CN203078183U - 一种基于arm单片机的伺服刻字机控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，采用单片机作为控制芯片，ARM单片机通过RS232接口、USB接口电脑端上位机软件发送的hpgl、dmpl、gpgl、dxf格式文件，或者读取U盘及SD卡中的plt、txt文件，进行插补控制后，在芯片中得到X/Y两个轴的瞬时速度，并且直接在该芯片内完成两个轴的位置伺服控制，驱动两个伺服电机，实现刻字机绘、切功能。本实用新型的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置采用ARM单片机作为伺服刻字机的控制芯片，成本低廉，功能有了新扩展，性能也得到大大提升，提高了伺服刻字机的竞争力。

Description

一种基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置

技术领域

本实用新型属于平面数控机床控制的技术领域，具体涉及一种基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置。

背景技术

广告设备作为数控机床中重要组成部分，种类越来越多，应用范围也越来越广。广告设备中发展最为迅速的有刻字机、写真机、激光切割机、条幅机、喷绘机等设备。

刻字机包括卷纸传动机构、携带刻刀或绘笔的小车进给机构、小车压力控制电路、插补控制器、传动机构驱动器和参数调试操作界面。步进刻字机中使用步进电机作为驱动的执行元件，其本身存在速度低、噪音大的缺点，在中高档场合中无法使用。改善刻字机性能最根本的办法还是更换步进驱动为伺服驱动，伺服驱动是刻字机未来的发展方向。

设计伺服驱动器常用数字信号处理器,但其应用扩展性不强。ARM芯片最近发展势头比较强劲，它不仅具有较强的数据运算能力，还具备了非常强大的应用扩展能力，例如多种与电脑通讯的硬件接口，兼容多种外部存储器，兼容多种显示设备等等。同时，ARM单片机的价格远远低于数字信号处理器，设计成本也大大降低。

现有的伺服刻字机产品以GRAPHTEC、MIMAKI、ROLAND三家品牌最为高端，其产品系列中所体现的功能主要集中在外部接口多样化、外部存储器使用U盘和SD卡、显示界面多种可选、手动/自动轮廓切割可选、机器自带尖角补偿功能。而从机器技术安全性考虑，其机器使用的控制电路却甚为复杂，机器成本和售价都较高。

因此，需要一种新的伺服刻字机控制装置以解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型针对现有技术中伺服刻字机成本较高的缺陷，提供一种低成本的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置采用如下技术方案：

一种基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，包括RS232接口、USB接口、U盘接口、SD卡接口、LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口、XPT2406触摸屏接口、可扩展4*4键盘操作接口、限位开关信号接口、智能风扇接口、小车落刀压力控制接口、小车落笔压力控制接口、红外LED驱动接口、反射型光电传感器驱动和信号反馈接口、X轴伺服电机电源线接口、Y轴伺服电机电源线接口、X轴编码器接口、Y轴编码器接口和24V电源接口，还包括ARM单片机、电脑、可扩展4*4键盘、显示器、限位开关、红光LED控制电路、反射型光电传感器控制电路、智能风扇、小车落车压力控制电路、小车落笔压力控制电路、X轴编码器、Y轴编码器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机，所述RS232接口或USB接口连接所述ARM单片机和所述电脑；所述可扩展4*4键盘操作接口连接可扩展4*4键盘和所述ARM单片机，所述LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口和/或XPT2406触摸屏接口连接所述ARM单片机和所述显示器；所述限位开关信号接口连接所述ARM单片机和所述限位开关，所述红光LED驱动接口连接所述ARM单片机和所述红光LED控制电路，所述反射型光电传感器驱动和信号反馈接口连接所述ARM单片机和所述反射型光电传感器控制电路；所述智能风扇接口连接所述ARM单片机和所述智能风扇，所述小车落刀压力控制接口连接所述ARM单片机和所述小车落刀压力控制电路，所述小车落笔压力控制接口连接所述ARM单片机和所述小车落笔压力控制电路；所述X轴编码器通过所述X轴编码器接口连接所述ARM单片机，所述Y轴编码器通过所述Y轴编码器接口连接所述ARM单片机，所述X轴伺服电机电源线接口连接所述X轴伺服电机和所述ARM单片机，所述Y轴伺服电机电源线接口连接所述Y轴伺服电机和所述ARM单片机。其中，所述限位开关用于检测刻字机两端墙板的位置。所述的红光LED控制电路用于手动轮廓切割中，反射型光电传感器控制电路用于自动轮廓切割中。

更进一步的，所述ARM单片机只有一个CPU。所述的控制装置中一个CPU完成接收命令数据、解析、插补、补偿、伺服驱动、显示、操作等刻字机需要的所有功能的控制。

更进一步的，所述LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口、XPT2406触摸屏接口和可扩展4*4键盘操作接口与所述ARM单片机之间设置有信号整理电路。

