CN110989502A - 一种基于单片机的数控激光切割机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，属于数控激光切割机技术领域，用一个控制电路实行，主要采用单片机进行操控实践，基于STM32芯片进行多级控制，对比其他控制的多样性，这样实施会更加专注于控制，减少或者可以避免其他软件对STM32单片机的干扰。从而提升使用激光的数控切割机器设备的可靠性以及控制精度，进而提高效率和质量。

Description

一种基于单片机的数控激光切割机控制系统

技术领域

本发明涉及一种数控激光切割机控制系统，特别是涉及一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，属于数控激光切割机技术领域。

背景技术

在外国，使用激光的加工切割的利用，主要用于切除薄的板子，在1970年后，使用数控技术进行机器切割伴随着激光设备的切除割掉和其中的工艺参数积淀出的的理论和研究也在这里开始，在1980年开始，使用激光进行加工切割的机器设备的生产和发展成为一个新的区域，待切割的物体从平板扩展到管材，并且机器的柔性程度需求不断进步，并且大批量用于自动中间流水线的生产。

通过对现实生活中存在的使用激光设备进行对工件的加工切割的机器的调查，可以发现：一般的数控激光切割设备成本十分贵、而且机器每隔一段时间都要进行维护，然而设备成本费用比较高昂，加上用激光进行切割的加工时，常有效率低下，需要加工的零件，加工出来的比较粗糙，精度低的问题，为此设计一种基于单片机的数控激光切割机控制系统来优化上述问题。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，用一个控制电路实行，主要采用单片机进行操控实践，基于单片机进行多级控制，对比其他控制的多样性，这样实施会更加专注于控制，减少或者可以避免其他软件对单片机的干扰。从而提升使用激光的数控切割机器设备的可靠性以及控制精度，进而提高效率和质量。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，包括控制电路、存储器拓展板、I\O口拓展板、两组驱动器、光电隔离器、功率放大器、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、键盘、显示器、纵向丝轴、横向丝轴、Z向丝轴；

所述控制电路，用于存储控制程序接收并发送控制信息；

控制电路包括STM32STM32 F103ZET6单片机、时钟电路、复位电路、同步异步收发器、指示灯电路、插头电路、JTAG接口电路、降压稳压电路、整流滤波电路、USB总线转接电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PC14和PC15接线端连接一组时钟电路，所述STM32STM32F103ZET6单片机通过NRST接线端连接两组复位电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过OSC_IN和OSC_OUT接线端连接另一组时钟电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过NRST和BOOTO接线端连接USB总线转接电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机PA10和PA9接线端接同步异步收发器，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过BOOTO和BOOT1接线端接一组插头电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PB4、PA15、PA13、PA14、PB3、NRST接线端连接JTAG接口电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PF5和PR8接线端连接指示灯电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过VDDA、VREF+、VSSA、VREF-接线端接整流滤波电路；

所述复位电路设有两组，其中一组复位电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机NRST接线端连接的电阻R24、电容C28和按钮S1，所述电容C28的另一端接地并与按钮S1的另一端连接，所述电阻R24的另一端接3.3V电源，；另一组复位电路包括与所述STM32STM32F103ZET6单片机NRST接线端连接的看门狗芯片U1，看门狗芯片U1的7接线端和连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，所述看门狗芯片U1的6接线端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，所述看门狗芯片U1的2接线端接电容C1的一端和3.3V电源，所述看门狗芯片U1的1接线端接电阻R1的一端、电容C2的一端、按钮K1的一端和电阻R4的另一端，所述看门狗芯片U1的8接线端接电阻R4的另一端，所述看门狗芯片U1的3和4接线端接地，所述按钮K1的另一端接地，所述电容C1的另一端接地，所述电阻R2的另一端接3.3V电源，所述电阻R3的另一端接地；

所述存储器拓展板与I\O口拓展板，分别用于对存储器以及I\O口进行拓展；

所述驱动器，用于对电机进行驱动控制；

所述光电隔离器，用于进行控制隔离和控制耦合；

所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，用于驱动所述纵向丝轴、横向丝轴、Z向丝轴进行三轴运动；

