CN114654733B - 3d打印机供电与联机控制系统、方法和一对多控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机供电与联机控制系统、方法和一对多控制系统，其中包括：外置于3D打印机的PSE供电设备；与3D打印机集成在一起的PD受电模块；网络设备；PSE供电设备包括POE接口、电源输入端口和网络接口；PD受电模块包括POE接口、负载接口和数据接口，PD受电模块的POE接口通过网线与PSE供电设备的POE接口连接；负载接口用于连接至3D打印机主板的供电接口；PD受电模块的数据接口用于连接至3D打印机主板的数据接口。本发明取消了直接在机器上安装的交流开关电源，简化了接线，同时提高了系统的安全性，降低了3D打印机开关电源的成本，无需更换3D打印机主板MCU，十分方便的将3D打印机设备联网，可以进行一对多的控制联机打印。

Description

3D打印机供电与联机控制系统、方法和一对多控制系统

技术领域

本发明涉及供电系统领域，特别是一种3D打印机供电与联机控制系统、方法和一对多控制系统。

背景技术

目前使用的FDM的3D打印机，采用在机器上直接内置交流开关电源，用于给机器的各种设备供电。在低端打印机上，机器电源的成本在打印机整体成本中占有很高的比例。

目前能具有联网功能的3D打印机大部分属于高端型打印机，市价百元的机器，绝大部分不具有联网打印的功能，目前使用比较多的改造方案为配合树莓派进行使用，通过树莓派进行联网，目前树莓派售价大约为100美元左右，改造成本高。

此外，在对3D打印机联网进行联机打印的时候，需要连接一根联机信号线，同时又需要连接电源线，用于与主机进行联机控制打印，在联机机器数量较多的时候，线路就显得较为复杂。

低端的3D打印机主板大部分不具备联网功能，大多使用串口线与主机进行一对一的联机打印，无法进行一对多的联机打印。

因鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印机供电与联机控制系统、方法及一对多控制系统，取消了直接在机器上安装的交流开关电源，简化了接线，同时提高了系统的安全性，降低了3D打印机开关电源的成本，无需更换3D打印机主板MCU，十分方便的将3D打印机设备联网，可以进行一对多的控制联机打印。

为解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供一种3D打印机供电与联机控制系统，包括：

外置于所述3D打印机的PSE供电设备；

与所述3D打印机集成在一起的PD受电模块；

网络设备；

所述PSE供电设备包括POE接口、电源输入端口和网络接口；所述PSE供电设备的网络接口通过网线与所述网络设备连接；所述PSE供电设备的网络接口和POE接口耦合在一起；

所述PD受电模块包括POE接口、负载接口和数据接口，所述PD受电模块的POE接口通过网线与所述PSE供电设备的POE接口连接；所述负载接口用于连接至3D打印机主板的供电接口；所述PD受电模块的数据接口用于连接至3D打印机主板的数据接口。

在一些实施例中，所述PSE供电设备包括PSE单元，所述PSE单元连接所述PSE供电设备的POE接口和电源输入端口，当3D打印机通过网线连接到PSE供电设备的POE接口后，PSE单元对3D打印机进行特征检测，若特征匹配，使电源输入端口输入的电压通过POE接口输出到3D打印机端。

在一些实施例中，所述PSE单元对3D打印机进行特征检测包括确定需要的功率大小和供电对数。

在一些实施例中，所述电源输入端口输入交流电，并通过AC/DC模块转换为直流电输入。

在一些实施例中，所述PD受电模块包括PD单元，所述PD单元通过所述PD受电模块的POE接口向所述PSE供电设备提供特征并接收所述PSE供电设备提供的电压和控制信号，并将电压和控制信号分离开来。

在一些实施例中，所述PD单元通过电源适配器连接所述负载接口，所述PD单元还通过网络适配器连接MCU，并通过MCU连接所述PD受电模块的数据接口，以使得MCU从网络适配器中获得网络数据包，将网络数据包中的数据端部分提取出来，转换成和数据接口对应的数据进行收发。

在一些实施例中，所述数据接口包括TX/RX线路。

在一些实施例中，所述网络设备为交换机或路由器。

第二方面，本发明实施例还提供一种3D打印机一对多控制系统，包括：

在多台3D打印机组成的集群中，外置于每台所述3D打印机的PSE供电设备；

与每台所述3D打印机集成在一起的PD受电模块；

多台3D打印机共用的网络设备；

所述PSE供电设备包括POE接口、电源输入端口和网络接口；所述PSE供电设备的网络接口通过网线与所述网络设备连接；所述PSE供电设备的网络接口和POE接口耦合在一起；

