一种基于WIFI的3D打印机远程控制系统的制作方法

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体是一种基于WIFI的3D打印机远程控制系统，能够实现3D打印机的实时数据与用户移动终端之间的无线传输。

背景技术：

目前，国内基于FDM技术的快速成型的3D打印机得到迅速发展，并得到大多数企业的认可采用，但是国内的FDM技术的3D打印机大部分依然采用电脑连接进行的操作打印，或者采用SD卡存储数据进行打印，这些打印操作都需要现场进行。一般情况下，当所需打印的3D模型很大时，往往需要等待十几个小时或更多的时间，对于用户来说，想及时观察或控制打印状态又必须现场观察，给用户带来不便。另外国内的大多3D打印机需要固件更新时，需返厂进行有线下载固件，老用户无法及时享受到新的功能，给用户带来很大的不便。为解决上述问题，人们采用蓝牙技术，ZigBee技术的无线通信，但这些技术的传输距离短，带宽窄，对数据的传输限制了条件。

技术实现要素：

本实用新型针对当前基于FDM技术的快速成型的3D打印机现场操作的不足，提供一种基于WIFI的3D打印机远程控制系统。本实用新型在3D打印机的电路控制系统中增设了WIFI接收发送模块，该模块可以实现串口与WIFI之间高性能的数据传输，传统的串口设备在不需要更改物理连接的情况下，即可通过WIFI网络传输数据，提供了串口设备通过网络传输数据的解决方案。用户无需现场操作3D打印机，将用户的移动终端通过WIFI网络实现与3D打印机数据的无线远程传输，用户即可得到3D打印机的实时状态，同时也可以远程进行3D打印机的控制操作，增加了用户的便捷性。

本实用新型的技术方案是：

一种基于WIFI的3D打印机远程控制系统，该系统包括WIFI接收发送模块和主控模块；

所述主控模块包括主控芯片、电压转换模块、U盘读写模块、电机驱动模块、喷头加热控制模块、冷风降温模块、自动断电模块和串口屏通信模块；其中，主控芯片分别与电压转换模块、U盘读写模块、电机驱动模块、喷头加热控制模块、冷风降温模块、自动断电模块、串口屏通信模块连接；电压转换模块分别与U盘读写模块、电机驱动模块、喷头加热控制模块、冷风降温模块、自动断电模块、串口屏通信模块连接；主控芯片、电压转换模块分别与WIFI接收发送模块连接；WIFI接收发送模块通过无线网络与移动终端连接。

所述WIFI发送接收模块包括WIFI芯片、电容C1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、红色发光二极管D1、绿色发光二极管D2、复位开关S1，以及外接天线接口11；其连接关系为：所述WIFI芯片的脚1接地，脚2接3.3V电源，在脚1与脚2之间连接所述电容C1；所述WIFI芯片的脚3连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端分别连接电源3.3V和电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接WIFI芯片的脚4，WIFI芯片的脚4连接复位开关S1的一端，复位开关S1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地；WIFI芯片的脚9连接红色发光二极管D1的负极，红色发光二极管D1的正极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电源3.3V和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接绿色发光二极管D2的正极，绿色发光二极管D2的负极连接所述WIFI芯片的脚10；同时WIFI芯片的脚4还与主控芯片的IO引脚PC9相连，WIFI芯片的脚9还与主控芯片的IO引脚PA8相连，WIFI芯片的脚10还与主控芯片的IO引脚PA9相连，WIFI芯片的脚5和脚6作为串口收发引脚与所述主控芯片的串口收发引脚连接；所述WIFI芯片的11口为外置天线接口。

所述的主控芯片型号是ARM Cortex-M4。

相较于现有技术，本实用新型具有以下的有益效果：

本实用新型基于WIFI的3D打印机远程控制系统在电路板上增设了WIFI接收发送模块，通过WIFI接收发送模块可以实现3D打印机的实时数据与用户移动终端之间的无线传输，该WIFI网络传输速率快、传输距离远，用户的移动终端可以通过WIFI无线网络对3D打印机的当前状态做出实时反馈，远程操作控制3D打印机的运行状态，同时也可通过WIFI网络对3D打印机的固件及时更新，用户不必返厂进行固件的下载，省去了许多不必要的麻烦。