所述纵向丝轴、横向丝轴和Z向丝轴，用于进行带动螺母滑块进行三轴运动；

所述功率放大器，用于将接收的电信号放大并发送出去；

所述显示器，用于显示控制和装置运行状态；

所述STM32STM32 F103ZET6单片机连接存储器拓展板，所述存储器拓展板连接I\0口拓展板，所述I\0口拓展板连接两组驱动器，其中一组驱动器连接键盘和显示器，另一组驱动器连接功率放大器，所述功率放大器连接X轴电机、Y轴电机、Z轴电机，所述X轴电机、Y轴电机、Z轴电机分别连接横向丝轴、纵向丝轴、Z向丝轴。

上述控制系统，通过USB总线转接电路将数据传输到STM32STM32 F103ZET6单片机，通过STM32STM32 F103ZET6单片机经存储器拓展板、I\O口拓展板给驱动器驱动信号，然后通过功率放大器对信号进行放大，从而驱动对应的X、Y、Z轴电机工作，实现数控激光切割。

本发明，通过复位电路对控制电路进行复位，尤其是，当降压稳压电路输出电源的输出功率达到一定值时，主控电路会出现“工作异常”，特别是在电源的输出功率≥80%额定功率时，出现的概率更大。当设置了具有U1的复位电路后，对外部干扰的抵抗能力明显稳定，该复位电路的工作原理是：当按下K1，则通过U1给STM32 F103ZET6单片机一复位信号，迫使STM32 F103ZET6单片机强制复位。同时，用一个控制电路实行，主要采用单片机进行操控实践，基于单片机进行多级控制，对比其他控制的多样性，这样实施会更加专注于控制，减少或者可以避免其他软件对单片机的干扰。从而提升使用激光的数控切割机器设备的可靠性以及控制精度，进而提高效率和质量。

优选的，所述USB总线转接电路包括USB总线转接芯片U2，所述USB总线转接芯片U2的1接线端接地，所述USB总线转接芯片U2的TXD、RXD接线端与所述USART1模块的2、4接线端连接，所述USB总线转接芯片U2的4接线端接电容C21的一端，所述电容C21的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的CH340D+、CH340D-接线端接接口USB的3、2接线端，所述接口USB的1接线端接电源，所述接口USB的5接线端接地，所述USB总线转接芯片U2的7接线端接晶振器Y1的一端和电容C23的一端，所述USB总线转接芯片U2的8接线端接电容C22的一端和晶振器Y1的另一端，所述电容C22的另一端与所述电容C23的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的16接线端接电容C20的一端和电容C19的一端以及5V电源，所述电容C20和电容C19的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的14接线端接电阻R17的一端和三极管Q1的发射极，所述USB总线转接芯片U2的13接线端接电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极接二极管D1的阴极和电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接电源3.3V，所述二极管D1的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的NRST接线端，所述电阻R17的另一端接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极接电阻R18的一端，所述电阻R18的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的BOOTO接线端，所述三极管Q2的发射极接3.3V电源。针对该电路，在将USB转换成串口的过程，如果USB输入了数据，则数据经过CH340D+、CH340D-接线端进入到USB总线转接芯片U2内，然后通过RTS#请求发生MOEDM联络信号，通过DTR#输出MOEDM联络信号，经过STM32 F103ZET6单片机的BOOT0接口通知STM32 F103ZET6单片机数据终端就绪，然后USB总线转接芯片U2通过TXD和RXD经STM32 F103ZET6单片机的PA9和PA10发生和接收数据，从而实现USB数据的转换。这样能将USB数据可靠的、准确的进行传输转换，从而提高数控激光切割的切割精度。

优选的，同步异步收发器包括USART1模块，所述USART1模块的1接线端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的PA10接线端，所述USART1模块的3接线端接STM32STM32F103ZET6单片机的PA9接线端，所述USART1模块的2、4接线端接USB总线转接电路的TXD、RXD接线端。

优选的，所述控制系统中还包括距离传感器和摄像头模块，所述距离传感器和摄像头模块皆与所述单片机连接，所述STM32STM32 F103ZET6单片机连接电机执行机，所述距离传感器和摄像头模块将采集的信号发送至STM32STM32 F103ZET6单片机。

