stc15微控制器的智能激光雕刻机设计与实现(硬件设计)或
内容本课题主要设计一款基于STC15增强型8位微控制器的智能激光雕刻机。它由稳定的机械架构模块、步进电机传动模块、驱动电路模块、单片机系统模块、激光雕刻模块、无线通信模块等组成。他的连接方式是单片机P1口连接驱动电路模块，驱动电路模块连接三路步进电机和一个激光发射器，单片机P3.0和P3.1连接无线通信模块。该设计将会通过模拟滤波电路、模拟放大电路、WIFI通信电路，A4988电机驱动电路，激光发射和报警电路，激光温度检测电路，CH340G烧录电路，遥感和按键控制电路，按键指示电路，OLED显示电路，单片机最小系统电路等实现激光雕刻的硬件设计。
目录
一、绪论 1
（一）本课题的研究背景和意义 1
（二）激光雕刻机的硬件结构和工作原理 2
（三）激光雕刻机的主要技术指标 6
（四）本设计的主要工作 6
二、总体方案设计 7
（一）激光雕刻机控制系统总体设计要求 7
（三）智能激光雕刻机的硬件设计分析 8
三、硬件电路设计 9
（一）电源指示灯和电源滤波模块 9
（二）USB在线烧录模块 9
（三）12V5V供电系统模块 10
（四）5V3.3V供电系统模块 11
（五）遥感和按键控制模块 11
（六）电机驱动模块 12
（八）按键指示灯模块 14
（九）激光发射和报警模块 15
（十）步进电机接口和OLED屏接口电路 15
（十一）WiFi通信模块 16
（十二）温度检测模块 17
四、PCB设计与制作 18
（一）PCB整体线路及元器件布局 18
（三）PCB敷铜样板 21
五、材料清单 22
六、电路调试与实现 24
（一）电路调试 24
（二）激光雕刻机的实现 25
（三）雕刻作品展示 26
七、总结 28
致谢 29
参考文献 30
附录实物图 31
一、绪论
（一）本课题的研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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。
（1）解决了输出PWM控制激光器功率实现灰度图像的雕刻问题。
（2）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。
（3）采用遥感控制替代传统按键。
（4）多种通信方式，WiFi、串口、USB。
（5）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。
（6）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。
（二）激光雕刻机的硬件结构和工作原理
1．软件和材料介绍
机械架构设计是使用了Auto CAD软件，Auto CAD是Autodesk公司开发的自动计算机辅助设计软件，可以用作二维、三维绘图、设计文档、详细绘制和基本三维模型设计。做模型设计时，输出的STL格式文件可以用作3D打印。Auto CAD是目前国际上流行的绘图工具。Auto CAD的多文档设计环境非常人性化，让不是计算机专业的人员轻松上手使用。学习CAD可以根据自己想法设计绘制图纸，熟练使用绘图软件可以增强专业技能，扩宽专业知识。
运用CAD软件，在做设计之前先用该软件绘制结构图和模型图，以下是激光雕刻机的初始设计图和三维模型图，图子上隐掉了具体参数。以下有激光雕刻机的主视图、左视图、俯视图、还有三维模型的西南等轴视图和东南等轴视图。
其机械架构是由型号为SY63060G和XNP62020铝型材组成。传动部件由7毫米宽的皮带，齿轮和导轨上下方四个滚动滑轮，上下两个滑轮既可以沿着导轨随意滑动又不会脱离导轨。底座是激光切割的亚克力板，通过螺丝固定在滑动导轨上。
2．激光雕刻机的硬件结构
如图11所示是激光雕刻机的主视图。从主视图可看到该激光雕刻机有三个电机，步进电机是规格为40*40*30的四线二相式步进电机，每个步进电机下固定四个滚动滑轮，上下两个的距离为45mm刚好可以将滑动导轨放在中间，如图中左右X轴滑动导轨设计。X轴滑动导轨长度为350mm，Y轴滑动导轨为250mm，X轴与桌面保持50mm，底座是厚度为5mm的亚克力板，通过螺丝固定在Y轴顶头。
图11 激光雕刻机主视图
如图12所示，左视图中可以清晰地看出，步进电机固定在亚克力板上，亚克力板是通过上下两个滑轮固定在滑动导轨上的。上下两个滚动滑轮刚好卡在导轨中。最右边是控制面板，中间X轴电机上方是Y轴导轨，导轨右边是Y轴步进电机，左边激光发射器。
图12 激光雕刻机左视图