更进一步的，所述RS232接口和USB接口与所述ARM单片机之间设置有去耦电路。

更进一步的，所述U盘接口和SD卡接口与所述ARM单片机之间设置有通讯电路。

更进一步的，所述智能风扇接口、小车落刀压力控制接口和小车落笔压力控制接口与所述ARM单片机之间设置有电流放大电路。

更进一步的，所述X轴伺服电机电源线接口和Y轴伺服电机电源线接口与所述ARM单片机之间设置有驱动功率放大电路。

更进一步的，所述X轴编码器接口和Y轴编码器接口与所述ARM单片机之间设置有第二隔离电路。

更进一步的，所述ARM单片机和所述24V电源接口之间设置有DCDC变换电路。24V外接电源通过DCDC变换电路产生5V和3.3V电压。24V为驱动功率放大电路、小车落刀压力控制、小车落笔压力控制电路提供电源，5V为12232等显示模块、第一及第二隔离电路、电流放大电路、信号整理电路、限位开关、红外LED控制电路、反射型光电传感器提供电源，3.3V为掉电保持参数保存芯片、ARM单片机提供电源。

更进一步的，还包括摄像头接口和摄像头，所述摄像头接口连接所述摄像头和所述ARM单片机。摄像头是另一种用于自动轮廓切割的辅助设备，可以替代反射型光电传感器。

更进一步的，所述的ARM单片机的具体型号为STM32F103VET6、STM32F103ZET6、STM32F107VCT6或STM32F207ZGT6。

发明原理：ARM单片机通过RS232接口或者USB接口与电脑相连，接收电脑端上位机软件发送的hpgl、dmpl、gpgl、dxf格式文件，或者读取U盘及SD卡中的plt或txt文件，进行插补控制后，在ARM单片机内部得到X/Y两个轴的瞬时速度，并且直接在ARM单片机内完成两个轴的位置伺服控制，驱动X轴伺服电机和X轴伺服电机，通过可扩展4*4键盘输入暂停、功能切换、测试、原点设定、加工速度调节、刀压调节等功能，同时在LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口或XPT2406触摸屏上显示当前加工参数，实现刻字机绘、切，以ARM单片机完成一套伺服刻字机控制系统的全部功能。

有益效果：本实用新型的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置采用ARM单片机作为伺服刻字机的控制芯片，成本低廉，性能和功能均能大大提升，可以有效降低伺服刻字机的成本。

附图说明

图1 本实用新型的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1所示，本实用新型的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，一种基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，包括RS232接口、USB接口、U盘接口、SD卡接口、LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口、XPT2406触摸屏接口、可扩展4*4键盘操作接口、限位开关信号接口、智能风扇接口、小车落刀压力控制接口、小车落笔压力控制接口、红外LED驱动接口、反射型光电传感器驱动和信号反馈接口、X轴伺服电机电源线接口、Y轴伺服电机电源线接口、X轴编码器接口、Y轴编码器接口和24V电源接口。还包括ARM单片机、电脑、可扩展4*4键盘、显示器、限位开关、红光LED控制电路、反射型光电传感器控制电路、智能风扇、小车落车压力控制电路、小车落笔压力控制电路、X轴编码器、Y轴编码器、X轴伺服电机和Y轴伺服电机。ARM单片机只有一个CPU。的控制装置中一个CPU完成接收命令数据、解析、插补、补偿、伺服驱动、显示、操作等刻字机需要的所有功能的控制。智能风扇接口连接ARM单片机和智能风扇，小车落刀压力控制接口连接ARM单片机和小车落刀压力控制电路，小车落笔压力控制接口连接ARM单片机和小车落笔压力控制电路。智能风扇接口、小车落刀压力控制接口和小车落笔压力控制接口与ARM单片机之间设置有电流放大电路。X轴编码器通过X轴编码器接口连接ARM单片机，Y轴编码器通过Y轴编码器接口连接ARM单片机。X轴编码器接口和Y轴编码器接口与ARM单片机之间设置有第二隔离电路。X轴伺服电机电源线接口连接X轴伺服电机和ARM单片机，Y轴伺服电机电源线接口连接Y轴伺服电机和ARM单片机。X轴伺服电机电源线接口和Y轴伺服电机电源线接口与ARM单片机之间设置有驱动功率放大电路。

其中，RS232接口或USB接口连接ARM单片机和电脑，其中，RS232接口和USB接口与ARM单片机之间设置有去耦电路。可扩展4*4键盘操作接口连接可扩展4*4键盘和ARM单片机。LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口和/或XPT2406触摸屏接口连接ARM单片机和显示器。LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口、XPT2406触摸屏接口和可扩展4*4键盘操作接口与ARM单片机之间设置有信号整理电路。

限位开关信号接口连接ARM单片机和限位开关，红光LED驱动接口连接ARM单片机和红光LED控制电路，反射型光电传感器驱动和信号反馈接口连接ARM单片机和反射型光电传感器控制电路。其中，限位开关用于检测刻字机两端墙板的位置。红光LED控制电路用于手动轮廓切割中，反射型光电传感器控制电路用于自动轮廓切割中。