优选的，显示器采用LED显示器，LED显示器采用7位LED显示屏，屏幕分辨率为1

。

优选的，所述STM32STM32 F103ZET6单片机还连接有无线模块，且无线模块与上位机无线连接，接收上位机无线信息并发送至STM32STM32 F103ZET6单片机上。

优选的，其中控制系统工作方法包括如下步骤：

步骤1：加工准备；

步骤2：装置复位进行初始化；

步骤3：调X，Y定位程序；

步骤4：调Z轴坐标；

步骤5：调整结束；

步骤6：X轴、Y轴、Z轴开始加工。

优选的，所述存储器拓展板拾取终端允许单片机包含8K闪存FLASH，若＜8K，STM32STM32 F103ZET6单片机则从程序的存储器拓展板中进行读取，当

为低电平时,STM32STM32 F103ZET6单片机则从外部直接读取存储器的程序。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，用一个控制电路实行，主要采用单片机进行操控实践，基于STM32芯片进行多级控制，对比其他控制的多样性，这样实施会更加专注于控制，减少或者可以避免其他软件对STM32单片机的干扰。从而提升使用激光的数控切割机器设备的可靠性以及控制精度，进而提高效率和质量。

附图说明

图1为按照本发明的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统的一优选实施例的系统图。

图2为按照本发明的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统的一优选实施例的系统控制图。

图3为按照本发明的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统的一优选实施例的系统工作流程图。

图4为按照本发明的一种基于单片机的数控激光切割机控制电路的一优选实施例的STM32 F103ZET6单片机电路图。

图5为另一复位电路的原理图。

图6为同步异步接收器示意图。

图7为USB总线转接电路。

图8为USB结构图。

图9为指示灯电路的原理图。

图10为插头电路的示意图。

图11为JTAG接口电路的示意图。

图12为降压稳压电路的原理图。

图13为整流滤波电路的原理图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-图3所示，本实施例提供的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，包括控制电路、存储器拓展板、I\O口拓展板、两组驱动器、光电隔离器、功率放大器、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、键盘、显示器、纵向丝轴、横向丝轴、Z向丝轴。

所述控制电路，用于存储控制程序接收并发送控制信息。

如图4-图13所示，控制电路包括STM32STM32 F103ZET6单片机、时钟电路、复位电路、同步异步收发器、指示灯电路、插头电路、JTAG接口电路、降压稳压电路、整流滤波电路、USB总线转接电路。

所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PC14和PC15接线端连接一组时钟电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过NRST接线端连接两组复位电路，所述STM32STM32F103ZET6单片机通过OSC_IN和OSC_OUT接线端连接另一组时钟电路，所述STM32STM32F103ZET6单片机通过NRST和BOOTO接线端连接USB总线转接电路，所述STM32STM32F103ZET6单片机PA10和PA9接线端接同步异步收发器，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过BOOTO和BOOT1接线端接一组插头电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PB4、PA15、PA13、PA14、PB3、NRST接线端连接JTAG接口电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PF5和PR8接线端连接指示灯电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过VDDA、VREF+、VSSA、VREF-接线端接整流滤波电路。

在本实施例中，如图4所示，所述时钟电路设有两组，其中一组包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机PC14接线端连接的电阻R20，所述电阻R20的另一端接电容C25的一端和晶振器X1的一端，所述电容C25的另一端接地，所述STM32STM32 F103ZET6单片机的PC15接线端连接电阻R21，所述电阻R21的另一端接电容C16的一端和晶振器X1的另一端，所述电容C16的另一端接地。

另一组时钟电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机OSC_IN接线端连接的电阻R23和晶振器X2以及电容C14，所述电容C14的另一端接地，所述晶振器X2的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的OSC_OUT接线端，所述STM32STM32 F103ZET6单片机的OSC_OUT接线端还连接电阻R23的另一端和电容C17的一端，所述电容C17的另一端接地。

在本实施例中，所述复位电路设有两组，如图4所示，其中一组复位电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机NRST接线端连接的电阻R24、电容C28和按钮S1，所述电容C28的另一端接地并与按钮S1的另一端连接，所述电阻R24的另一端接3.3V电源，当按下按键S1时，电容C28短路，则实现复位。

