CN208004997U - 激光雕刻控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了激光雕刻控制系统，包括微控制器、USB在线烧录模块、摇杆控制模块、WIFI通信模块、移动终端、XY轴电机驱动电路、XY轴步进电机、XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块，USB在线烧录模块、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块分别与微控制器电连接，移动终端通过WIFI通信模块与微控制器实现无线通信连接；XY轴电机驱动电路与XY轴步进电机电连接，激光发射模块安装在XY轴移动机构上，XY轴步进电机用于驱动XY轴移动机构带动激光发射模块沿X轴方向和Y轴方向移动。

Description

激光雕刻控制系统

技术领域

本实用新型涉及激光雕刻，尤其涉及一种激光雕刻控制系统。

背景技术

激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介。加工材料在激光照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，达到加工的目的。激光镌刻就是运用激光技术在物件上面刻写文字，这种技术刻出来的字没有刻痕，物体表面依然光滑，字迹亦不会磨损。激光加工特点：与材料表面没有接触，不受机械运动影响，表面不会变形，一般无需固定。不受材料的弹性、柔韧影响，方便对软质材料。加工精度高，速度快，应用领域广泛。

实用新型内容

为了实现激光雕刻的小型化和智能化，本实用新型提出了激光雕刻控制系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

激光雕刻控制系统，包括微控制器、USB在线烧录模块、摇杆控制模块、 WIFI通信模块、移动终端、XY轴电机驱动电路、XY轴步进电机、XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块，所述USB在线烧录模块、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块分别与所述微控制器电连接，所述移动终端通过所述WIFI通信模块与所述微控制器实现无线通信连接；所述XY轴电机驱动电路与所述XY轴步进电机电连接，所述激光发射模块安装在所述XY轴移动机构上，所述XY轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构带动所述激光发射模块沿X轴方向和Y轴方向移动。

可选的，控制系统还包括5V转3V供电系统模块、12V稳压直流电源模块和滤波稳压模块；所述5V转3V供电系统模块的输入端与所述微控制器电连接，输出端与所述WIFI通信模块电连接；所述12V稳压直流电源模块的输出端与所述滤波稳压模块的输入端电连接，所述XY轴电机驱动电路和所述激光发射模块分别与所述滤波稳压模块的输出端电连接。

可选的，所述XY轴电机驱动电路包括X轴电机驱动电路和Y轴电机驱动电路，所述XY轴步进电机包括X轴步进电机和Y轴步进电机；所述X轴电机驱动电路的输入端与所述微控制器电连接，输出端与所述X轴步进电机电连接，所述X轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构使所述激光发射模块沿X轴方向移动；所述Y轴电机驱动电路的输入端与所述微控制器电连接，输出端与所述Y轴步进电机电连接，所述Y轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构带动所述激光发射模块沿Y轴方向移动。

可选的，所述XY轴移动机构包括X轴移动机构和Y轴移动机构，所述 Y轴移动机构垂直安装在所述X轴移动机构上，所述X轴步进电机驱动所述 X轴移动机构带动所述Y轴移动机构沿X轴方向移动。

可选的，所述Y轴移动机构包括Y轴导轨和Y轴滚珠丝杠，所述Y轴滚珠丝杠与所述Y轴导轨转动连接，所述Y轴导轨垂直安装在所述X轴移动机构上，所述X轴步进电机驱动所述X轴移动机构使所述Y轴导轨沿X轴方向移动，所述Y轴步进电机驱动所述Y轴滚珠丝杠带动所述激光发射模块沿Y 轴方向移动。

可选的，所述摇杆控制模块包括操纵摇杆，所述操纵摇杆包括前、后、左、右和中间按压操作，用于对在所述OLED显示屏上的菜单进行操作，进而控制所述激光发射模块进行雕刻。

激光雕刻控制系统，包括微控制器、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、 XY轴步进电机、XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、报警模块，所述摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、报警模块分别与所述微控制器电连接；所述XY轴电机驱动电路与所述XY轴步进电机电连接，所述激光发射模块安装在所述XY轴移动机构上，所述XY轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构带动所述激光发射模块沿X轴方向和 Y轴方向移动。

可选的，所述摇杆控制模块包括操纵摇杆，所述操纵摇杆包括前、后、左、右和中间按压操作，用于对在所述OLED显示屏上的菜单进行操作，进而控制所述激光发射模块进行雕刻。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型通过摇杆控制模块和OLED显示屏进行可视化手动操作，直观明了，操作方便；