所述PD受电模块包括POE接口、负载接口和数据接口，所述PD受电模块的POE接口通过网线与所述PSE供电设备的POE接口连接；所述负载接口用于连接至3D打印机主板的供电接口；所述PD受电模块的数据接口用于连接至3D打印机主板的数据接口；

云端服务器，所述云端服务器与所述网络设备通信连接，以使得云端服务器可以同时联机控制所述多台3D打印机。

第三方面，本发明实施例还提供一种3D打印机供电与联机控制方法，其基于上述的3D打印机供电与联机控制系统实现，所述方法包括：

PD受电模块通过POE接口从PSE供电设备获得输入电压，为3D打印机主板供电，PD受电模块通过数据接口，给3D打印机主板收发控制信号；3D打印机主板获得输入电压和控制信号，对3D打印机上的各组件进行供电和控制；PSE供电设备通过网络设备将3D打印机连接至互联网，进行联机控制打印。

本发明实施例提供的一种3D打印机供电与联机控制系统、方法及一对多控制系统，基于POE实现，POE电源采用外置形式，使用本系统开发的PSE供电设备作为POE电源，取消了在机器上直接在机器上安装交流开关电源，将联机信号线与电源线合二为一，简化了接线，同时提高了系统的安全性，降低了3D打印机开关电源的成本。

此外，本系统所开发的PD受电模块，作为受电端，将POE接口的电源和数据进行分离，PD受电模块直接给3D打印机主板供电；将网络数据包转换为串行数据，通过数据接口与现有3D打印机主板的串口连接，无需更换3D打印机主板MCU；3D打印机器POE端口通过与PSE供电设备的POE端口连接，PSE供电设备的网络端口与外网网络设备连接，十分方便的将3D打印机设备联网，利用云服务器可以进行一对多的控制联机打印。

附图说明

图1为本发明实施例提供的3D打印机供电与联机控制系统中PSE单元的原理框图；

图2为本发明实施例提供的3D打印机供电与联机控制系统中PSE供电设备原理框图，

图3为本发明实施例提供的3D打印机供电与联机控制系统中PD单元的原理框图；

图4为本发明实施例提供的3D打印机供电与联机控制系统中PD受电模块的原理框图；

图5为本发明实施例提供的3D打印机供电与联机控制系统的结构示意图（与3D打印机主板连接状态）；

图6为本发明实施例提供的3D打印机一对多控制系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的3D打印机供电与联机控制系统中PSE供电设备的外部结构示意图；

图8为3D打印机、PD受电模块、PSE供电设备的外部接线结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

在本发明的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

请参考图5和8，为了解决上述问题，本发明实施例提供一种3D打印机供电与联机控制系统，包括：外置于3D打印机的PSE供电设备208、与3D打印机集成在一起的PD受电模块；网络设备；

其中，PSE供电设备包括POE接口、电源输入端口201和网络接口；PSE供电设备208的网络接口204通过网线203与网络设备的网络接口202连接；PSE供电设备208的网络接口和POE接口耦合在一起；PD受电模块包括POE接口、负载接口和数据接口，PD受电模块的POE接口207通过网线206与PSE供电设备的POE接口205连接；负载接口用于连接至3D打印机主板的供电接口；PD受电模块的数据接口用于连接至3D打印机主板的数据接口。

PD受电模块，作为受电端，将POE接口的电源和数据进行分离，PD受电模块直接给3D打印机主板供电；将网络数据包转换为串行数据，通过数据接口与现有3D打印机主板的串口连接，无需更换3D打印机主板MCU；3D打印机器POE端口通过与PSE供电设备的POE端口连接，PSE供电设备的网络端口与外网网络设备连接，十分方便的将3D打印机设备联网，利用云服务器可以进行一对多的控制联机打印。

