一种基于ARM单片机的步进刻字机控制装置的制作方法

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单片机的步进刻字机控制装置。

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、携带刻刀或绘笔的主刀进给机构、主刀抬落刀压力控制电路、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。目前主要采用51单片机作为控制核心芯片，且电路复杂，成本高，故障率高。

设计电机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。

现有的步进刻字机产品以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/自动巡边轮廓切割可选、电脑软件自带尖角补偿功能。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，需要一种新的基于ARM单片机的步进刻字机控制装置以解决上述问题。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于ARM单片机的步进刻字机控制装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的基于ARM单片机的步进刻字机控制装置所采用的技术方案为：

一种基于ARM单片机的步进刻字机控制装置，包括ARM单片机、驱动功率放大电路、X轴步进电机、Y轴步进电机、电流放大电路和主刀抬落刀控制电磁铁，还包括反射型光电传感器、限位开关和/或红外LED，所述反射型光电传感器、限位开关和/或红外LED均连接所述ARM单片机，所述ARM单片机通过所述驱动功率放大电路连接所述X轴步进电机和Y轴步进电机，所述ARM单片机通过所述电流放大电路连接所述主刀抬落刀控制电磁铁。

更进一步的，还包括第一隔离电路、摄像头、反射型光电传感器、限位开关和/或红外LED，所述摄像头、反射型光电传感器、限位开关和/或红外LED均通过所述第一隔离电路连接所述ARM单片机。其中，限位开关用于检测刻字机两端墙板的位置。红光 LED控制电路用于手动巡边轮廓切割中，反射型光电传感器控制电路用于自动巡边轮廓切割和分段式自动巡边轮廓切割中。摄像头是另一种用于自动巡边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，还包括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/或可扩展4*4键盘操作接口，还包括信号整理电路，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/或可扩展4*4键盘操作接口均通过所述信号整理电路连接所述ARM单片机。

更进一步的，还包括去耦电路和/或抗静电电路，还包括RS232接口和/或USB接口，所述ARM单片机通过去耦电路和/或抗静电电路连接RS232接口和/或USB接口。

更进一步的，还包括U盘接口和/或SD卡接口，所述ARM单片机与U盘接口和/ 或SD卡接口之间设置有通讯电路。通讯电路的具体型号为CH375B。

更进一步的，所述电流放大电路为H桥电流放大电路。H桥电流放大电路的具体型号为L6202或L6225D。

更进一步的，所述电流放大电路包括L6225D芯片，所述L6225D芯片包括IN1A端、 IN2A端、OUT1A端、SENSEEA端、GND端、ENA端、VCP端、VSA端、OUT2A 端和VBOOT端；所述IN1A端通过电阻R49连接PWM端，所述IN2A端通过电阻R50 连接DIR端，所述OUT1A端连接OUT1-U13端，所述SENSEEA端和GND端均接地，所述ENA端通过电阻R51连接3.3V电压端并通过电容C31接地，所述VCP端连接 VCP-U13端，所述OUT2A端连接OUT2-U13端，所述VSA端连接+12V电压端，所述 VBOOT端连接VBOOT-U13端。其中，ARM单片机的具体型号为STM32F103ZET6、 STM32F107VCT6、STM32F107R8T6或STM32F207ZGT6。

更进一步的，所述VCP-U13端通过电容C34连接VCP-U13-1端，所述VCP-U13-1 端通过电阻R52连接VBOOT-U13-1端，所述VBOOT-U13-1端和VBOOT-U13端分别连接二极管D3的正极和负极，所述+12V电压端和VBOOT-U13-1端分别连接二极管 D4的正极和负极，所述VBOOT-U13端通过电容C33连接所述+12V电压端，所述+12V 电压端通过电容C32接地。

更进一步的，所述OUT1-U13端通过串联连接的电阻R53和电容C35连接所述 OUT2-U13端，二极管D1的正极和负极分别接地和所述OUT1-U13端，二极管D2的正极和负极分别接地和所述OUT2-U13端，所述OUT1-U13端通过电感FB3连接 FORCE1端，所述OUT2-U13端通过电感FB4连接FORCE2端。

有益效果：本实用新型的基于ARM单片机的步进刻字机控制装置采用ARM单片机作为步进刻字机的控制主芯片，成本低廉，性能和功能均能大大提升，接口扩展性强，电机驱动功率放大电路稳定，主刀抬落刀压力控制电流放大电路稳定。

附图说明

图1为本实用新型的基于ARM单片机的步进刻字机控制装置的结构示意图。

图2为主刀抬落刀压力控制电流放大电路的原理图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本实用新型的基于ARM单片机的步进刻字机控制装置，基于ARM单片机的步进刻字机控制装置，包括ARM单片机、驱动功率放大电路、X轴步进电机、Y轴步进电机、限位开关、反射型光电传感器、电流放大电路、主刀抬落刀控制电磁铁，反射型光电传感器、限位开关和红外LED均连接ARM单片机，ARM单片机通过驱动功率放大电路连接X轴步进电机和Y轴步进电机，ARM单片机通过电流放大电路连接主刀抬落刀控制电磁铁。