如图5所示，另一组复位电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机NRST接线端连接的看门狗芯片U1，在本实施例中，看门狗芯片U1的型号为SP706S，看门狗芯片U1的7接线端和连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，所述看门狗芯片U1的6接线端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，所述看门狗芯片U1的2接线端接电容C1的一端和3.3V电源，所述看门狗芯片U1的1接线端接电阻R1的一端、电容C2的一端、按钮K1的一端和电阻R4的另一端，所述看门狗芯片U1的8接线端接电阻R4的另一端，所述看门狗芯片U1的3和4接线端接地，所述按钮K1的另一端接地，所述电容C1的另一端接地，所述电阻R2的另一端接3.3V电源，所述电阻R3的另一端接地。

STM32STM32 F103ZET6单片机当中的复位电路属于低电平复位电路，如果有重置芯片的需要，可使用断电复位完成此操作。

在本实施例中，如图6所示，同步异步收发器包括USART1模块，所述USART1模块的1接线端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的PA10接线端，所述USART1模块的3接线端接STM32STM32 F103ZET6单片机的PA9接线端，所述USART1模块的2、4接线端接USB总线转接电路的TXD、RXD接线端。

在本实施例中，如图7和图8所示，所述USB总线转接电路包括USB总线转接芯片U2，所述USB总线转接芯片U2的1接线端接地，所述USB总线转接芯片U2的TXD、RXD接线端与所述USART1模块的2、4接线端连接，所述USB总线转接芯片U2的4接线端接电容C21的一端，所述电容C21的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的CH340D+、CH340D-接线端接接口USB的3、2接线端，所述接口USB的1接线端接电源，所述接口USB的5接线端接地，所述USB总线转接芯片U2的7接线端接晶振器Y1的一端和电容C23的一端，所述USB总线转接芯片U2的8接线端接电容C22的一端和晶振器Y1的另一端，所述电容C22的另一端与所述电容C23的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的16接线端接电容C20的一端和电容C19的一端以及5V电源，所述电容C20和电容C19的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的14接线端接电阻R17的一端和三极管Q1的发射极，所述USB总线转接芯片U2的13接线端接电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极接二极管D1的阴极和电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接电源3.3V，所述二极管D1的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的NRST接线端，所述电阻R17的另一端接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极接电阻R18的一端，所述电阻R18的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的BOOTO接线端，所述三极管Q2的发射极接3.3V电源。

在本实施例中，如图9所示，所述指示灯电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机的PF5接线端连接的电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接发光二极管LD1的阳极，所述STM32STM32 F103ZET6单片机的PF8接线端接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端接发光二极管LD2的阴极，所述发光二极管LD1和发光二极管LD2的阴极皆接地。当STM32 F103ZET6单片机启动后，通过PF5和PF8给LD1和LD2供电，这样，能直观的知晓STM32 F103ZET6单片机是否已经工作。

在本实施例中，如图10所示，所述插头电路包括Header3X2插头，所述Header3X2插头的1接线端和2接线端皆皆有3.3V电源，所述Header3X2插头的3接线端接电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的BOOTO接线端，所述Header3X2插头的4接线端接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的B00T1接线端，所述Header3X2插头的5和6接线端接地。

在本实施例中，如图11所示，所述JTAG接口电路包括JTAG接口J2，所述JTAG接口J2的4、6、8、10、12、14、16、18和20接地，所述JTAG接口J2的1、3、5、7、9、11、13分别接电阻R7、R6、R5、R4、R12、R3的一端，所述电阻R12的另一端接电阻R4的一端，所述电阻R7、R6、R5、R4、R3的另一端接3.3V电源，所述JTAG接口J2通过电阻R14接电源5V，所述JTAG接口J2的3、5、7、9、13、15接线端接STM32STM32 F103ZET6单片机的PB4、PA15、PA13、PA14、PB3、NRST接线端。