在一个实施例中，结合图2和7，PSE供电设备包括作为一个子模块安装在其中的PSE单元，以及前文所述的POE接口、电源输入端口和网络接口。PSE供电设备的电源输入端口201的输入为110V~220V的交流市电，通过AC/DC转换模块，将交流电转换为48V直流电，提供给PSE单元作为其电源输入，网络接口204为LAN接口，且为上行数据入口，结构为RJ45的网口，网络设备为交换机或路由器，LAN接口与交换机或者路由器相连，LAN接口还与POE接口205通过网络变压器将线路耦合在一起，从而将网络数据包通过POE接口205一起传递给PD受电模块，实现PSE供电设备的网络联机控制。

PSE供电设备接上AC交流电后，设备开始工作，将LAN接口连接上行交换机或路由器，由此，POE接口对外提供包含数据与电压，通过网线连接，供外部PD设备即3D打印机使用，PSE设备通过POE网口，通过网线，连接至3D打印机的POE端口处，为3D打印机进行供电。

在一个实施例中，PSE供电设备由于功率较小，其整体外壳采用金属外壳散热。

在一个实施例中，POE供电的标准IEEE 802.3bt，使用Type4供电模式，供电线路为4对，PSE输出电压为48V，输出功率90W；PD接受电压为48V，接收功率71W。

结合图1所示，在一个实施例中，PSE单元是一款2层的PCB主板，芯片采用德州仪器的TPS23882B的PSE芯片。PSE单元对外有一个电源输入端口， POE输出接口。

电源输入端口输入48V电压，当外部作为PD设备的3D打印机通过网线连接到POE接口后，PSE芯片会通过芯片上的检测引脚对外部3D打印机进行特征检测，确定3D打印机需要的功率的大小，和供电对数，当外部3D打印机符合PSE的供电条件后，即特征匹配，PSE芯片会控制线路的MOS管，将MOS管开启，让48V电压通过POE接口输出到3D打印机端。

结合图4所示，在一个实施例中，PD受电模块包括作为子模块安装在其中的PD单元，此外，PD受电模块整体安装在3D打印机机壳底部，对外留有POE接口。PD单元通过电源适配器连接负载接口，还通过网络适配器连接MCU，进而连接串行接口。

PD单元获得48V的电压输入后，将其连接至PD受电模块的电源适配器，通过相应的隔离电路，连接至PD单元的负载接口，该负载接口提供给3D打印机主板使用，提供48V的电压。

PD单元的中使用的MCU，采用ST的STM32F407型号，该型号通过PD单元分离的数据，从网络适配器中获得网络数据包，该数据包为TCP/IP形式，MCU通过将数据包的中的数据端部分提取出来，转换成串行数据，通过TX/RX线路，由PD单元通过串行接口进行收发。利用MCU器件，将TCP/IP数据包转换为串行数据，通过TX/RX接口与现有3D打印机主板的串口连接，无需更换3D打印机主板MCU。

结合图3所示，在一个实施例中， PD单元为一2层PCB板，使用德州仪器的TPS2373作为PD芯片。

PD芯片的引脚通过POE接口给PSE供电设备提供其特征，PSE供电设备通过PD芯片提供的特征，输出满足其功率要求的输出电流。

基于上述系统的控制方法为：PD受电模块通过POE接口从PSE供电设备获得输入电压，PD受电模块通过负载接口，连接至3D打印主板的供电接口，为3D打印机主板供电，PD受电模块通过串行接口，与3D打印机主板的TX/RX连接，用于给3D机主板收发控制信号。3D打印机主板获得输入电压和控制信号，可对3D打印机上的各组件如各轴电机、喷头组件、热床组件进行供电和控制；PSE供电设备通过LAN口，与外网交换机或路由器连接，进而将3D打印机连接至互联网，进行联机控制打印。

特别地，当需要多台3D打印机通过POE系统进行一对多联机控制打印时，本实施例也提供了相应的一对多联机控制系统，结合图6所示，将图5或图8所示的基于POE的3D打印机供电与联机控制系统与对应的打印机作为一个整体，根据需要设置多个这样的整体以形成集群，集群中每台3D打印机（打印机1-打印机7）的PSE供电模块的LAN口（LAN1-LAN7），连接至多端口路由或者交换机的LAN口中，交换机通过无线或者有线连接至互联网，运行至PC或者云端服务器的主机程序，可以实现对多台打印机的联机控制，完成打印任务。

应当理解是，上述各个程序模块与方法实施例中所描述的各个步骤具有一一对应的关系，在方法实施例中描述的技术方案也可以应用于各个程序模块的具体配置中，为避免重复，在此不再赘述。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.3D打印机供电与联机控制系统，其特征在于，包括：