还包括第一隔离电路、摄像头、反射型光电传感器、限位开关和/或红外LED，摄像头、反射型光电传感器、限位开关和/或红外LED均通过第一隔离电路连接ARM单片机。其中，限位开关用于检测刻字机两端墙板的位置。红光LED控制电路用于手动巡边轮廓切割中，反射型光电传感器控制电路用于自动巡边轮廓切割和分段式自动巡边轮廓切割中。摄像头是另一种用于自动巡边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5V电源接口之间设置有DCDC变换电路。5V外接电源通过DCDC 变换电路产生3.3V电压。36V为驱动功率放大电路提供电源，12V为主刀抬落刀压力控制电路提供电源，5V为12232等显示模块、第一隔离电路、电流放大电路、信号整理电路、限位开关、红外LED控制电路和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和ARM单片机提供电源。

还包括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/或可扩展4*4键盘操作接口，还包括信号整理电路，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/或可扩展4*4键盘操作接口均通过信号整理电路连接ARM单片机。

还包括去耦电路和/或抗静电电路，还包括RS232接口和/或USB接口，ARM单片机通过去耦电路和/或抗静电电路连接RS232接口和/或USB接口。

还包括U盘接口和/或SD卡接口，ARM单片机与U盘接口和/或SD卡接口之间设置有通讯电路。通讯电路的具体型号为CH375B。

电流放大电路为H桥电流放大电路。H桥电流放大电路的具体型号为L6202或 L6225D。

ARM单片机的具体型号可以为STM32F103VET6、STM32F103ZET6、 STM32F107VCT6或STM32F207ZGT6。H桥电流放大电路的具体型号为L6202、L6225D。步进电机与ARM单片机之间设置的驱动功率放大电路的具体型号为A3987、THB6128、 TB62209FG、A5985。U盘接口与所述ARM单片机之间的通讯电路的具体型号为 CH375B。外接显示器与所述ARM单片机之间的信号整理电路的具体型号为HC245。在显示器上当显示软件版本号的时候长按上键会显示“垦荒牛版权”字样。ARM单片机采用PWM和方向DIR信号控制H桥电流放大电路。

其中，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。

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PLT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控制，驱动X轴步进电机和Y轴步进电机，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单片机完成一套步进刻字机控制系统的全部功能。

具体的，电流放大电路包括L6225D芯片，L6225D芯片包括IN1A端、IN2A端、 OUT1A端、SENSEEA端、GND端、ENA端、VCP端、VSA端、OUT2A端和VBOOT 端；IN1A端通过电阻R49连接PWM端，IN2A端通过电阻R50连接DIR端，OUT1A 端连接OUT1-U13端，SENSEEA端和GND端均接地，ENA端通过电阻R51连接3.3V 电压端并通过电容C31接地，VCP端连接VCP-U13端，OUT2A端连接OUT2-U13端， VSA端连接+12V电压端，VBOOT端连接VBOOT-U13端。其中，ARM单片机的具体型号为STM32F103ZET6、STM32F107VCT6、STM32F107R8T6或STM32F207ZGT6。

VCP-U13端通过电容C34连接VCP-U13-1端，VCP-U13-1端通过电阻R52连接 VBOOT-U13-1端，VBOOT-U13-1端和VBOOT-U13端分别连接二极管D3的正极和负极，+12V电压端和VBOOT-U13-1端分别连接二极管D4的正极和负极，VBOOT-U13 端通过电容C33连接+12V电压端，+12V电压端通过电容C32接地。

OUT1-U13端通过串联连接的电阻R53和电容C35连接OUT2-U13端，二极管D1 的正极和负极分别接地和OUT1-U13端，二极管D2的正极和负极分别接地和OUT2-U13 端，OUT1-U13端通过电感FB3连接FORCE1端，OUT2-U13端通过电感FB4连接 FORCE2端。其中，电感FB3和FB4均为铁氧体电感。还包括XH-2P端子，XH-2P端子包括1端和2端，FORCE1端和FORCE2端分别连接1端和2端。

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PLT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控制，驱动X轴步进电机和Y轴步进电机，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单片机完成一套步进刻字机控制系统的全部功能。

本实用新型的基于ARM单片机的步进刻字机控制装置采用ARM单片机作为步进刻字机的控制主芯片，成本低廉，性能和功能均能大大提升，接口扩展性强，电机驱动功率放大电路稳定，主刀抬落刀压力控制电流放大电路稳定。