在本实施例中，如图12所示，所述降压稳压电路包括稳压芯片U1，稳压芯片U1为LM1117-3.3，所述稳压芯片U1的3接线端接电容C3的一端、有极电容C1的阳极和5V电源，所述稳压芯片U1的2接线端接有极电容C2的阳极和电容C4的一端并输出3.3V电源，所述有极电容C2的阴极、电容C4的另一端、电容C3的另一端和有机电容C1的阴极皆接地，所述压芯片U1的1接线端接地。该电路，通过稳压芯片U1能实现稳定电压的输出。

在本实施例中，如图13所示，所述整流滤波电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机的VDDA连接的电感器L1和电感器L2，所述电感器L1和电感器L2分别接3.3V电源、所述STM32STM32 F103ZET6单片机的VREF+接线端以及电容C6和电容C7的一端，所述电容C6和电容C7的另一端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的VREF-接线端和电感器L4的一端，所述电感器L4的另一端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的VSSA接线端和电感器L3的一端，所述电感器L3的另一端接地，所述STM32STM32 F103ZET6单片机的VDDA接线端还接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的VSSA接线端。该电路，通过滤波后，能给STM32 F103ZET6单片机提供干净的、稳定的电压，让STM32 F103ZET6单片机的工作稳定性好。

本发明的基于单片机的数控激光切割机控制电路，通过时钟电路进行计时，通过复位电路对控制电路进行复位，尤其是，当降压稳压电路输出电源的输出功率达到一定值时，主控电路会出现“工作异常”，特别是在电源的输出功率≥80%额定功率时，出现的概率更大。当设置了具有U1的复位电路后，对外部干扰的抵抗能力明显稳定，该复位电路的工作原理是：当按下K1，则通过U1给STM32 F103ZET6单片机一复位信号，迫使STM32 F103ZET6单片机强制复位。由于设置了降压稳压电路和整流滤波电路，因此，能给STM32 F103ZET6单片机提供稳定的电压，让STM32 F103ZET6单片机的工作稳定。在将USB转换成串口的过程，如果USB输入了数据，则数据经过CH340D+、CH340D-接线端进入到USB总线转接芯片U2内，然后通过RTS#请求发生MOEDM联络信号，通过DTR#输出MOEDM联络信号，经过STM32 F103ZET6单片机的BOOT0接口通知STM32 F103ZET6单片机数据终端就绪，然后USB总线转接芯片U2通过TXD和RXD经STM32 F103ZET6单片机的PA9和PA10发生和接收数据，从而实现USB数据的转换。这样能将USB数据可靠的、准确的进行传输转换，从而提高数控激光切割的切割精度。

所述存储器拓展板与I\O口拓展板，分别用于对存储器以及I\O口进行拓展。

所述驱动器，用于对电机进行驱动控制。

所述光电隔离器，用于进行控制隔离和控制耦合。

所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，用于驱动所述纵向丝轴、横向丝轴、Z向丝轴进行三轴运动。

所述纵向丝轴、横向丝轴和Z向丝轴，用于进行带动螺母滑块进行三轴运动。

所述功率放大器，用于将接收的电信号放大并发送出去。

所述显示器，用于显示控制和装置运行状态。

所述单片机连接存储器拓展板，所述存储器拓展板连接I\0口拓展板，所述I\0口拓展板连接两组驱动器，其中一组驱动器连接键盘和显示器，另一组驱动器连接功率放大器，所述功率放大器连接X轴电机、Y轴电机、Z轴电机，所述X轴电机、Y轴电机、Z轴电机分别连接横向丝轴、纵向丝轴、Z向丝轴。

在本实施例中，所述显示器采用LED，所述键盘采用无键矩阵电路键，所述机器部分控制采用逐步引擎驱动。

在本实施例中，所述控制系统中还包括距离传感器和摄像头模块，所述距离传感器和摄像头模块皆与所述STM32 F103ZET6单片机连接，所述STM32 F103ZET6单片机连接电机执行机，所述距离传感器和摄像头模块将采集的信号发送至STM32 F103ZET6单片机。

在本实施例中，所述LED显示器采用7位LED显示屏，屏幕分辨率为1

。

在本实施例中，所述STM32 F103ZET6单片机还连接有无线模块，且无线模块与上位机无线连接，接收上位机无线信息并发送至STM32 F103ZET6单片机上。

