一种基于熔融沉积3d打印机的控制系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及打印机的控制领域，尤其涉及一种熔融沉积3D打印机的控制系统及其方法。
【背景技术】
[0002]恪融沉积成型工艺(Fused Deposit1n Modeling简称FDM)是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术，该技术由Scott Crump于1988年发明，随后ScottCrump创立了 Stratasys公司1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机一 “3D造型者(3D Mod31er)”，这也标志着FDM技术进入商用阶段。
[0003]目前，FDM型3D打印机的控制方案主要是应用8位单片机来控制，如市面上的盘古3D打印机；也有应用PLC来控制的，如:桌上型3D打印机运动控制系统(申请号:201320774590.4)。此外2011年张军伟发表基于ARM的FDM控制系统一文提出模块化设计，2014年谭秀腾发表基于ARM的桌面型3D打印机控制系统设计一文在张军伟的基础上拓展了 USB模块和限位开关模块。
[0004]应用8位单片机的控制系统，由于芯片的局限性，运行速度慢，计算不精确，工作时容易出错，加工精度不高。应用PLC的控制系统，价格昂贵，体积庞大，而且噪声大。张军伟和谭秀腾发表的关于ARM的控制系统由于电路设计的局限性，无法实现控制系统二次升级优化，无法实现SD卡共享。上述的3D打印机控制电路是一次性烧录控制程序，在发现漏洞后，无法进行及时更新，只能重新焊接电路和芯片，这样就浪费了大量时间和提高了开发成本；此外，使用SD卡时，从控制系统中需要拔出，插入电脑中拷贝文件，再次插入控制系统才能读取SD卡的内容。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种采用LPC1769芯片作为核心部件，实现具有二次开发功能的3D打印机的控制系统及其方法。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
一种熔融沉积3D打印机的控制系统，包括主控制模块、模式切换模块、拓展链接模块、存储器模块、信号输出模块、系统时钟模块、电源模块、看门狗及复位模块、驱动模块、实时运行模块、电机测速模块、位置检查模块和温控模块；
所述主控模块包括LPC1769主控芯片，其与所述模式切换模块、存储器模块、信号输出模块、系统时钟模块、电源模块、看门狗及复位模块、驱动模块和实时运行模块相连；
所述模式切换模块和所述存储器模块用于信号输入，其与所述拓展链接模块相连，与开关共同作用下用于切换所述PC机与主控制模块的通讯模式；
所述拓展链接模块包括串口和USB接口，其与所述PC机相连用于PC机与主控制模块的通讯；
所述实时运行模块分别所述与驱动模块、电机测速模块、位置检查模块和温控模块相连用于实时监控各部件的运行情况和反馈给主控制模块，并接收所述中控制模块的控制信号、调节驱动模块、电机测速模块、位置检查模块和温控模块的运作；
所述驱动模块连接并驱动电机。
[0007]更优的，所述串口为应用LP2303的RS232全双工异步串行通信装置。
[0008]更优的，所述系统应用了 USB与RS132选择电路、USB驱动电路、SD卡电路、限位开关电路和应用MCP44X1选择电路。
[0009]进一步说明，所述USB驱动电路通过方式选择电路选择串口通讯模式并接收PC信号，使得所述LPC1769主控芯片与所述PC机实现同步通讯，并通过所述LPC1769主芯片上的1信号采集单元对SD卡电路中的SD卡的进行读取和写入操作。
[0010]进一步说明，所述电机有四个，均为步进电机，且所述电机的驱动电路为应用A4982的步进电机驱动电路。
[0011 ] 更进一步说明，所述开关包括机械开关和电位开关，所述机械开关为限位开关电路，所述电位开关为脉冲选择器。