本实用新型通过WIFI通信模块实现微控制器与移动终端无线通信连接，移动终端可以通过遥控实时控制雕刻的进程；

本实用新型通过设置XY轴移动机构和XY轴步进电机可以精确控制激光雕刻的位置，使雕刻的图形的位置定位更加精准。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的激光雕刻控制系统的结构框图；

图2为本实用新型一实施例的微控制器的最小系统图；

图3为本实用新型一实施例的电源指示灯和滤波模块电路图；

图4为本实用新型一实施例的USB在线烧录模块电路图；

图5为本实用新型一实施例的12V转5V供电系统模块电路图；

图6为本实用新型一实施例的5V转3.3V供电系统模块电路图；

图7为本实用新型一实施例的遥感和按键控制模块电路图；

图8为本实用新型一实施例的X轴电机驱动电路的原理图；

图9为本实用新型一实施例的Y轴电机驱动电路的原理图；

图10为本实用新型一实施例的按键指示模块的电路图；

图11为本实用新型一实施例的激光发射和报警模块的电路图；

图12为本实用新型一实施例的步进电机接口和OLED屏接口电路；

图13为本实用新型一实施例的WIFI通信模块的电路图；

图14为本实用新型一实施例的温度检测模块的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。

参考图1，激光雕刻控制系统，包括微控制器、USB在线烧录模块、摇杆控制模块、WIFI通信模块、移动终端、XY轴电机驱动电路、XY轴步进电机、 XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块，USB在线烧录模块、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块分别与微控制器电连接，移动终端通过WIFI通信模块与微控制器实现无线通信连接；XY轴电机驱动电路与XY轴步进电机电连接，激光发射模块安装在XY轴移动机构上，XY轴步进电机用于驱动XY轴移动机构带动激光发射模块沿X轴方向和 Y轴方向移动。

本实用新型中，用户可以通过在手机端的app上设计好图文信息，经WIFI 通信模块无线传输图文信息实现远程控制实时雕刻。

OLED显示屏显示的菜单包括：

(1)激光头位置的调整；

(2)雕刻文件的选择；

(3)雕刻进程、激光头温度显示。

参考图2，微控制器的最小系统包括P0口上拉电阻，复位电路和STC15 微控制器芯片。

参考图3，如有电源接通，指示灯L0点亮，输入的5V电源VCC经过一系列滤波电容滤波后，给负载供电。

在本实用新型的一个实施例中，控制系统还包括5V转3V供电系统模块、 12V稳压直流电源模块和滤波稳压模块；5V转3V供电系统模块的输入端与微控制器电连接，输出端与WIFI通信模块电连接；12V稳压直流电源模块的输出端与滤波稳压模块的输入端电连接，XY轴电机驱动电路和激光发射模块分别与滤波稳压模块的输出端电连接；

参考图5，当外接12V电压通过JPX1接线柱为电机供电时，按下S5开关，L6接通发光，12V电压经过L78M05CDT稳压芯片后输出5V电压，为系统电路中5V逻辑电路供电，此时无需外接5V电压；

参考图6，5V-3.3V供电系统模块，主要由DC-5V直流电压源、SS14肖特基二极管D1、滤波电容及AMS1117稳压芯片构成。VIN输出电压为5V， VIN经滤波电容C19、C20及防电源反接的SS14整流管后，再通过稳压芯片AMS1117输出3.3V电压。

在本实用新型的一个实施例中，摇杆控制模块包括操纵摇杆，操纵摇杆包括前、后、左、右和中间按压操作，用于对在OLED显示屏上的菜单进行操作，进而控制激光发射模块进行雕刻。该设计中，操纵摇杆对菜单操作，其中可以设置为操纵摇杆前后操作代表切换菜单，向右操作代表进入选择，向左操作代表退出选择。可以包括以下菜单：

(1)菜单一

雕刻位置的选择，可由操纵摇杆控制，操纵摇杆可操控激光头(激光头可以是激光发射模块，也可以是激光发射模块的一部分)的前后左右移动；

前、后：控制激光头在Y轴上的移动；

左、右：控制激光头在X轴上的移动；

按压：确定移动位置，等待雕刻。

(2)菜单二

雕刻文件的选择，可由移动终端控制；

操纵摇杆前后切换打印文件；

按压：选择打印文件。

(3)菜单三

显示打印界面雕刻进程、激光头温度等信息显示；

固定按键功能

sw1继续雕刻；

sw2暂停雕刻；

sw3开/关激光发射模块。

参考图7，独立按键由3枚按键和3个上拉电阻组成，3个按键用于实现上述的固定按键功能。依次与MCU的P3.2-P3.4端口相连，上拉电阻的使用可避免按键一直处于低电平的工作状态。遥感模块1引脚接地，2引脚接电源， 3.4引脚分别接MCU的P1.6，P1.7，因为这两个IO口有内置AD转换芯片， 5引脚接P3.5。