上述控制系统，通过USB总线转接电路将数据传输到STM32STM32 F103ZET6单片机，通过STM32STM32 F103ZET6单片机经存储器拓展板、I\O口拓展板给驱动器驱动信号，然后通过功率放大器对信号进行放大，从而驱动对应的X、Y、Z轴电机工作，实现数控激光切割。

本发明，通过复位电路对控制电路进行复位，尤其是，当降压稳压电路输出电源的输出功率达到一定值时，主控电路会出现“工作异常”，特别是在电源的输出功率≥80%额定功率时，出现的概率更大。当设置了具有U1的复位电路后，对外部干扰的抵抗能力明显稳定，该复位电路的工作原理是：当按下K1，则通过U1给STM32 F103ZET6单片机一复位信号，迫使STM32 F103ZET6单片机强制复位。由于设置了降压稳压电路和整流滤波电路，因此，能给STM32 F103ZET6单片机提供稳定的电压，让STM32 F103ZET6单片机的工作稳定。在将USB转换成串口的过程，如果USB输入了数据，则数据经过CH340D+、CH340D-接线端进入到USB总线转接芯片U2内，然后通过RTS#请求发生MOEDM联络信号，通过DTR#输出MOEDM联络信号，经过STM32 F103ZET6单片机的BOOT0接口通知STM32 F103ZET6单片机数据终端就绪，然后USB总线转接芯片U2通过TXD和RXD经STM32 F103ZET6单片机的PA9和PA10发生和接收数据，从而实现USB数据的转换。这样能将USB数据可靠的、准确的进行传输转换，从而提高数控激光切割的切割精度。

因此，用一个控制电路实行，主要采用单片机进行操控实践，基于单片机进行多级控制，对比其他控制的多样性，这样实施会更加专注于控制，减少或者可以避免其他软件对单片机的干扰。从而提升使用激光的数控切割机器设备的可靠性以及控制精度，进而提高效率和质量。

如图3所示，控制系统工作方法包括如下步骤：

S1：加工准备；

S2：装置复位进行初始化；

S3：调X，Y定位程序；

S4：调Z轴坐标；

S5：调整结束；

S6：X轴、Y轴、Z轴开始加工。

在本实施例中，所述存储器拓展板拾取终端允许STM32 F103ZET6单片机包含8K闪存FLASH，若＜8K，STM32 F103ZET6单片机则从程序的存储器拓展板中进行读取，当

为低电平时,STM32 F103ZET6单片机则从外部直接读取存储器的程序。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：包括控制电路、存储器拓展板、I\O口拓展板、两组驱动器、光电隔离器、功率放大器、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、键盘、显示器、纵向丝轴、横向丝轴、Z向丝轴；

所述控制电路，用于存储控制程序接收并发送控制信息；

控制电路包括STM32STM32 F103ZET6单片机、时钟电路、复位电路、同步异步收发器、指示灯电路、插头电路、JTAG接口电路、降压稳压电路、整流滤波电路、USB总线转接电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PC14和PC15接线端连接一组时钟电路，所述STM32STM32F103ZET6单片机通过NRST接线端连接两组复位电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过OSC_IN和OSC_OUT接线端连接另一组时钟电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过NRST和BOOTO接线端连接USB总线转接电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机PA10和PA9接线端接同步异步收发器，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过BOOTO和BOOT1接线端接一组插头电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PB4、PA15、PA13、PA14、PB3、NRST接线端连接JTAG接口电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过PF5和PR8接线端连接指示灯电路，所述STM32STM32 F103ZET6单片机通过VDDA、VREF+、VSSA、VREF-接线端接整流滤波电路；

所述复位电路设有两组，其中一组复位电路包括与所述STM32STM32 F103ZET6单片机NRST接线端连接的电阻R24、电容C28和按钮S1，所述电容C28的另一端接地并与按钮S1的另一端连接，所述电阻R24的另一端接3.3V电源，；另一组复位电路包括与所述STM32STM32F103ZET6单片机NRST接线端连接的看门狗芯片U1，看门狗芯片U1的7接线端和连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，所述看门狗芯片U1的6接线端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，所述看门狗芯片U1的2接线端接电容C1的一端和3.3V电源，所述看门狗芯片U1的1接线端接电阻R1的一端、电容C2的一端、按钮K1的一端和电阻R4的另一端，所述看门狗芯片U1的8接线端接电阻R4的另一端，所述看门狗芯片U1的3和4接线端接地，所述按钮K1的另一端接地，所述电容C1的另一端接地，所述电阻R2的另一端接3.3V电源，所述电阻R3的另一端接地；

