装时只能用圆锉扩孔，保护镜片同理。所以我不建议用开源工程内的前后面板文件，控制板pcb布局也建议进行修改，将主电源开关的按钮朝前，从面板方向开孔。另外摇杆开孔也较小，导致运动受限，也需要适当扩大。

       在控制板背面焊了一个贴片电池盒，这个设计也不合理，因为贴片电池盒的存在，正面只有外圈一小块区域可以放置直插元件，导致布局受限。况且锂电池保护板是单独飞线出来的，电池装在控制板上对提高集成度也没什么意义，可以直接用一块成品12v动力电池组代替，信不过网上的电池可以自己做一个，没必要非得把电池盒焊在控制板上。