附图说明

图1为本实用新型基于WIFI的3D打印机远程控制系统的整体结构框图。

图2为本实用新型WIFI发送接收模块的电路图。

图3为本实用新型WIFI发送接收模块的移动终端的功能控制结构框图。

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

请参考图1，本实用新型提供了一种基于WIFI的3D打印机远程控制系统，包括WIFI接收发送模块和主控模块。一方面所述WIFI接收发送模块将3D打印机的实时打印状态数据发送至用户的移动终端，另一方面所述主控模块接收WIFI接收发送模块的命令数据并进行解码输出。

所述主控模块包括主控芯片1，电压转换模块2、U盘读写模块5、电机驱动模块6、喷头加热控制模块7、冷风降温模块8、自动断电模块9和串口屏通信模块10；其中，主控芯片1作为控制系统的核心分别与电压转换模块2、U盘读写模块5、电机驱动模块6、喷头加热控制模块7、冷风降温模块8、自动断电模块9、串口屏通信模块10连接；电压转换模块2作为系统供电模块分别与U盘读写模块5、电机驱动模块6、喷头加热控制模块7、冷风降温模块8、自动断电模块9、串口屏通信模块10连接；主控芯片1，电压转换模块2分别与WIFI接收发送模块3连接；WIFI接收发送模块3通过无线网络与移动终端4连接。

所述的主控芯片1型号是ARM Cortex-M4。

所述的电压转换模块2、U盘读写模块5、电机驱动模块6、喷头加热控制模块7、冷风降温模块8、自动断电模块9和串口屏通信模块10均为公知器件，具体为：

所述的电压转换模块2包括24V转5V的DC/DC开关电源转换芯片TPS5430，和5V转3.3V的稳压降压芯片AMS1117。

所述的U盘读写模块5包括USB OTG电路和静电保护芯片PRTR5V0U4D芯片。所述U盘读写模块5由电压转换模块2提供5V电压，一般情况下，3D打印的数据存储在U盘中，通过该接口上位机可以实现U盘读取操作，进行3D模型打印。

所述的电机驱动模块6包括电机驱动芯片A4988和42步进电机。所述电机驱动模块6由电压转换模块2提供3.3V电压，该模块主要包括电机驱动芯片A4988和42步进电机，通过该驱动模块，可以对42步进电机的使能，方向，步进角，速度有效控制，精度高，实时性强，完全可以达到FDM技术的快速成型的要求。

所述的喷头加热模块7包括24V3D打印机专用加热棒和K型热电偶。所述喷头加热控制模块7由电压转换模块2提供5V电压，该模块主要包括加热棒和K型热电偶，通过该加热控制模块，可以控制喷头的加热温度。

所述的冷风降温模块8包括12VDC离心涡轮鼓风机散热风扇。所述冷风降温模块8由电压转换模块2提供3.3V电压，该模块主要包括三极管开关电路和12VDC离心涡轮鼓风机散热风扇，通过该冷风降温模块，可以为喷头和挤出电机降温散热，保证喷头的温度恒定。

所述的自动断电模块9包括24VDC 5脚功率继电器。所述自动断电模块9由电压转换模块2提供3.3V电压，该模块主要包括三极管开关电路和24VDC 5脚功率继电器组成，通过该自动断电模块，可以实现3D打印结束后自动断电，节约电能。

所述的串口屏模块10主要包括工业串口彩屏。所述串口屏通信模块10由电压转换模块2提供5V电压，该模块是通过串口与主控芯片有线连接，是用户对3D打印现场操作的人机交互界面，通过该模块可以实现现场对3D打印机的控制操作。