在本实用新型的一个实施例中，XY轴电机驱动电路包括X轴电机驱动电路和Y轴电机驱动电路，XY轴步进电机包括X轴步进电机和Y轴步进电机； X轴电机驱动电路的输入端与微控制器电连接，输出端与X轴步进电机电连接，X轴步进电机用于驱动XY轴移动机构使激光发射模块沿X轴方向移动； Y轴电机驱动电路的输入端与微控制器电连接，输出端与Y轴步进电机电连接，Y轴步进电机用于驱动XY轴移动机构带动激光发射模块沿Y轴方向移动。该设计中，X轴电机驱动电路和Y轴电机驱动电路均采用A4988芯片， A4988芯片是一款完全的微步电动机驱动器，内置转换器，易于操作。其具有低RDS(开)输出；自动电流衰减模式检测/选择；混合与慢电流衰减模式；对低功率耗散同步整流；内部UVLO；交叉电流保护；3.3及5V兼容逻辑电源；过热关机电路；接地短路保护；加载短路保护；五个可选的步进模式：全、 1/2、1/4、1/8及1/16等功能和优点。

参考图8和图9，MS1，MS2,MS3三个引脚可以控制A4988的工作模式，该芯片可在全、半、1/4、1/8及1/16步进模式时工作。电路中三个引脚全接高电平VCC该芯片将工作在1/16步进模式下，精度将会达到最大。X轴电机驱动电路中DIR端接MCU的P1.0可以控制电机的正反转。STEP接MCU的 P1.1，由MCU产生脉冲驱动电机转动。同理Y轴电机驱动电路中DIR端接MCU的P1.2可以控制电机的正反转。STEP接MCU的P1.3，由MCU产生脉冲驱动电机转动。OUT1B,OUT1A,OUT2A,PUT2B分别对应接步进电机接线座。

在本实用新型的一个实施例中，XY轴移动机构包括X轴移动机构和Y 轴移动机构，Y轴移动机构垂直安装在X轴移动机构上，X轴步进电机驱动 X轴移动机构带动Y轴移动机构沿X轴方向移动。

在本实用新型的一个实施例中，Y轴移动机构包括Y轴导轨和Y轴滚珠丝杠，Y轴滚珠丝杠与Y轴导轨转动连接，Y轴导轨垂直安装在X轴移动机构上，X轴步进电机驱动X轴移动机构使Y轴导轨沿X轴方向移动，Y轴步进电机驱动Y轴滚珠丝杠带动激光发射模块沿Y轴方向移动。

参考图10，LED指示电路由6盏LED和6个限流电阻组成，用于指示操作摇杆前后、左右、中间按压以及3枚独立按键的操作指示。它们连接端口和按键遥感的一样，当有按键按下时就会点亮，限流电阻有效保护LED的正常工作。

参考图11，报警模块由蜂鸣器、NPN型三级管和电阻组成，电阻一端与 MCU的P2.1相连接，可由MCU控制报警，激光发射电路和报警电路类似， D6二极管起到保护MCU的作用，但是激光器采用的是12V电源VMM。MCU 的P2.2接口可以输出PWM信号控制激光器的输出功率。

参考图12，OLED接口电路由一个7针母座组成，配备一块0.96寸OLED 显示屏，工作电压为3.3V，该屏采用SPI接口方式。D0在SPI通信中为时钟管脚，D1在SPI通信中为数据管脚，RES为复位端(低电平复位)，DC为数据和命令控制管脚，CS为片选管脚，依次与MCU的P2.3-P2.7端口相连。

参考图13，WIFI通信模块主要由一块工业级嵌入式HX-M02型Wi-Fi 模块芯片组成。其工作电压为3.3V，自带电源指示灯，当建立连接有数据收发时，指示灯会闪烁。模块设有3个按键，S7为无线配置模式选择按键(低电平有效)，S8为恢复出厂值输入/配置模式选择按键(低电平有效)，S9为下载模式选择(高电平有效)。P11用于连接主控板，P12是预留的独立供电接口。

参考图14，温度检测模块由一个DS18B20温度传感器，和一个上拉电阻组成，输出端接MCU的P2.0口。DS18B20温度传感器输出数字量，获得的温度信息送给MCU，MCU通过OLED显示温度值。也可通过Wi-Fi传给上位机，超出警戒值，报警器也会响。