还包括摄像头接口和摄像头，摄像头接口连接摄像头和ARM单片机。摄像头是另一种用于自动轮廓切割的辅助设备，可以替代反射型光电传感器。

ARM单片机和24V电源接口之间设置有DCDC变换电路。24V外接电源通过DCDC变换电路产生5V和3.3V电压。24V为驱动功率放大电路、小车落刀压力控制、小车落笔压力控制电路提供电源，5V为12232等显示模块、第一及第二隔离电路、电流放大电路、信号整理电路、限位开关、红外LED控制电路、反射型光电传感器提供电源，3.3V为掉电保持参数保存芯片、ARM单片机提供电源。U盘接口和SD卡接口与ARM单片机之间设置有通讯电路。

ARM单片机的具体型号可以为STM32F103VET6、STM32F103ZET6、STM32F107VCT6或STM32F207ZGT6。

其中，本发明的伺服驱动包括直流伺服驱动和交流伺服驱动两种表现形式。控制装置还预留了外接U转串接口板、网转串模块和蓝牙模块的接口。

发明原理：ARM单片机通过RS232接口或者USB接口与电脑相连，接收电脑端上位机软件发送的hpgl、dmpl、gpgl、dxf格式文件，或者读取U盘及SD卡中的plt或txt文件，进行插补控制后，在ARM单片机内部得到X/Y两个轴的瞬时速度，并且直接在ARM单片机内完成两个轴的位置伺服控制，驱动X轴伺服电机和X轴伺服电机，通过可扩展4*4键盘输入暂停、功能切换、测试、原点设定、加工速度调节、刀压调节等功能，同时在LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口或XPT2406触摸屏上显示当前加工参数，实现刻字机绘、切，以ARM单片机完成一套伺服刻字机控制系统的全部功能。

本实用新型的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置采用ARM单片机作为伺服刻字机的控制芯片，该伺服刻字机控制系统具备速度快、噪音低、手动轮廓切割和自动轮廓切割兼容、自带尖角补偿、闭合补偿和顺刀补偿的功能、小字效果优良等特征。而且成本低廉，性能和功能均能大大提升，可以有效降低伺服刻字机的成本，提高伺服刻字机的市场竞争力。

Claims (10)

1.一种基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，包括RS232接口、USB接口、U盘接口、SD卡接口、LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口、XPT2406触摸屏接口、可扩展4*4键盘操作接口、限位开关信号接口、智能风扇接口、小车落刀压力控制接口、小车落笔压力控制接口、红外LED驱动接口、反射型光电传感器的驱动和信号反馈接口、X轴伺服电机电源线接口、Y轴伺服电机电源线接口、X轴编码器接口、Y轴编码器接口和24V电源接口，其特征在于，还包括ARM单片机、电脑、可扩展4*4键盘、显示器、限位开关、红光LED控制电路、反射型光电传感器控制电路、智能风扇、小车落车压力控制电路、小车落笔压力控制电路、X轴编码器、Y轴编码器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机，所述RS232接口或USB接口连接所述ARM单片机和所述电脑；所述可扩展4*4键盘操作接口连接可扩展4*4键盘和所述ARM单片机，所述LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口和/或XPT2406触摸屏接口连接所述ARM单片机和所述显示器；所述限位开关信号接口连接所述ARM单片机和所述限位开关，所述红外LED驱动连接所述ARM单片机和所述红光LED控制电路，所述反射型光电传感器的驱动和信号反馈接口连接所述ARM单片机和所述反射型光电传感器控制电路；所述智能风扇接口连接所述ARM单片机和所述智能风扇，所述小车落刀压力控制接口连接所述ARM单片机和所述小车落刀压力控制电路，所述小车落笔压力控制接口连接所述ARM单片机和所述小车落笔压力控制电路；所述X轴编码器通过所述X轴编码器接口连接所述ARM单片机，所述Y轴编码器通过所述Y轴编码器接口连接所述ARM单片机，所述X轴伺服电机电源线接口连接所述X轴伺服电机和所述ARM单片机，所述Y轴伺服电机电源线接口连接所述Y轴伺服电机和所述ARM单片机。

2.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述ARM单片机只有一个CPU。

3.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述LCD12232接口、4*8模块显示器接口、4*16模块显示器接口、段码显示器接口、ILI9328彩屏接口、XPT2406触摸屏接口和可扩展4*4键盘操作接口与所述ARM单片机之间设置有信号整理电路。

4.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述RS232接口和USB接口与所述ARM单片机之间设置有去耦电路。

5.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述U盘接口和SD卡接口与所述ARM单片机之间设置有通讯电路。

6.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述智能风扇接口、小车落刀压力控制接口和小车落笔压力控制接口与所述ARM单片机之间设置有电流放大电路。

7.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述X轴伺服电机电源线接口和Y轴伺服电机电源线接口与所述ARM单片机之间设置有驱动功率放大电路。

8.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述ARM单片机和所述24V电源接口之间设置有DCDC变换电路。

9.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，还包括摄像头接口和摄像头，所述摄像头接口连接所述摄像头和所述ARM单片机。

10.如权利要求1所述的基于ARM单片机的伺服刻字机控制装置，其特征在于，所述的ARM单片机的具体型号为STM32F103VET6、STM32F103ZET6、STM32F107VCT6或STM32F207ZGT6。

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