CN107672183A - 一种基于arm的3d打印机控制*** - Google Patents

一种基于arm的3d打印机控制*** Download PDF

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钱素琴
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

本发明提供了一种基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，包括上位机设计端和集成有ARM微控制器的核心控制板：上位机设计端，用于通过固件对集成有ARM微控制器的核心控制板进行初始化配置，并且将打印实物的三维模型通过切片软件处理并生成G代码指令，再将其存入数据存储模块中。集成有ARM微控制器的核心控制板，用于读取数据存储模块中的G代码指令，该G代码指令中包含有运动轨迹规划和运动控制的信息，并对所述G代码指令进行解析，生成对应的控制指令，控制3D打印机工作。本发明采用高性能的ARM微控制器芯片，并且将设计方案存储在SD卡中，可实现高精度的3D打印，工作可靠性和稳定性高。

Description

一种基于ARM的3D打印机控制***
技术领域
本发明涉及一种基于ARM的3D打印机控制***，属于3D打印技术领域。
背景技术
3D打印技术，也称作快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，具有不受零件复杂程度限制，完全数字化控制，无需开磨具等特点，因此3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。
相关技术提供了一种3D打印机控制***，包括电脑，即将3D打印机的主控板与单一的电脑相连接，由电脑作为控制***向主控板发送控制指令，进而由主控板根据该控制指令控制3D打印机工作，使得3D打印机打印出相应的物体。
然而，目前的3D打印机控制***中，打印机必须时刻与PC机相连，既占用了PC机资源，也需考虑打印过程中USB连接的不稳定问题，因此实时性较差。而且，目前桌面型3D打印机控制***主要采用AVR系列单片机作为核心控制器，该系列单片机工作频率较低、内部外设少，致使该***数据处理速度慢、电路复杂、调试困难、抗干扰能力差。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于ARM系列单片机作为核心的3D打印机控制***。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，包括上位机设计端和集成有ARM微控制器的核心控制板：
上位机设计端，用于通过固件对集成有ARM微控制器的核心控制板进行初始化配置，并且将打印实物的三维模型通过切片软件处理并生成G代码指令，再将其存入数据存储模块中。
集成有ARM微控制器的核心控制板，用于读取数据存储模块中的G代码指令，该G代码指令中包含有运动轨迹规划和运动控制的信息，并对所述G代码指令进行解析，生成对应的控制指令，控制3D打印机工作。
优选地，所述核心控制板包括以ARM微控制器为核心的主控模块、步进电机驱动模块、温度控制模块、人机接口模块、数据存储模块和串口通信模块，主控模块分别与步进电机驱动模块、温度控制模块、人机接口模块、数据存储模块和串口通信模块相连。
优选地，所述核心控制板还包括有电源电路、时钟电路和复位电路，电源电路为主控模块、步进电机驱动模块及温度控制模块提供工作电压，时钟电路和复位电路均连接所述主控模块。
优选地，所述步进电机驱动模块用于控制3D打印机的轴向电机和送料机的转动精度；所述核心控制板还包括与所述主控模块相连的限位开关电路，用于限定3D打印机的轴向步进电机最大和最小轴向移动范围。
优选地，所述核心控制板还包括液晶显示器LCD，用于显示所述3D打印机的工作菜单以及接收用户的选择指令，并将所述选择指令发送至集成有ARM微控制器的核心控制板；所述选择指令用于从所述工作菜单中选择预执行任务，并根据所述预执行任务生成所述控制指令，控制3D打印机工作。
优选地，所述LCD控制面板还包括旋转电位器，用于辅助选择所述3D打印机的预执行任务。
优选地，所述数据存储模块采用SD卡读取模块。
与现有技术中的3D打印机控制***中，电脑和主控板需要时刻连接，当连接不稳定时，3D打印机不能正常工作，实时性较差的方案相比，本发明提供的基于ARM的3D打印机控制***，采用高性能的ARM微控制器芯片，并且将设计方案存储在SD卡中，可实现高精度的3D打印，工作可靠性和稳定性高。
附图说明
图1为本发明的控制***的***架构图；
图2为本发明的硬件***功能模块框图；
图3为本发明的软件***功能模块框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本发明的3D打印机控制***的***架构图，包括上位机设计端、集成有ARM微处理器芯片的核心控制板、LCD控制面板等，上位机设计端、核心控制板和LCD控制面板之间可以建立数据通信。其具体的控制过程如下：
步骤1、由PC上位机设计核心控制板的配置信息，包括温度控制设置、机械位置设置以及可支持的LCD面板的类型设置。其机械设置又分为两个部分，一部分是对限位开关模块的设置，主要规定轴向步进电机最大和最小轴向移动范围；另一部分是对步进电机的设置，包括步进电机的运行方向、限位开关逻辑、行程长度以及步进单位的设置。
步骤2、在PC上位机上将打印实物的三维模型通过切片软件处理并生成G代码指令，该G代码指令中包含有运动轨迹规划信息和运动轨迹控制信息，再将其存入SD卡。
步骤3、将SD卡***SD卡读取模块。
步骤4、ARM微控制器读取SD卡中G代码指令中的运动轨迹规划信息和运动控制信息，再由ARM微控制器输出控制指令，通过核心控制板上的电机驱动模块来具体控制4个步进电机工作，分别为X轴向步进电机、Y轴向步进电机、Z轴丝杆步进电机及进料步进电机。
步骤5、根据电机驱动模块接收到的指令来驱动X轴向步进电机及Y轴向步进电机带动挤出头在两个维度上运动，完成一个平面打印后，再驱动Z轴丝杆步进电机使打印平台上下移动，从而绘制新的平面，通过这样逐层打印，层层叠加，精确的控制整个打印过程。
图2为本发明的硬件***结构原理图。3D打印机控制***的硬件部分包括集成有ARM微控制器的核心控制板、LCD控制面板以及串口通信总线。核心控制板上还集成有步进电机驱动模块、电源模块、限位开关模块、温度控制模块、风扇控制模块。LCD控制面板包括液晶显示模块、SD卡读取模块、旋钮控制模块及电平变换模块。采用LCD控制面板，便于人机交互协作。串口通信模块主要是用于建立核心控制板和LCD控制面板之间的通信。温度控制模块通过固件设置来实现精确的PID控制。
本实施例中，ARM微控制器可以使用基于ARM Corxtex-M3内核的LPC1768微控制器。***通过LPC1768微控制器的片内SPI接口读取SD卡里的打印数据文件。ARM控制器还用于接收实时打印信息，并将打印信息输出到LCD显示屏中，便于用户查看。
本实施例中，LCD显示屏可以使用4.3寸LCD液晶屏，采用SPI接口，封装为Framebuffer设备(是用一个视频输出设备从包含完整的帧数据的一个内存缓冲区中来驱动一个视频显示设备。)，采用开源工程：Fbtft；具体使用RA8875型号的驱动板，而该LCD采用SPI接口与中枢控制器电连接，其分辨率优选为480*272的TFT彩色液晶屏。
步进电机驱动模块用于微控制器发送指令来驱动控制4个步进电机如何工作。步进电机驱动模块采用的是完全微步电动机驱动器，可在全、半、1/4、1/8及1/16步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能可达35V及±2A。微控制器向步进电机驱动模块的dirPin口分别输入高电位、低电位来控制电机的正反转，最终来控制挤出头和打印平台的运动。微控制器向步进电机驱动模块的stepperPin口输入脉冲，通过设置步进脉冲信号的频率，实现对电机精确调速，通过控制步进脉冲的个数，实现对电机精确定位。步进电机驱动模块中的MS1、MS2、MS3三位控制电机轴的步距角的细分，通过硬件电路中短路片的接入与否来控制。限位开关模块限制着挤出头轴向运动最大值和最小值范围。温度控制模块包括热敏电阻与加热电阻丝。打印平台上方热床和挤出头内部均设置有加热电阻丝，且均有热敏电阻与之连接，再连接于所述的加热模块。热敏电阻用于对温度的实时检测，若低于设定温度，借助软件设置实现PID温度调节控制，控制电阻丝加热温度。
图3为本发明的软件***功能模块框图。软件***包括PC上位机应用软件、底层控制软件和接口驱动单元；上位机应用软件主要包括建模软件和切片软件；底层控制软件主要由固件来进行配置，包括初始化模块、电机驱动控制模块、温度控制模块、液晶显示模块、串口通信模块、主逻辑模块；接口驱动单元主要应用于电机驱动模块、温度控制模块以及LCD控制面板的接口部分。
将配置好的固件烧录进核心控制板后，就可以通过LCD控制面板实时控制打印过程，配置的参数有波特率、控制板类型、挤出头喷嘴个数、打印机各轴的运行行程、运动速度、运动单位距离所需要的脉冲数。上位机生成的G代码中包含的运动轨迹规划和运动控制信息，通过LCD控制面板将这些信息发送给主控制板，经分析处理再将控制指令发送给各功能模块，来实现对打印过程的精确控制。

