stc15微控制器的智能激光雕刻机设计与实现
引言
目录
一、绪论 1
(一) 本课题的研究背景和意义 1
(二) 激光雕刻机的工作原理 2
(三) 激光雕刻机的主要技术指标 2
(四) 本设计的主要工作 2
二、智能激光雕刻机的硬件系统设计 4
(一) 激光雕刻机硬件系统总体设计要求 4
(二) 激光雕刻机微控制硬件系统的总体设计框图 4
(三) 激光雕刻机的机械结构设计 4
(四) 激光雕刻机的硬件电路设计 8
三、智能激光雕刻机控制系统的PCB设计与制作 19
四、智能激光雕刻机的软件系统设计 22
(一) 软件系统总体设计要求 22
(二) 软件系统总体设计框图 22
(三) 激光雕刻机通信协议 23
(四) 上位机软件设计 24
(五) Android上位机界面 26
(六) Android端的图片处理 27
(七) 嵌入式底层控制程序设计 28
五、系统调试与实现 32
(一) 硬件电路调试 32
(二) 智能激光雕刻机实物图 33
(三) 雕刻作品展示 34
六、总结 36
致谢 37
参考文献 38
附录一 元器件清单 39
附录二 系统电路原理图 41
附录三 PCB 3D效果图 43
附录四 上位机界面及雕刻效果图 44
附录五 激光雕刻控制系统专利申请受理通知书 45 一、绪论
本课题的研究背景和意义
二十世纪六十年代初美国贝尔实验室发明了红宝石激光器，第二年在长春激光所我国的红宝石激光器诞生。从此以后，我国在探索激光技术方面取得了很多成就。通过近几十年的刻苦努力，我国在激光技术方面获得显著突破。
目前最新激光雕刻机大多都是采用电脑和单片机相结合的方式。这种激光雕刻机由一台电脑和一个控制板组成，数据信息由电脑处理，然后发送给下位机控制板，控制板进而执行激光雕刻任务。这种控制实现方式仅适合少量的单机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
加工，面对多机加工时就很局限了。这种控制模式成本高，而且工作模式和通信方式单一，且只能单机工作。
本课题设计一款基于STC15微控制器的智能激光雕刻机。系统由单片机最小系统模块、电源模块、WiFi通信模块、电机传动及驱动模块、激光驱动模块、按键控制模块、LCD显示模块等组成。其主要功能是把Android手机端软件绘制的图形，进行图形数字化处理后，通过WiFi把数据传给单片机，由其得到图形和电机位移之间的算法关系，驱动XY两路步进电机，同时控制激光发生器开关状态和输出功率大小，从而实现木板、亚克力等材料的激光雕刻。激光雕刻机上的OLED屏实时显示雕刻进度，兼有按键和遥感功能，可以控制系统启停、设定初始位置参数等。
为智能激光雕刻机量身定制的安卓应用软件，方便用户实时通过手机来设定雕刻图案。其功能版块主要有涂鸦版块和定制版块。在涂鸦版块中，用户可以随意绘制自己喜欢的图案，并由激光雕刻机原样输出。定制版块是用户选择指定的图案或文字，由激光雕刻机实样打印。
本课题设计的智能激光雕刻机的优势。
解决了输出PWM控制激光器功率实现灰度图像的雕刻问题。
采用嵌入式系统架构降低了成本，增强了稳定性和抗干扰能力。
采用遥感控制替代传统按键。
多种通信方式，WiFi、串口、USB。
多种功能选择，可自由涂鸦，支持照片图片，支持多种字体，支持灰度浮雕。
多种工作方式，单机工作，联机工作可在多种终端使用手机、平板电脑、PC等。
本设计采用嵌入式系统，成本底、稳定性好、体积小、灵活性好等具有很高的实用价值。
激光雕刻机的工作原理
激光雕刻机工作原理是通过“点线面”的方式来实现用激光把图文雕刻在相应的物体上的。雕刻主要是把激光照在被雕刻物体上（木板、亚克力板、布匹、塑料等）使物体发生化学或物理性质的变化。X轴和Y轴方向上的位移可由XY工作台的三台步进电机通过滚动滑轨分别控制，工作方式是采用双向逐行扫描的。先要将系统的位置进行初始化，再读出第一行图像的文件，使X轴步进电机转动到图像相应的位置，然后打开激光器。在需要雕刻的地方，激光器打开，且步进电机转动变慢，留充份时间让激光在被雕刻物体上留下雕刻痕迹，等移动到图像空白区再将激光器关闭，一直等到X轴方向走完一行，然后Y轴步进电机转动移动一个步距，如此交替进行，直到完成一幅画面。激光雕刻机运动轨迹如图18所示。
图11 光刻机运动轨迹
激光雕刻机的主要技术指标
电源参数
STC15控制器系统采取5V供电，电机驱动模块采用12V供电，电流2.5A～3A，无线通信模块采取3.3V供电，电路板可将5V电转化成3.3V。
机身参数
机械结构是X轴35cm，Y轴25cm总高Z轴25cm。总重量4Kg。
雕刻参数
定位精度±0.05mm；激光雕刻精度0.05mm（最大）；移动速度8～12cm/s；雕刻速度4～5cm/s，激光功率800MW,作业区间尺寸20×15cm。
本设计的主要工作
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