CN104139525A - 一种3d打印机断电保护系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机断电保护系统及其实现方法，它包括断电/上电检测电路、CPU、片外存储器和供电电源，所述断电/上电检测电路的作用是将断电信号发送给CPU；所述的断电/上电检测电路包括单相变压器、桥式整流器、7806稳压电路、电压比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、单向二极管D1和稳压二极管D_W。本发明有益效果是：在3D打印机正常工作过程中，即使外部电源发生意外中断，3D打印机也能在电源恢复供电后继续断电前的打印作业任务，完美地将模型打印完毕，从而为打印模型节约时间、节约材料，大大地提高打印效率，延长3D打印机的使用寿命。

Description

一种3D打印机断电保护系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种在3D打印机中使用的断电保护技术，尤其涉及一种3D打印机断电保护系统及其实现方法，具体就是当外界突然停止供电时，3D打印机能够存储断电前的工作信息，当恢复供电后，能够继续断电前的作业任务。 

背景技术

3D打印是一种由CAD(计算机辅助设计)通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术，可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，不再需要传统的刀具、夹具和机床，就可以打造出任意形状。3D打印带来了世界性制造业的革命，它将会取代传统制造业所用的各种各样的传统加工机械，颠覆性改变制造业的生产方式，最大的特点是不需要大规模的流水线制造。 

3D打印机的应用对象可以是任何行业，3D打印已经成为一种潮流，目前，3D打印机已经成功应用在很多领域中，比如医疗行业、科学研究、制造业以及建筑设计等领域。由于3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多，而且3D打印技术本身非常适合大规模生产，所以未来3D打印机的应用将会更加广泛和普及。 

在3D打印机的工作过程中，难免会有突发事件造成系统断电，例如，在打印一个很大的模型过程中，当作业任务完成一半时，突然断电，如果打印机没有完善的断电保护功能，要想完成打印任务，就只能完全从头打印，这样既要浪费时间，又浪费原材料，从而大大降低了打印的效率。因此3D打印机的工作稳定性成为影响打印机打印质量和效率的一个重要因素。 

常用于对设备进行断电保护的方法有连接UPS电源和电解电源供电，其中 UPS(不间断电源)是一种能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的设备，但UPS体积较大，价格昂贵，而且充放电次数有限，不适合用于对3D打印机进行断电保护。电解电容器也是常用的断电保护设备，电容可以直接为3D打印机的控制电路板供电，但电容所储存的电能有限，所释放的电压也不稳定，而且电解电容直接与市电相连，会出现过度充电现象，如果电解液溢出，会对电路板造成腐蚀。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种应用在3D打印机中的断电保护技术。 

本发明的目的是为了进一步提高3D打印机的工作稳定性及工作效率，节省原材料的消耗，设计了一种应用在3D打印机中的断电保护技术。 

本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案是： 

一种3D打印机断电保护系统，它包括断电/上电检测电路、CPU、片外存储器和供电电源，所述断电/上电检测电路的作用是将断电信号发送给CPU；所述CPU接收断电/上电检测电路发出的信号，随时将执行指令的即时执行状况存储在片外存储器中，或者随时从片外存储器中取出所存储的指令；在电源断电后，CPU采用软件程序控制的方式将打印信息数据保存到断电不丢失数据的存储器中，当再次上电时，CPU从片外存储器中读取所存信息；所述的供电电源为片外存储器提供电源； 

所述的断电/上电检测电路包括单相变压器、桥式整流器、7806稳压电路、电压比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、单向二极管D1和稳压二极管D_W；桥式整流器的输入端接单相变压器的输出端，其输出端分为两路，其中一路接7806稳压电路，进而连接单向二极管D1，为CPU供电；另一路顺序串联第一电阻R1和第二电阻R2后接地；第三电阻R3的一端连接电源，另一端 串联稳压二极管D_W后接地；电压比较器的负输入端连接第三电阻R3和稳压二极管D_W的接点，电压比较器正输入端连接第一电阻R1和第二电阻R2的接点，电压比较器的输出端连接CPU。 