[0012]应用上述控制系统对所述熔融沉积3D打印机进行控制的方法，其特征在于，包括如下步骤:
1)通过RS232全双工异步串行通信装置的信号接收单元通过方式选择电路选择烧录模式，使用USB驱动电路接收来自PC机的控制系统代码并保存至存储单元中，至此完成烧录工作；
2)通过方式选择电路选择串口通讯模式接收PC信号，使得所述LPC1769主控模块与所述PC机实现同步通讯，此时在所述PC机上显示SD卡里面的内容；
3)所述PC机在通讯模式下发送步进电机移动指令，信号发生单元输出高频时钟，控制所述脉冲选择器的开关，所述步进电机驱动电路受脉冲选择器的控制，选择相应的步进电机，并在步进电机的控制逻辑电路的控制下，启用所述步进电机，并选择细分步进量进行正传和反转运动。
[0013]本发明根据上述内容，采用NXP公司LPC17xx系列中LPC1769芯片作为核心部件，实现具有二次开发功能的3D打印机控制系统，并输出高精度运动控制，同时减少了元器件数目，缩短了体积，减少了 3D打印机的再开发、再升级成本。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的一个实施例的系统框图；
图2是本发明的一个实施例的电路原理框图；
图3是本发明的一个实施例中LPC1769主控器USB与RS232选择电路的示意图；
图4是本发明的一个实施例中SD卡驱动电路的不意图；
图5是本发明的一个实施例中步进电机驱动电路的不意图；
图6是本发明的一个实施例中脉冲选择器电路的示意图；
图7是本发明的一个实施例中限位开关电路的示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0016]如图1所示，一种熔融沉积3D打印机的控制系统，包括主控制模块、模式切换模块、拓展链接模块、存储器模块、信号输出模块、系统时钟模块、电源模块、看门狗及复位模块、驱动模块、实时运行模块、电机测速模块、位置检查模块和温控模块；
所述主控模块包括LPC1769主控芯片，其与所述模式切换模块、存储器模块、信号输出模块、系统时钟模块、电源模块、看门狗及复位模块、驱动模块和实时运行模块相连；
所述模式切换模块和所述存储器模块用于信号输入，其与所述拓展链接模块相连，与开关共同作用下用于切换所述PC机与主控制模块的通讯模式；
所述拓展链接模块包括串口和USB接口，其与所述PC机相连用于PC机与主控制模块的通讯；
所述实时运行模块分别所述与驱动模块、电机测速模块、位置检查模块和温控模块相连用于实时监控各部件的运行情况和反馈给主控制模块，并接收所述中控制模块的控制信号、调节驱动模块、电机测速模块、位置检查模块和温控模块的运作；
所述驱动模块连接并驱动电机。
[0017]如图2-7所示所述串口为应用LP2303的RS232全双工异步串行通信装置。
[0018]所述系统应用了 USB与RS132选择电路、USB驱动电路、SD卡电路、限位开关电路和应用MCP44X1选择电路。
[0019]如图所述USB驱动电路通过方式选择电路选择串口通讯模式并接收PC信号，使得所述LPC1769主控芯片与所述PC机实现同步通讯，并通过所述LPC1769主芯片上的1信号采集单元对SD卡电路中的SD卡的进行读取和写入操作。
[0020]所述电机有四个，均为步进电机，且所述电机的驱动电路为应用A4982的步进电机驱动电路。
[0021]所述开关包括机械开关和电位开关，所述机械开关为限位开关电路，所述电位开关为脉冲选择器。
[0022]进步具体说明，如图2-7所示，一种熔融沉积3D打印机的控制系统的电路组成，包括LPCl769主控器，RS232全双工异步串行通信装置，SD卡驱动电路，脉冲选择器，步进电机驱动电路，USB驱动电路，行程开关感应电路，温度控制电路；LPC1769主控器包括时钟发生单元1、RS232通信单元1、1信号采集单元、逻辑控制单元、PWM单元、存储单元波形发生单元；RS232全双工异步串行通信装置包括PL2303驱动单元、时钟发生单元、方式选择电路、信号接收单元；SD卡驱动电路包括阻容滤波；步进电机驱动电路5包括阻容滤波、步进电机控制逻辑电路、