一種基于熔融沉積3d打印機的控制系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及打印機的控制領(lǐng)域，尤其涉及一種熔融沉積3D打印機的控制系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]恪融沉積成型工藝(Fused Deposit1n Modeling簡稱FDM)是繼LOM工藝和SLA工藝之后發(fā)展起來的一種3D打印技術(shù)，該技術(shù)由Scott Crump于1988年發(fā)明，隨后ScottCrump創(chuàng)立了 Stratasys公司1992年，Stratasys公司推出了世界上第一臺基于FDM技術(shù)的3D打印機一 “3D造型者(3D Mod31er)”，這也標(biāo)志著FDM技術(shù)進(jìn)入商用階段。
[0003]目前，F(xiàn)DM型3D打印機的控制方案主要是應(yīng)用8位單片機來控制，如市面上的盤古3D打印機；也有應(yīng)用PLC來控制的，如:桌上型3D打印機運動控制系統(tǒng)(申請?zhí)?201320774590.4)。此外2011年張軍偉發(fā)表基于ARM的FDM控制系統(tǒng)一文提出模塊化設(shè)計，2014年譚秀騰發(fā)表基于ARM的桌面型3D打印機控制系統(tǒng)設(shè)計一文在張軍偉的基礎(chǔ)上拓展了 USB模塊和限位開關(guān)模塊。
[0004]應(yīng)用8位單片機的控制系統(tǒng)，由于芯片的局限性，運行速度慢，計算不精確，工作時容易出錯，加工精度不高。應(yīng)用PLC的控制系統(tǒng)，價格昂貴，體積龐大，而且噪聲大。張軍偉和譚秀騰發(fā)表的關(guān)于ARM的控制系統(tǒng)由于電路設(shè)計的局限性，無法實現(xiàn)控制系統(tǒng)二次升級優(yōu)化，無法實現(xiàn)SD卡共享。上述的3D打印機控制電路是一次性燒錄控制程序，在發(fā)現(xiàn)漏洞后，無法進(jìn)行及時更新，只能重新焊接電路和芯片，這樣就浪費了大量時間和提高了開發(fā)成本；此外，使用SD卡時，從控制系統(tǒng)中需要拔出，插入電腦中拷貝文件，再次插入控制系統(tǒng)才能讀取SD卡的內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種采用LPC1769芯片作為核心部件，實現(xiàn)具有二次開發(fā)功能的3D打印機的控制系統(tǒng)及其方法。
[0006]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種熔融沉積3D打印機的控制系統(tǒng)，包括主控制模塊、模式切換模塊、拓展鏈接模塊、存儲器模塊、信號輸出模塊、系統(tǒng)時鐘模塊、電源模塊、看門狗及復(fù)位模塊、驅(qū)動模塊、實時運行模塊、電機測速模塊、位置檢查模塊和溫控模塊；
所述主控模塊包括LPC1769主控芯片，其與所述模式切換模塊、存儲器模塊、信號輸出模塊、系統(tǒng)時鐘模塊、電源模塊、看門狗及復(fù)位模塊、驅(qū)動模塊和實時運行模塊相連；
所述模式切換模塊和所述存儲器模塊用于信號輸入，其與所述拓展鏈接模塊相連，與開關(guān)共同作用下用于切換所述PC機與主控制模塊的通訊模式；
所述拓展鏈接模塊包括串口和USB接口，其與所述PC機相連用于PC機與主控制模塊的通訊；
所述實時運行模塊分別所述與驅(qū)動模塊、電機測速模塊、位置檢查模塊和溫控模塊相連用于實時監(jiān)控各部件的運行情況和反饋給主控制模塊，并接收所述中控制模塊的控制信號、調(diào)節(jié)驅(qū)動模塊、電機測速模塊、位置檢查模塊和溫控模塊的運作；
所述驅(qū)動模塊連接并驅(qū)動電機。
[0007]更優(yōu)的，所述串口為應(yīng)用LP2303的RS232全雙工異步串行通信裝置。
[0008]更優(yōu)的，所述系統(tǒng)應(yīng)用了 USB與RS132選擇電路、USB驅(qū)動電路、SD卡電路、限位開關(guān)電路和應(yīng)用MCP44X1選擇電路。
[0009]進(jìn)一步說明，所述USB驅(qū)動電路通過方式選擇電路選擇串口通訊模式并接收PC信號，使得所述LPC1769主控芯片與所述PC機實現(xiàn)同步通訊，并通過所述LPC1769主芯片上的1信號采集單元對SD卡電路中的SD卡的進(jìn)行讀取和寫入操作。
[0010]進(jìn)一步說明，所述電機有四個，均為步進(jìn)電機，且所述電機的驅(qū)動電路為應(yīng)用A4982的步進(jìn)電機驅(qū)動電路。
[0011 ] 更進(jìn)一步說明，所述開關(guān)包括機械開關(guān)和電位開關(guān)，所述機械開關(guān)為限位開關(guān)電路，所述電位開關(guān)為脈沖選擇器。