所述一种3D打印机断电保护系统的实现方法，该方法包括如下内容： 

在3D打印机上电开机后，首先查询是否有断电标志，如果有，采用程序识别断电标志位的方式来检测上次打印是意外断电还是正常打印结束而人为关机，从而进一步选择是否从断电位置继续打印；如果没有断电标志或选择了不从断电处继续打印，则读取打印机的默认参数，从原始位置开始打印；如果选择继续打印，则系统读取断电前所存储的打印信息，从断电处继续打印；在上述程序运行过程中，检测电路随时都会检测电源是否断电，一旦检测出断电信号，CPU立刻结束上述程序，利用主电源上滤波电容上剩余的储电，以最短的时间转入断电保护子程序； 

所述的断电保护子程序包括如下内容：当断电检测电路检测出断电信号后，系统向主程序申请中断并进入执行断电保护子程序，系统首先置位断电标志位，以便在打印机重新上电时检测上次打印是否完成，然后将断电瞬间打印机的工作信息存入断电不丢失的存储器中；所述断电保存的工作信息包括断电标志、打印机喷头当前坐标、所打印模型的坐标；当数据存储完成后结束程序。 

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有这样的有益效果： 

在3D打印机正常工作过程中，即使外部电源发生意外中断，3D打印机也能在电源恢复供电后继续断电前的打印作业任务，完美地将模型打印完毕，从而为打印模型节约时间、节约材料，大大地提高打印效率，延长3D打印机的使用寿命。 

附图说明

图1为一种3D打印机断电保护系统示意图； 

图2为断电/上电检测电路图； 

图3为断电保护程序设计流程图； 

图4为断电保护子程序流程图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明做更为详细的说明。 

图1所示为本发明一种3D打印机断电保护系统示意图，它包括断电/上电检测电路、CPU、片外存储器和供电电源，所述断电/上电检测电路的作用是将断电信号发送给CPU；所述CPU接收断电/上电检测电路发出的信号，随时将执行指令的即时执行状况存储在片外存储器中，或者随时从片外存储器中取出所存储的指令；在电源断电后，CPU采用软件程序控制的方式将打印信息数据保存到断电不丢失数据的存储器中，当再次上电时，CPU从片外存储器中读取所存信息；所述的供电电源为片外存储器提供电源； 

所述的断电/上电检测电路，如图2所示，它包括单相变压器、桥式整流器、7806稳压电路、电压比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、单向二极管D1和稳压二极管D_W；桥式整流器的输入端接单相变压器的输出端，其输出端分为两路，其中一路接7806稳压电路和单向二极管D1，为CPU提供电源；在稳压电路与CPU之间接入电容，即可在断电之后延迟一段时间为CPU供电，为保存数据提供时间；另一路顺序串联第一电阻R1和第二电阻R2后接地；第三电阻R3的一端连接电源，另一端串联稳压二极管D_W后接地；电压比较器的负输入端连接第三电阻R3和稳压二极管D_W的接点，电压比较器正输入端连接第一电阻R1和第二电阻R2的接点，电压比较器的输出端连接CPU。 

实现断电保护功能的第一步是进行断电/上电检测，要求是在外部电源断电/上电的瞬间，尽可能快地检测到这一信息，并通知CPU，以保证CPU在工作电 压降至最低可靠工作电压之前或升至稳定的工作电压之后，对数据进行相应的处理，将打印信息写入片外存储器中，或是从片外存储器中把数据读出。片外存储器采用RAM存储器，因RAM存储器在断电后会丢失数据，所以用蓄电池为其提供电源，使其数据能长期保存。所述的CPU为3D打印机的控制芯片ATMEGA2560。 

图2所示的断电/上电检测电路图，其原理为：利用R3和Dw在电压比较器的负输入端建立一个参考电压Vb，再利用R1和R2的分压作用，在比较器正输入端建立电源断电检测信号Va，适当调整R1、R2的比值，使工作电源电压Vcc正常，即Va>Vb，比较器输出高电平，当外部电源电压下降时，Vcc也随之下降，当由R1、R2分压而来的Va小于Vb时，比较器翻转，向CPU发出断电信号，完成断电检测功能。本发明所采用的电压比较器是具有切换速度快、延迟时间小等优点的LM393。 

