小型激光雕刻机的设计（毕业设计）(4)

小型激光雕刻机的设计

图2-4 雕刻机整体装配图

第11页 共40页

小型激光雕刻机的设计

第三章 系统硬件电路的研究与设计开发

3.1控制系统硬件电路总体结构设计

在对激光雕刻机相关技术熟悉了解以后，设计出激光雕刻机控制系统的硬件结构图如图3-1所示，主要由以下几个部分组成：

1、控制器模块：本设计控制单元选用以STM32F103R为核心的开发，STM32F103R开发板包含了电源电路、复位电路、外部时钟电路、接口电路组成等，为了方便开发，引出多个I/O引脚，足够开发使用。

2、电源模块：由于雕刻机硬件结构中含有多个驱动模块和多个不同等级的用电模块，所以需根据各模块的额定参数设计相应的供电电路。

2、通信模块:通信模块负责上位机与下位机之间的G代码数据的传输，采用开发中常用的串口通信，方便数据的下载。

3、电机驱动模块：由于设计选用的电机额定电压及额定电流较高，开发板引脚电压无法驱动电机的正常工作，所以需设计相应的驱动电路，将电流放大以足够驱动电机。

4、激光控制模块：在本设计中使用的激光器额定电流小，设计合理的限流模块驱动激光笔工作，同时控制模块采用三极管控制通断的开关电路，并通过PWM控制激光笔的功率。

5、显示模块：根据功能需求，雕刻机需要人机显示界面，显示雕刻工作的实时进度，选用一块简单的LCD显示器实现该功能。

6、键盘模块：键盘是人机交互设备的操作端,操作人员通过键盘控制雕刻机的工作，根据功能需求设计相应的按键。

7、辅助系统：雕刻过程中还需一些辅助设备，如主控板的冷却，工作区的照明等。

第12页 共40页

小型激光雕刻机的设计

图3-1 控制系统的硬件结构

3.2控制芯片选择

在嵌入式项目开发中，开发人员会经常选用一些成型的元器件，如封装好的模块、配置好常用接口的开发板，使用这些资源能加快我们的项目开发进度，而且由于这些资源种类多，所以选择性较多，成本也不会很高。所以本设计也采用这种方法，选择一款符合本设计功能需求的开发板，加快开发进度。

根据系统的功能需求，对两款常用的控制芯片进行对比：MSC51单片机和STM32单片机。51系列单片机是一款最基础的单片机，是一些小型开发的首选，也是应用最广的一种。51系列单片机有低功耗、廉价、稳定的性能。STM32系列单片机是专为低成本、低功耗、高性能要求的嵌入式开发设计的单片机，也是目前比较流行的一款单片机，采用ARM Cortex-M内核，根据内核框架的不同STM32单片机分为很多系列，所以选择很多。最后考虑到本设计所需的内存、接口需求、处理速度等性能的需求，决定选用STM32系列单片机。

STM32系列单片机有基本型、增强型、互联型等多系列，价格差距不是很大，都在10元人民币左右，所以根据所需开发引脚和代码容量选则了一款64引脚的增强型单片机，控制芯片型号为STM32F103RCT6，开发板品牌为原子战舰STM32开发板，开发板主板图如图3-2所示。

第13页 共40页

小型激光雕刻机的设计

图3-2 STM32F103R开发板主板图

由主板实物图可看出，开发板已将配置好很多接口，其中有些模块是我们控制系统要用到的，所以直接使用即可，以后的设计中可省去这些模块的设计。开发板资源中可用到的有：

（1）I/O引脚，开发板引出的PA与PB部分引脚，足够开发使用。 （2）JTAG，开发板JTAG口可直接进行数据传输与仿真调试。

（3）SD卡电路，目前设计没有SD卡功能，不过在后续的拓展设计中可能会有脱机工作模式，会用到SD卡电路。

（4）USB转串口接口，本开发板使用CH340芯片将USB转为串口，所以计算机可直接通过该接口用USB进行串口数据传输，不需要串口工具。

（5）显示器接口，开发板中设计有显示器接口，可直接将显示器对应引脚接入

使用。

3.3系统电源电路设计

在雕刻机系统中，用电模块有：单片机开发板、电机驱动模块、激光笔、激光驱动电路及其他辅助设备。这些模块和电路所需的电压等级不同，有12V、5V、3.3V等，所以需设计一个符合这些电压等级的电源电路。由于所需最大电压为12V，所以本设计使用一个220VAC-12VD开关电源作为总电源。

首先，单片机电压和激光笔驱动电压都是5V，而输入电源为12V，所以需设计一个降压稳压电路，将12V电压降为5V。此处我们选用小型降压电路中常使用的LM7805芯片如图3-3所示，LM7805为一款三端稳压集成电路，三个引脚分别为输入、输出和

第14页 共40页

小型激光雕刻机的设计

接地端。使用时在输入输出端加入适当滤波电容即可。

然后电机的驱动电路所需电压较大，且不同电机所需电压不同，需根据设计调节电压。所以为了使设计适合多钟电机，本降压模块选择一款输出电压可调的降压稳压模块LM2596S模块如图3-4所示。该模块是以LM2596S为核心芯片的BUCK电路，电路输入电压范围为3.2V~46V，输出电压为1.25V~35V，符合系统需求。

图3-3 LM7805稳压芯片 图3-4 LM2596S降压模块

选好芯片以后整体电源电路设计如图3-5所示。12V电源输入，LM7805芯片两端接入滤波电容，输出便是5V电压，两个LM7805电路的输出L_5V和D_5V分别给单片机和激光供电。LM2696S模块只需将12V电源接到输入口，然后可通过调节模块上的可调电阻改变输出电压的大小。输出最高12V，满足多款电机。

图3-5 系统电源电路图

3.4电机及驱动系统设计 3.4.1步进电机的选择

第15页 共40页

小型激光雕刻机的设计

全套加微信18153987393

第16页 共40页

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库小型激光雕刻机的设计（毕业设计）(4)在线全文阅读。