本实用新型还提供了另一种激光雕刻控制系统，包括微控制器、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、XY轴步进电机、XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、报警模块，摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、报警模块分别与微控制器电连接；XY轴电机驱动电路与XY轴步进电机电连接，激光发射模块安装在XY轴移动机构上，XY轴步进电机用于驱动XY轴移动机构带动激光发射模块沿X轴方向和Y轴方向移动。

在本实用新型的一个实施例中，摇杆控制模块包括操纵摇杆，操纵摇杆包括前、后、左、右和中间按压操作，用于对在OLED显示屏上的菜单进行操作，进而控制激光发射模块进行雕刻。

在本实用新型的一个实施例中，还包括前述可以兼容的任何技术方案。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.激光雕刻控制系统，其特征在于，包括微控制器、USB在线烧录模块、摇杆控制模块、WIFI通信模块、移动终端、XY轴电机驱动电路、XY轴步进电机、XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块，所述USB在线烧录模块、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、温度检测模块、按键指示和报警模块分别与所述微控制器电连接，所述移动终端通过所述WIFI通信模块与所述微控制器实现无线通信连接；所述XY轴电机驱动电路与所述XY轴步进电机电连接，所述激光发射模块安装在所述XY轴移动机构上，所述XY轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构带动所述激光发射模块沿X轴方向和Y轴方向移动。

2.根据权利要求1所述的激光雕刻控制系统，其特征在于，包括5V转3V供电系统模块、12V稳压直流电源模块和滤波稳压模块；所述5V转3V供电系统模块的输入端与所述微控制器电连接，输出端与所述WIFI通信模块电连接；所述12V稳压直流电源模块的输出端与所述滤波稳压模块的输入端电连接，所述XY轴电机驱动电路和所述激光发射模块分别与所述滤波稳压模块的输出端电连接。

3.根据权利要求1所述的激光雕刻控制系统，其特征在于，所述XY轴电机驱动电路包括X轴电机驱动电路和Y轴电机驱动电路，所述XY轴步进电机包括X轴步进电机和Y轴步进电机；所述X轴电机驱动电路的输入端与所述微控制器电连接，输出端与所述X轴步进电机电连接，所述X轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构使所述激光发射模块沿X轴方向移动；所述Y轴电机驱动电路的输入端与所述微控制器电连接，输出端与所述Y轴步进电机电连接，所述Y轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构带动所述激光发射模块沿Y轴方向移动。

4.根据权利要求3所述的激光雕刻控制系统，其特征在于，所述XY轴移动机构包括X轴移动机构和Y轴移动机构，所述Y轴移动机构垂直安装在所述X轴移动机构上，所述X轴步进电机驱动所述X轴移动机构带动所述Y轴移动机构沿X轴方向移动。

5.根据权利要求4所述的激光雕刻控制系统，其特征在于，所述Y轴移动机构包括Y轴导轨和Y轴滚珠丝杠，所述Y轴滚珠丝杠与所述Y轴导轨转动连接，所述Y轴导轨垂直安装在所述X轴移动机构上，所述X轴步进电机驱动所述X轴移动机构使所述Y轴导轨沿X轴方向移动，所述Y轴步进电机驱动所述Y轴滚珠丝杠带动所述激光发射模块沿Y轴方向移动。

6.根据权利要求1所述的激光雕刻控制系统，其特征在于，所述摇杆控制模块包括操纵摇杆，所述操纵摇杆包括前、后、左、右和中间按压操作，用于对在所述OLED显示屏上的菜单进行操作，进而控制所述激光发射模块进行雕刻。

7.激光雕刻控制系统，其特征在于，包括微控制器、摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、XY轴步进电机、XY轴移动机构、激光发射模块、OLED显示屏、报警模块，所述摇杆控制模块、XY轴电机驱动电路、激光发射模块、OLED显示屏、报警模块分别与所述微控制器电连接；所述XY轴电机驱动电路与所述XY轴步进电机电连接，所述激光发射模块安装在所述XY轴移动机构上，所述XY轴步进电机用于驱动所述XY轴移动机构带动所述激光发射模块沿X轴方向和Y轴方向移动。

8.根据权利要求7所述的激光雕刻控制系统，其特征在于，所述摇杆控制模块包括操纵摇杆，所述操纵摇杆包括前、后、左、右和中间按压操作，用于对在所述OLED显示屏上的菜单进行操作，进而控制所述激光发射模块进行雕刻。