CN110125558B - 一种激光切割雕刻机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光切割雕刻机技术领域，尤其是指一种激光切割雕刻机控制系统，包括单片机控制模块、电源模块、电平转换模块以及多个输出模块，所述电源模块用于为所述激光切割雕刻机控制系统提供电源，所述电平转换模块的输入端用于接收用户发出的控制指令，所述电平转换模块的输出端与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输入端均与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输出端分别与所述激光切割雕刻机控制系统的不同负载连接。本发明可以实现雕刻与切割模式的气量自动切换功能；同时通过单片机控制模块可以设定激光切割雕刻机控制外部负载的启闭时间，从而解决了市面上的激光设备存在过度耗电以及工作环境噪音过大的问题。

Description

一种激光切割雕刻机控制系统
技术领域
本发明涉及激光切割雕刻机技术领域，尤其是指一种激光切割雕刻机控制系统。
背景技术
激光切割雕刻是将激光束发射到工件表面时释放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，加工成本低等特点，逐渐取代于传统的切割工艺设备。
而激光切割雕刻机是激光切割雕刻技术的典型应用。一般的激光切割雕刻机都会有雕刻和切割这两种模式，现有技术中，激光切割雕刻机一般会设有多个负载，如激光运动头、气泵、空压机等，以实现切割和雕刻等功能，但是在在执行雕刻和切割模式时，需要分别调节气量输出，用户需要反复操作两种模式的输出气量调节，而且无法一次性执行含有雕刻与切割双模式的文件的气量自动切换要求；而且现有的激光切割雕刻机一般都需要手动开启与关闭外部的负载如气泵或空压机，否则就会造成过度耗电，同时负载工作发出的声音会形成噪音，从而形成噪声污染，因此有必要设计一种激光切割雕刻机控制系统。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种激光切割雕刻机控制系统，以解决背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种激光切割雕刻机控制系统，包括单片机控制模块、电源模块、电平转换模块以及多个输出模块，所述电源模块用于为所述激光切割雕刻机控制系统提供电源，所述电平转换模块的输入端用于接收用户发出的控制指令，所述电平转换模块的输出端与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输入端均与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输出端分别与所述激光切割雕刻机控制系统的不同负载连接，输出模块与负载一一对应。
作为优选，所述电平转换模块包括电平转换芯片U4和多个输入保护电路，每个所述输入保护电路的输入端均用于接收用户发出的控制指令，每个所述输入保护电路的输出端与所述电平转换芯片U4连接。
作为优选，所述激光切割雕刻机控制系统包括与所述单片机控制模块连接的指示灯模块，所述指示灯模块用于显示单片机控制模块的工作状态。
作为优选，所述指示灯模块包括数码管LED1以及多个电流放大电路，所述电源模块为每个所述电流放大电路提供电源，每个所述电流放大电路的输入端与所述单片机控制模块连接，每个电流放大电路的输出端与所述数码管LED1连接，所述数码管LED1用于显示单片机控制模块的工作状态。
作为优选，所述激光切割雕刻机控制系统包括对外输出模块，所述电源模块为所述对外输出电源提供电源，所述对外输出模块的输入端与所述单片机控制模块连接，所述对外输出模块的输出端与所述单片机控制模块的外围电路连接。
作为优选，每个所述输入保护电路均包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1以及上级电路，所述电阻R1的一端与所述电源模块连接，所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端、所述二极管D1的正极以及所述二极管D1的负极均与所述上级电路连接，所述上级电路用于传递用户发出的控制指令，所述二极管D1的正极与所述电容C1的一端均接地，所述电容C1的另一端和所述电阻R2的另一端均与所述电平转换芯片U4连接。
作为优选，每个所述输出模块包括电阻R3、发光二极管D2、二极管D3、电阻R5、电容C2、MOS管Q1以及二极管D7，所述二极管D3的正极和所述二极管D3的负极均与所述激光切割雕刻机控制系统的负载连接，所述电阻R3的一端与所述二极管D3的负极连接，所述电阻R3的另一端与所述发光二极管D2的正极连接，所述发光二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接，所述电源模块和所述电阻R3均与所述二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极与所述MOS管Q1的D极连接，所述MOS管的S极、所述电容C2的一端以及所述电阻R5的一端均接地，所述二极管D7的两端分别与所述MOS管Q1的S极以及所述MOS管Q1的D极连接，所述MOS管的G极、所述电容C2的另一端以及电阻R5的另一端均与所述单片机控制模块连接。