如图13所示，从俯视图中可以看到整个框架，X轴上有左右两个滑动导轨，每个导轨上各有一个步进电机。中间Y轴上有一个步进电机和一个激光发射器固定在导轨上，激光发射器和Y轴步进电机通过螺丝分别固定在两块亚克力板上，亚克力板中间固定了四个滚动滑轮，滚动滑轮中间便是Y轴滑动导轨。
目录
一、绪论 1
（一）本课题的研究背景和意义 1
（二）激光雕刻机的硬件结构和工作原理 2
（三）激光雕刻机的主要技术指标 6
（四）本设计的主要工作 6
二、总体方案设计 7
（一）激光雕刻机控制系统总体设计要求 7
（三）智能激光雕刻机的硬件设计分析 8
三、硬件电路设计 9
（一）电源指示灯和电源滤波模块 9
（二）USB在线烧录模块 9
（三）12V5V供电系统模块 10
（四）5V3.3V供电系统模块 11
（五）遥感和按键控制模块 11
（六）电机驱动模块 12
（八）按键指示灯模块 14
（九）激光发射和报警模块 15
（十）步进电机接口和OLED屏接口电路 15
（十一）WiFi通信模块 16
（十二）温度检测模块 17
四、PCB设计与制作 18
（一）PCB整体线路及元器件布局 18
（三）PCB敷铜样板 21
五、材料清单 22
六、电路调试与实现 24
（一）电路调试 24
（二）激光雕刻机的实现 25
（三）雕刻作品展示 26
七、总结 28
致谢 29
参考文献 30
附录实物图 31
一、绪论
（一）本课题的研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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。
（1）解决了输出PWM控制激光器功率实现灰度图像的雕刻问题。
（2）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。
（3）采用遥感控制替代传统按键。
（4）多种通信方式，WiFi、串口、USB。
（5）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。
（6）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。
（二）激光雕刻机的硬件结构和工作原理
1．软件和材料介绍
机械架构设计是使用了Auto CAD软件，Auto CAD是Autodesk公司开发的自动计算机辅助设计软件，可以用作二维、三维绘图、设计文档、详细绘制和基本三维模型设计。做模型设计时，输出的STL格式文件可以用作3D打印。Auto CAD是目前国际上流行的绘图工具。Auto CAD的多文档设计环境非常人性化，让不是计算机专业的人员轻松上手使用。学习CAD可以根据自己想法设计绘制图纸，熟练使用绘图软件可以增强专业技能，扩宽专业知识。
运用CAD软件，在做设计之前先用该软件绘制结构图和模型图，以下是激光雕刻机的初始设计图和三维模型图，图子上隐掉了具体参数。以下有激光雕刻机的主视图、左视图、俯视图、还有三维模型的西南等轴视图和东南等轴视图。
其机械架构是由型号为SY63060G和XNP62020铝型材组成。传动部件由7毫米宽的皮带，齿轮和导轨上下方四个滚动滑轮，上下两个滑轮既可以沿着导轨随意滑动又不会脱离导轨。底座是激光切割的亚克力板，通过螺丝固定在滑动导轨上。
2．激光雕刻机的硬件结构
如图11所示是激光雕刻机的主视图。从主视图可看到该激光雕刻机有三个电机，步进电机是规格为40*40*30的四线二相式步进电机，每个步进电机下固定四个滚动滑轮，上下两个的距离为45mm刚好可以将滑动导轨放在中间，如图中左右X轴滑动导轨设计。X轴滑动导轨长度为350mm，Y轴滑动导轨为250mm，X轴与桌面保持50mm，底座是厚度为5mm的亚克力板，通过螺丝固定在Y轴顶头。
图11 激光雕刻机主视图
如图12所示，左视图中可以清晰地看出，步进电机固定在亚克力板上，亚克力板是通过上下两个滑轮固定在滑动导轨上的。上下两个滚动滑轮刚好卡在导轨中。最右边是控制面板，中间X轴电机上方是Y轴导轨，导轨右边是Y轴步进电机，左边激光发射器。
图12 激光雕刻机左视图
如图13所示，从俯视图中可以看到整个框架，X轴上有左右两个滑动导轨，每个导轨上各有一个步进电机。中间Y轴上有一个步进电机和一个激光发射器固定在导轨上，激光发射器和Y轴步进电机通过螺丝分别固定在两块亚克力板上，亚克力板中间固定了四个滚动滑轮，滚动滑轮中间便是Y轴滑动导轨。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1362.html