外置于所述3D打印机的PSE供电设备；

与所述3D打印机集成在一起的PD受电模块；

网络设备；

所述PSE供电设备包括POE接口、电源输入端口和网络接口；所述PSE供电设备的网络接口通过网线与所述网络设备连接；所述PSE供电设备的网络接口和POE接口耦合在一起；

所述PD受电模块包括POE接口、负载接口和数据接口，所述PD受电模块的POE接口通过网线与所述PSE供电设备的POE接口连接；所述负载接口用于连接至3D打印机主板的供电接口；所述PD受电模块的数据接口用于连接至3D打印机主板的数据接口；

所述PD受电模块包括PD单元，所述PD单元通过所述PD受电模块的POE接口向所述PSE供电设备提供特征并接收所述PSE供电设备提供的电压和控制信号，并将电压和控制信号分离开来；

所述PD单元通过电源适配器连接所述负载接口，所述PD单元还通过网络适配器连接MCU，并通过MCU连接所述PD受电模块的数据接口，以使得MCU从网络适配器中获得网络数据包，将网络数据包中的数据端部分提取出来，转换成和数据接口对应的数据进行收发；

所述PSE供电设备包括PSE单元，所述PSE单元连接所述PSE供电设备的POE接口和电源输入端口，当3D打印机通过网线连接到PSE供电设备的POE接口后，PSE单元对3D打印机进行特征检测，若特征匹配，使电源输入端口输入的电压通过POE接口输出到3D打印机端；

所述PSE单元对3D打印机进行特征检测包括确定需要的功率大小和供电对数。

2.根据权利要求1所述的3D打印机供电与联机控制系统，其特征在于，所述电源输入端口输入交流电，并通过AC/DC模块转换为直流电输入。

3.根据权利要求1所述的3D打印机供电与联机控制系统，其特征在于，所述数据接口包括TX/RX线路。

4.根据权利要求1-3任一所述的3D打印机供电与联机控制系统，其特征在于，所述网络设备为交换机或路由器。

5.3D打印机一对多控制系统，其特征在于，包括：

在多台3D打印机组成的集群中，外置于每台所述3D打印机的PSE供电设备；

与每台所述3D打印机集成在一起的PD受电模块；

多台3D打印机共用的网络设备；

所述PSE供电设备包括POE接口、电源输入端口和网络接口；所述PSE供电设备的网络接口通过网线与所述网络设备连接；所述PSE供电设备的网络接口和POE接口耦合在一起；

所述PD受电模块包括POE接口、负载接口和数据接口，所述PD受电模块的POE接口通过网线与所述PSE供电设备的POE接口连接；所述负载接口用于连接至3D打印机主板的供电接口；所述PD受电模块的数据接口用于连接至3D打印机主板的数据接口；

云端服务器，所述云端服务器与所述网络设备通信连接，以使得云端服务器可以同时联机控制所述多台3D打印机；

所述PD受电模块包括PD单元，所述PD单元通过所述PD受电模块的POE接口向所述PSE供电设备提供特征并接收所述PSE供电设备提供的电压和控制信号，并将电压和控制信号分离开来；

所述PD单元通过电源适配器连接所述负载接口，所述PD单元还通过网络适配器连接MCU，并通过MCU连接所述PD受电模块的数据接口，以使得MCU从网络适配器中获得网络数据包，将网络数据包中的数据端部分提取出来，转换成和数据接口对应的数据进行收发；

所述PSE供电设备包括PSE单元，所述PSE单元连接所述PSE供电设备的POE接口和电源输入端口，当3D打印机通过网线连接到PSE供电设备的POE接口后，PSE单元对3D打印机进行特征检测，若特征匹配，使电源输入端口输入的电压通过POE接口输出到3D打印机端；

所述PSE单元对3D打印机进行特征检测包括确定需要的功率大小和供电对数。

6.3D打印机供电与联机控制方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一所述的3D打印机供电与联机控制系统实现，所述方法包括：

PD受电模块通过POE接口从PSE供电设备获得输入电压，为3D打印机主板供电，PD受电模块通过数据接口，给3D打印机主板收发控制信号；3D打印机主板获得输入电压和控制信号，对3D打印机上的各组件进行供电和控制；PSE供电设备通过网络设备将3D打印机连接至互联网，进行联机控制打印。

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