作为优选，所述电流放大电路包括电阻R12、电阻R16以及三极管Q3，所述电阻R16的一端与所述单片机控制模块连接，所述三极管Q3的基极和所述电阻R12的一端均与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R12的另一端和所述三极管Q3的发射极均与所述电源模块连接，所述三极管Q3的集电极与所述数码管LED1连接。
作为优选，所述激光切割雕刻机控制系统包括均与所述单片机控制模块连接的第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路以及第四开关电路，所述第一开关电路用于控制单片机控制模块的启闭，所述第二开关电路、所述第三开关电路以及所述第四开关电路用于控制单片机控制模块延迟输出时间。
作为优选，所述对外输出模块包括电阻R23、MOS管Q5以及二极管D8，所述电阻R23的一端和所述MOS管Q5的G极均与所述单片机控制模块连接，所述MOS管Q5的D极与所述单片机控制模块的外围电路连接，所述二极管D8的两端分别与所述MOS管Q5的S极以及所述MOS管Q5的D极连接，所述电阻R23的另一端和所述MOS管的S极均接地。
本发明的有益效果：现有技术中，激光切割雕刻机一般会设有多个负载，如继电器、激光运动头、气泵或空压机等，以实现切割和雕刻等功能，但是在执行雕刻和切割模式时，需要分别调节气量输出，反复操作，无法一次性执行雕刻与切割模式的气量自动切换要求。而本发明通过电源模块获得电源，然后用户通过控制设备(如计算机)向电平转换模块发送控制指令，电平转换模块将控制指令进行电平转换，然后将其发送到单片机控制模块中，单片机控制模块再控制各种负载运行，从而可以一次性调节好气泵或空压机到激光运动头的输出气量，用户无需反复调节两种模式下气量输出，而且可实现于同一个文件下雕刻与切割模式的不同气量自动切换输出；同时通过单片机控制模块可以设定激光切割雕刻机控制外部负载的开启与关闭时间，从而解决了市面上的激光设备存在过度耗电以及工作环境噪音过大的问题。
附图说明
图1为本发明的整体原理框图；
图2为本发明的电源模块的电路图；
图3为本发明的单片机芯片U3A的引脚连接图；
图4为本发明的电平转换芯片U4的引脚连接图；
图5为本发明的输出模块的电路图；
图6为本发明的输入保护电路的电路图；
图7为本发明的电流放大电路的电路图；
图8为本实用新数码管LED1的引脚连接图；
图9为本发明的限流电阻RP1以及限流电阻RP2的引脚连接图；
图10为本发明的第一开关电路的电路图；
图11为本发明的第二开关电路的电路图；
图12为本发明的第三开关电路的电路图；
图13为本发明的第四开关电路的电路图；
图14为本发明的对外输出模块的电路图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1-图14所示，一种激光切割雕刻机控制系统，包括单片机控制模块、电源模块、电平转换模块以及多个输出模块，所述电源模块用于为所述激光切割雕刻机控制系统提供电源，所述单片机控制模块包括单片机芯片U3A，所述单片机U3A的型号为STM32F103VBT6，所述电平转换模块的输入端用于接收用户发出的控制指令，所述电平转换模块的输出端与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输入端均与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输出端分别与所述激光切割雕刻机控制系统的不同负载连接，输出模块与负载一一对应。
现有技术中，激光切割雕刻机一般会设有多个负载，如继电器、激光运动头、气泵或空压机等，以实现切割和雕刻等功能，但是在执行雕刻和切割模式时，需要分别调节气量输出，反复操作，无法一次性执行雕刻与切割模式的气量自动切换要求。本发明通过电源模块获得电源，然后用户通过控制设备(如计算机)向电平转换模块发送控制指令，电平转换模块将控制指令进行电平转换，然后将其发送到单片机控制模块中，单片机控制模块再控制各种负载运行，从而可以一次性调节好气泵或空压机到激光运动头的输出气量，用户无需反复调节两种模式下气量输出，而且可实现于同一个文件下雕刻与切割模式的不同气量自动切换输出；同时通过单片机控制模块可以设定激光切割雕刻机控制外部负载的开启与关闭时间，从而解决了市面上的激光设备存在过度耗电以及工作环境噪音过大的问题。
本发明的激光切割雕刻机控制系统包括与所述单片机控制模块连接的指示灯模块，指示灯模块用于显示单片机控制模块的工作状态，激光切割雕刻机设有测试模式以及工作模式，当设备处于测试模式下，指示灯模块可指明当前处于何种模式气量调节(雕刻模式还是切割模式)；当设备处于工作模式下，指示灯模块可指明当前处于雕刻还是切割状态。