Claims (7)

1.一种基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，包括上位机设计端和集成有ARM微控制器的核心控制板：
上位机设计端，用于通过固件对集成有ARM微控制器的核心控制板进行初始化配置，并且将打印实物的三维模型通过切片软件处理并生成G代码指令，再将其存入数据存储模块中。
集成有ARM微控制器的核心控制板，用于读取数据存储模块中的G代码指令，该G代码指令中包含有运动轨迹规划和运动控制的信息，并对所述G代码指令进行解析，生成对应的控制指令，控制3D打印机工作。
2.如权利要求1所述的基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，所述核心控制板包括以ARM微控制器为核心的主控模块、步进电机驱动模块、温度控制模块、人机接口模块、数据存储模块和串口通信模块，主控模块分别与步进电机驱动模块、温度控制模块、人机接口模块、数据存储模块和串口通信模块相连。
3.如权利要求2所述的基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，所述核心控制板还包括有电源电路、时钟电路和复位电路，电源电路为主控模块、步进电机驱动模块及温度控制模块提供工作电压，时钟电路和复位电路均连接所述主控模块。
4.如权利要求2所述的基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，所述步进电机驱动模块用于控制3D打印机的轴向电机和送料机的转动精度；所述核心控制板还包括与所述主控模块相连的限位开关电路，用于限定3D打印机的轴向步进电机最大和最小轴向移动范围。
5.如权利要求2所述的基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，所述核心控制板还包括液晶显示器LCD，用于显示所述3D打印机的工作菜单以及接收用户的选择指令，并将所述选择指令发送至集成有ARM微控制器的核心控制板；所述选择指令用于从所述工作菜单中选择预执行任务，并根据所述预执行任务生成所述控制指令，控制3D打印机工作。
6.如权利要求5所述的基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，所述LCD控制面板还包括旋转电位器，用于辅助选择所述3D打印机的预执行任务。
7.如权利要求2所述的基于ARM的3D打印机控制***，其特征在于，所述数据存储模块采用SD卡读取模块。
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