[0012]應(yīng)用上述控制系統(tǒng)對所述熔融沉積3D打印機進(jìn)行控制的方法，其特征在于，包括如下步驟:
1)通過RS232全雙工異步串行通信裝置的信號接收單元通過方式選擇電路選擇燒錄模式，使用USB驅(qū)動電路接收來自PC機的控制系統(tǒng)代碼并保存至存儲單元中，至此完成燒錄工作；
2)通過方式選擇電路選擇串口通訊模式接收PC信號，使得所述LPC1769主控模塊與所述PC機實現(xiàn)同步通訊，此時在所述PC機上顯示SD卡里面的內(nèi)容；
3)所述PC機在通訊模式下發(fā)送步進(jìn)電機移動指令，信號發(fā)生單元輸出高頻時鐘，控制所述脈沖選擇器的開關(guān)，所述步進(jìn)電機驅(qū)動電路受脈沖選擇器的控制，選擇相應(yīng)的步進(jìn)電機，并在步進(jìn)電機的控制邏輯電路的控制下，啟用所述步進(jìn)電機，并選擇細(xì)分步進(jìn)量進(jìn)行正傳和反轉(zhuǎn)運動。
[0013]本發(fā)明根據(jù)上述內(nèi)容，采用NXP公司LPC17xx系列中LPC1769芯片作為核心部件，實現(xiàn)具有二次開發(fā)功能的3D打印機控制系統(tǒng)，并輸出高精度運動控制，同時減少了元器件數(shù)目，縮短了體積，減少了 3D打印機的再開發(fā)、再升級成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)框圖；
圖2是本發(fā)明的一個實施例的電路原理框圖；
圖3是本發(fā)明的一個實施例中LPC1769主控器USB與RS232選擇電路的示意圖；
圖4是本發(fā)明的一個實施例中SD卡驅(qū)動電路的不意圖；
圖5是本發(fā)明的一個實施例中步進(jìn)電機驅(qū)動電路的不意圖；
圖6是本發(fā)明的一個實施例中脈沖選擇器電路的示意圖；
圖7是本發(fā)明的一個實施例中限位開關(guān)電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0016]如圖1所示，一種熔融沉積3D打印機的控制系統(tǒng)，包括主控制模塊、模式切換模塊、拓展鏈接模塊、存儲器模塊、信號輸出模塊、系統(tǒng)時鐘模塊、電源模塊、看門狗及復(fù)位模塊、驅(qū)動模塊、實時運行模塊、電機測速模塊、位置檢查模塊和溫控模塊；
所述主控模塊包括LPC1769主控芯片，其與所述模式切換模塊、存儲器模塊、信號輸出模塊、系統(tǒng)時鐘模塊、電源模塊、看門狗及復(fù)位模塊、驅(qū)動模塊和實時運行模塊相連；
所述模式切換模塊和所述存儲器模塊用于信號輸入，其與所述拓展鏈接模塊相連，與開關(guān)共同作用下用于切換所述PC機與主控制模塊的通訊模式；
所述拓展鏈接模塊包括串口和USB接口，其與所述PC機相連用于PC機與主控制模塊的通訊；
所述實時運行模塊分別所述與驅(qū)動模塊、電機測速模塊、位置檢查模塊和溫控模塊相連用于實時監(jiān)控各部件的運行情況和反饋給主控制模塊，并接收所述中控制模塊的控制信號、調(diào)節(jié)驅(qū)動模塊、電機測速模塊、位置檢查模塊和溫控模塊的運作；
所述驅(qū)動模塊連接并驅(qū)動電機。
[0017]如圖2-7所示所述串口為應(yīng)用LP2303的RS232全雙工異步串行通信裝置。
[0018]所述系統(tǒng)應(yīng)用了 USB與RS132選擇電路、USB驅(qū)動電路、SD卡電路、限位開關(guān)電路和應(yīng)用MCP44X1選擇電路。
[0019]如圖所述USB驅(qū)動電路通過方式選擇電路選擇串口通訊模式并接收PC信號，使得所述LPC1769主控芯片與所述PC機實現(xiàn)同步通訊，并通過所述LPC1769主芯片上的1信號采集單元對SD卡電路中的SD卡的進(jìn)行讀取和寫入操作。
[0020]所述電機有四個，均為步進(jìn)電機，且所述電機的驅(qū)動電路為應(yīng)用A4982的步進(jìn)電機驅(qū)動電路。
[0021]所述開關(guān)包括機械開關(guān)和電位開關(guān)，所述機械開關(guān)為限位開關(guān)電路，所述電位開關(guān)為脈沖選擇器。
[0022]進(jìn)步具體說明，如圖2-7所示，一種熔融沉積3D打印機的控制系統(tǒng)的電路組成，包括LPCl769主控器，RS232全雙工異步串行通信裝置，SD卡驅(qū)動電路，脈沖選擇器，步進(jìn)電機驅(qū)動電路，USB驅(qū)動電路，行程開關(guān)感應(yīng)電路，溫度控制電路；LPC1769主控器包括時鐘發(fā)生單元1、RS232通信單元1、1信號采集單元、邏輯控制單元、PWM單元、存儲單元波形發(fā)生單元；RS232全雙工異步串行通信裝置包括PL2303驅(qū)動單元、時鐘發(fā)生單元、方式選擇電路、信號接收單元；SD卡驅(qū)動電路包括阻容濾波；步進(jìn)電機驅(qū)動電路5包括阻容濾波、步進(jìn)電機控制邏輯電路、