所述电平转换模块包括电平转换芯片U4和多个输入保护电路，具体地，输入保护电路的数量设置为八个，每个所述输入保护电路的输入端均用于接收用户发出的控制指令，每个所述输入保护电路的输出端与所述电平转换芯片U4连接。每个所述输入保护电路均包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1以及上级电路，所述电阻R1的一端与所述电源模块连接，所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端、所述二极管D1的正极以及所述二极管D1的负极均与所述上级电路连接，所述上级电路用于传递用户发出的控制指令，所述二极管D1的正极与所述电容C1的一端均接地，所述电容C1的另一端和所述电阻R2的另一端均与所述电平转换芯片U4连接。如此设置，利用二极管D1形成钳位电路，起限压作用，当有信号输入到电平芯片U4时，二极管D1可以限制电平转换芯片U4的电压超高5V，从而对电平转换芯片U4保护，防止电平转换芯片U4被烧坏。
所述指示灯模块包括数码管LED1以及多个电流放大电路，所述电源模块为每个所述电流放大电路提供电源，每个所述电流放大电路的输入端与所述单片机控制模块连接，具体地，每个所述电流放大电路的输入端与所述单片机芯片U3A连接，每个电流放大电路的输出端与所述数码管LED1连接，所述数码管LED1用于显示单片机控制模块的工作状态。电流放大电路用于放大电流，从而满足数码管LED1的电流需求。
所述电流放大电路包括电阻R12、电阻R16以及三极管Q3，所述电阻R16的一端与所述单片机控制模块连接，所述三极管Q3的基极和所述电阻R12的一端均与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R12的另一端和所述三极管Q3的发射极均与所述电源模块连接，所述三极管Q3的集电极与所述数码管LED1连接。利用三极管的放大特性，便可以对电流进行放大，从而满足数码管LED1的电流需求。
所述指示灯模块包括限流电阻RP1和限流电阻RP2，限流电阻RP1的输入端和限流电阻RP2的输入端均与所述单片机芯片U3A连接，限流电阻RP1的输出端和限流电阻RP2的输出端均与所述数码管LED1连接。如此设置，限流电阻RP1和限流电阻RP2会防止电流放大电路放大的电流过大，从而对数码管LED1进行保护。
所述激光切割雕刻机控制系统包括对外输出模块，所述电源模块为所述对外输出电源提供电源，所述对外输出模块的输入端与所述单片机控制模块连接，具体地，所述对外输出模块的输入端与所述单片机芯片U3A连接，所述对外输出模块的输出端与所述单片机控制模块的外围电路连接。如此设置，用户便可以通过单片机芯片U3A控制外围电路。
所述对外输出模块包括电阻R23、MOS管Q5以及二极管D8，所述电阻R23的一端和所述MOS管Q5的G极均与所述单片机控制模块连接，具体地，所述电阻R23的一端和所述MOS管Q5的G极均与所述单片机芯片U3A连接，所述MOS管Q5的D极与所述单片机控制模块的外围电路连接，所述二极管D8的两端分别与所述MOS管Q5的S极以及所述MOS管Q5的D极连接，所述电阻R23的另一端和所述MOS管的S极均接地。当用户需要使用外围电路时，通过单片机芯片U3A向MOS管Q5的G极发送指令电平，从而使得MOS管Q5的S极与D极导筒，从而使得外围电路获得电源，进而使外围电路工作运行；而二极管D8主要对MOS管起保护作用。
所述输出模块的数量设置为八个，每个所述输出模块包括电阻R3、发光二极管D2、二极管D3、电阻R5、电容C2、MOS管Q1以及二极管D7，所述二极管D3的正极和所述二极管D3的负极均与所述激光切割雕刻机控制系统的负载连接，所述电阻R3的一端与所述二极管D3的负极连接，所述电阻R3的另一端与所述发光二极管D2的正极连接，所述发光二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接，所述电源模块和所述电阻R3均与所述二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极与所述MOS管Q1的D极连接，所述MOS管的S极、所述电容C2的一端以及所述电阻R5的一端均接地，所述二极管D7的两端分别与所述MOS管Q1的S极以及所述MOS管Q1的D极连接，所述MOS管的G极、所述电容C2的另一端以及电阻R5的另一端均与所述单片机控制模块连接，具体地，所述电容C2的另一端以及电阻R5的另一端均与所述单片机芯片U3A连接。当用户需要使用某个负载，通过单片机芯片U3A向该负载对应的输出模块发送指令，具体地，当MOS管Q1接收到来自单片机芯片U3A的电平指令时，便会使得当MOS管Q1的D极和S极导通，从而使得负载获得电源，进而驱动负载运行；二极管D3起限压保护作用，防止负载接收到的电源电压过大，从而对负载进行保护；设置二极管D7，主要是对MOS管Q1起限压保护作用，防止被烧坏。