所述存储器拓展板与I\O口拓展板，分别用于对存储器以及I\O口进行拓展；

所述驱动器，用于对电机进行驱动控制；

所述光电隔离器，用于进行控制隔离和控制耦合；

所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，用于驱动所述纵向丝轴、横向丝轴、Z向丝轴进行三轴运动；

所述纵向丝轴、横向丝轴和Z向丝轴，用于进行带动螺母滑块进行三轴运动；

所述功率放大器，用于将接收的电信号放大并发送出去；

所述显示器，用于显示控制和装置运行状态；

所述STM32STM32 F103ZET6单片机连接存储器拓展板，所述存储器拓展板连接I\0口拓展板，所述I\0口拓展板连接两组驱动器，其中一组驱动器连接键盘和显示器，另一组驱动器连接功率放大器，所述功率放大器连接X轴电机、Y轴电机、Z轴电机，所述X轴电机、Y轴电机、Z轴电机分别连接横向丝轴、纵向丝轴、Z向丝轴。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：所述USB总线转接电路包括USB总线转接芯片U2，所述USB总线转接芯片U2的1接线端接地，所述USB总线转接芯片U2的TXD、RXD接线端与所述USART1模块的2、4接线端连接，所述USB总线转接芯片U2的4接线端接电容C21的一端，所述电容C21的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的CH340D+、CH340D-接线端接接口USB的3、2接线端，所述接口USB的1接线端接电源，所述接口USB的5接线端接地，所述USB总线转接芯片U2的7接线端接晶振器Y1的一端和电容C23的一端，所述USB总线转接芯片U2的8接线端接电容C22的一端和晶振器Y1的另一端，所述电容C22的另一端与所述电容C23的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的16接线端接电容C20的一端和电容C19的一端以及5V电源，所述电容C20和电容C19的另一端接地，所述USB总线转接芯片U2的14接线端接电阻R17的一端和三极管Q1的发射极，所述USB总线转接芯片U2的13接线端接电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极接二极管D1的阴极和电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接电源3.3V，所述二极管D1的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的NRST接线端，所述电阻R17的另一端接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极接电阻R18的一端，所述电阻R18的另一端接STM32STM32 F103ZET6单片机的BOOTO接线端，所述三极管Q2的发射极接3.3V电源。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：同步异步收发器包括USART1模块，所述USART1模块的1接线端接所述STM32STM32 F103ZET6单片机的PA10接线端，所述USART1模块的3接线端接STM32STM32 F103ZET6单片机的PA9接线端，所述USART1模块的2、4接线端接USB总线转接电路的TXD、RXD接线端。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：所述控制系统中还包括距离传感器和摄像头模块，所述距离传感器和摄像头模块皆与所述单片机连接，所述STM32STM32 F103ZET6单片机连接电机执行机，所述距离传感器和摄像头模块将采集的信号发送至STM32STM32 F103ZET6单片机。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：显示器采用LED显示器，LED显示器采用7位LED显示屏，屏幕分辨率为1μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：所述STM32STM32 F103ZET6单片机还连接有无线模块，且无线模块与上位机无线连接，接收上位机无线信息并发送至STM32STM32 F103ZET6单片机上。

7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：其中控制系统工作方法包括如下步骤：

步骤1：加工准备；

步骤2：装置复位进行初始化；

步骤3：调X，Y定位程序；

步骤4：调Z轴坐标；

步骤5：调整结束；

步骤6：X轴、Y轴、Z轴开始加工。

8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数控激光切割机控制系统，其特征在于：所述存储器拓展板拾取终端允许单片机包含8K闪存FLASH，若＜8K，STM32STM32 F103ZET6单片机则从程序的存储器拓展板中进行读取，当

为低电平时,STM32STM32 F103ZET6单片机则从外部直接读取存储器的程序。

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