图3所示为断电保护程序设计流程图，其思路是保证不论掉电现象在系统工作的哪个环节发生，都能有效的将作业任务和系统状态保存起来，在电源正常后，系统能够恢复到断电时刻的状态，并继续工作，采取措施保障并验证所存储数据的完整性和正确性。在3D打印机上电开机后，首先查询是否有断电标志，如果有，则进一步选择是否从断电位置继续打印，如果没有断电标志或选择了不从断电处继续打印，则读取打印机的默认参数，从原始位置开始打印，如果选择继续打印，那么系统读取断电前所存储的打印信息，从断电处继续打印。 

上述程序运行过程中，检测电路随时都会检测电源是否断电，一旦检测出断电信号，CPU立刻结束上述程序，利用主电源上滤波电容上剩余的储电，以最短的时间转入断电保护子程序。 

图4所示为断电保护子程序流程图，当断电检测电路检测出断电信号后，向主程序申请中断并进入断电子程序，子程序首先置位断电标志位，以便在打印机重新上电时检测上次打印是否完成，然后将断电瞬间打印机的工作信息存入断电不丢失的存储器中，等数据存储完成后，结束程序。 

本发明采用的存储器为随机存储器RAM，所用的型号为HM62256，因其存储数据量大，读写速度快，可以反复存取实时参数，适合本发明的断电保护存取数据要求，对于其断电后保存在片内的数据会丢失的问题，在此给出的解决方案是：为RAM增加备用电源。 

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施事例相同或近似的方案而得到的其他应用于3D打印机的断电保护技术，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种3D打印机断电保护系统，其特征在于： 

它包括断电/上电检测电路、CPU、片外存储器和供电电源，所述断电/上电检测电路的作用是将断电信号发送给CPU；所述CPU接收断电/上电检测电路发出的信号，随时将执行指令的即时执行状况存储在片外存储器中，或者随时从片外存储器中取出所存储的指令；在电源断电后，CPU采用软件程序控制的方式将打印信息数据保存到断电不丢失数据的存储器中，当再次上电时，CPU从片外存储器中读取所存信息；所述的供电电源为片外存储器提供电源； 

所述的断电/上电检测电路包括单相变压器、桥式整流器、7806稳压电路、电压比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、单向二极管D1和稳压二极管D_W；桥式整流器的输入端接单相变压器的输出端，其输出端分为两路，其中一路接7806稳压电路，进而连接单向二极管D1，为CPU供电；另一路顺序串联第一电阻R1和第二电阻R2后接地；第三电阻R3的一端连接电源，另一端串联稳压二极管D_W后接地；电压比较器的负输入端连接第三电阻R3和稳压二极管D_W的接点，电压比较器正输入端连接第一电阻R1和第二电阻R2的接点，电压比较器的输出端连接CPU。 

2.根据权利要求1所述一种3D打印机断电保护系统的实现方法，其特征在于：该方法包括如下内容： 

在3D打印机上电开机后，首先查询是否有断电标志，如果有，采用程序识别断电标志位的方式来检测上次打印是意外断电还是正常打印结束而人为关机，从而进一步选择是否从断电位置继续打印；如果没有断电标志或选择了不从断电处继续打印，则读取打印机的默认参数，从原始位置开始打印；如果选择继续打印，则系统读取断电前所存储的打印信息，从断电处继续打印；在上述程序运行过程中，检测电路随时都会检测电源是否断电，一旦检测出断电信 号，CPU立刻结束上述程序，利用主电源上滤波电容上剩余的储电，以最短的时间转入断电保护子程序； 

所述的断电保护子程序包括如下内容：当断电检测电路检测出断电信号后，系统向主程序申请中断并进入执行断电保护子程序，系统首先置位断电标志位，以便在打印机重新上电时检测上次打印是否完成，然后将断电瞬间打印机的工作信息存入断电不丢失的存储器中；所述断电保存的工作信息包括断电标志、打印机喷头当前坐标、所打印模型的坐标；当数据存储完成后结束程序。