所述激光切割雕刻机控制系统包括均与所述单片机控制模块连接的第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路以及第四开关电路，具体地，第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路以及第四开关电路均与单片机芯片U3A连接，所述第一开关电路用于控制单片机控制模块的启闭，具体地，第一开关电路用于控制单片机芯片U3A的启闭，所述第二开关电路、所述第三开关电路以及所述第四开关电路用于控制单片机控制模块延迟输出时间。通过第二开关电路、第三开关电路以及第四开关电路，用户便可以设置单片机芯片U3A的延迟输出时间，从而满足不同负载的延迟输出需求。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种激光切割雕刻机控制系统，其特征在于：包括单片机控制模块、电源模块、电平转换模块以及多个输出模块，所述电源模块用于为所述激光切割雕刻机控制系统提供电源，所述电平转换模块的输入端用于接收用户发出的控制指令，所述电平转换模块的输出端与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输入端均与所述单片机控制模块连接，每个所述输出模块的输出端分别与所述激光切割雕刻机控制系统的不同负载连接，输出模块与负载一一对应；
所述电平转换模块包括电平转换芯片U4和多个输入保护电路，每个所述输入保护电路的输入端均用于接收用户发出的控制指令，每个所述输入保护电路的输出端与所述电平转换芯片U4连接；
所述激光切割雕刻机控制系统包括与所述单片机控制模块连接的指示灯模块，所述指示灯模块用于显示单片机控制模块的工作状态；
所述指示灯模块包括数码管LED1以及多个电流放大电路，所述电源模块为每个所述电流放大电路提供电源，每个所述电流放大电路的输入端与所述单片机控制模块连接，每个电流放大电路的输出端与所述数码管LED1连接，所述数码管LED1用于显示单片机控制模块的工作状态；
所述激光切割雕刻机控制系统包括均与所述单片机控制模块连接的第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路以及第四开关电路，所述第一开关电路用于控制单片机控制模块的启闭，所述第二开关电路、所述第三开关电路以及所述第四开关电路用于控制单片机控制模块延迟输出时间。
2.根据权利要求1所述的一种激光切割雕刻机控制系统，其特征在于：所述激光切割雕刻机控制系统包括对外输出模块，所述电源模块为所述对外输出模块提供电源，所述对外输出模块的输入端与所述单片机控制模块连接，所述对外输出模块的输出端与所述单片机控制模块的外围电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种激光切割雕刻机控制系统，其特征在于：每个所述输入保护电路均包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1以及上级电路，所述电阻R1的一端与所述电源模块连接，所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端、所述二极管D1的正极以及所述二极管D1的负极均与所述上级电路连接，所述上级电路用于传递用户发出的控制指令，所述二极管D1的正极与所述电容C1的一端均接地，所述电容C1的另一端和所述电阻R2的另一端均与所述电平转换芯片U4连接。
4.根据权利要求1所述的一种激光切割雕刻机控制系统，其特征在于：每个所述输出模块包括电阻R3、发光二极管D2、二极管D3、电阻R5、电容C2、MOS管Q1以及二极管D7，所述二极管D3的正极和所述二极管D3的负极均与所述激光切割雕刻机控制系统的负载连接，所述电阻R3的一端与所述二极管D3的负极连接，所述电阻R3的另一端与所述发光二极管D2的正极连接，所述发光二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接，所述电源模块和所述电阻R3均与所述二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极与所述MOS管Q1的D极连接，所述MOS管的S极、所述电容C2的一端以及所述电阻R5的一端均接地，所述二极管D7的两端分别与所述MOS管Q1的S极以及所述MOS管Q1的D极连接，所述MOS管的G极、所述电容C2的另一端以及电阻R5的另一端均与所述单片机控制模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种激光切割雕刻机控制系统，其特征在于：所述电流放大电路包括电阻R12、电阻R16以及三极管Q3，所述电阻R16的一端与所述单片机控制模块连接，所述三极管Q3的基极和所述电阻R12的一端均与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R12的另一端和所述三极管Q3的发射极均与所述电源模块连接，所述三极管Q3的集电极与所述数码管LED1连接。
6.根据权利要求2所述的一种激光切割雕刻机控制系统，其特征在于：所述对外输出模块包括电阻R23、MOS管Q5以及二极管D8，所述电阻R23的一端和所述MOS管Q5的G极均与所述单片机控制模块连接，所述MOS管Q5的D极与所述单片机控制模块的外围电路连接，所述二极管D8的两端分别与所述MOS管Q5的S极以及所述MOS管Q5的D极连接，所述电阻R23的另一端和所述MOS管的S极均接地。
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基于MODBUS协议的激光雕刻切割系统HMI人机交互设备;苏诗捷;张春雷;张小渊;;光机电信息(第09期);全文 *

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