所述的WIFI发送接收模块的电路图如图2所示，所述WIFI接收发送模块包括WIFI芯片、电容C1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、红色发光二极管D1、绿色发光二极管D2、复位开关S1，以及外接天线接口11。WIFI接收发送模块的组成连接图如下说明。

所述WIFI芯片的脚1接地，脚2接3.3V电源，在脚1与脚2之间连接所述电容C1；所述WIFI芯片的脚3连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端分别连接电源3.3V和电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接WIFI芯片的脚4，WIFI芯片的脚4连接复位开关S1的一端，复位开关S1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地；WIFI芯片的脚9连接红色发光二极管D1的负极，红色发光二极管D1的正极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电源3.3V和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接绿色发光二极管D2的正极，绿色发光二极管D2的负极连接所述WIFI芯片的脚10；同时WIFI芯片的脚4还与主控芯片的IO引脚PC9相连，WIFI芯片的脚9还与主控芯片的IO引脚PA8相连，WIFI芯片的脚10还与主控芯片的IO引脚PA9相连，WIFI芯片的脚5和脚6作为串口收发引脚与所述主控芯片1的串口收发引脚连接；所述WIFI芯片的11口为外置天线接口，可外接2.4GHz的外置天线。

其中红色发光二极管D1用于指示WIFI接收发送模块转换启动正常，绿色发光二极管D2用于指示WIFI接收发送模块与用户的移动终端通信正常，WIFI接收发送模块的11口外接外置天线接口，可外接2.4GHz的外置天线，复位开关S1用于WIFI接收发送模块的硬件复位。

所述WIFI接收发送模块通过串口与主控模块通信，UART串口是可编程全双工的串口通信接口，可以采取异步或同步的两种方式与外部设备相连，可以同时进行数据的发送和接收。本WIFI接收发送模块是与主控模块之间的内部通信，无需TTL电平与RS-232电平的转换，提高了数据传输的抗干扰能力。此外，用户移动终端也可通过串口进行固件的更新下载，方便用户对3D打印机的新功能及时更新使用。

所述WIFI接收发送模块配有连接天线接口，可外接2.4GHz的外置天线，支持IEEE 802.11b/g/n的协议，同时WIFI接收发送模块集成MAC，基频芯片，射频收发单元，以及功率放大器，减少WIFI接收发送模块与移动终端设备通信的干扰。

所述WIFI接收发送模块通过排针与所述主控模块的排孔相连接，方便模块的更换与使用，该模块损坏，不会影响主控模块的使用，增加了WIFI接收发送模块的独立性，实现了串口与网络数据通信的即插即用，方便而简单。

再请参考图1，所述主控模块包括主控芯片1、电压转换模块2、U盘读写模块5、电机驱动模块6、喷头加热控制模块7、冷风降温模块8、自动断电模块9、串口屏通信模块10。

所述主控芯片1是基于ARM Cortex-M4内核的32位微控制器，该控制芯片工作频率高、处理性能优越、功耗低、稳定性好，能够满足3D打印机的控制系统的数据处理要求。

所述电压转换模块2将外部输入的24V电压，通过DC/DC开关电源转换芯片TPS5430转化为稳定的5V电压，5V电压通过稳压降压芯片AMS1117转化为3.3V的稳定电压。

本实用新型涉及的程序或协议均为器件自带或公知技术。

以下是对本实用新型的具体应用进行讲述。

请参考图3，本实用新型所述WIFI接收发送模块通过排针与所述主控模块的排孔相连接，通电后，红色发光二极管D1正常点亮，表明WIFI接收发送模块正常启动，移动终端通过扫描无线网络，与所述WIFI接收发送模块无线连接，此时绿色发光二极管D2正常点亮，表明移动终端已经与WIFI接收发送模块成功连接。WIFI接收发送模块可以设为两种模式与移动终端连接：AP模式和STA模式。AP模式下，WIFI接收发送模块作为无线网络的中心节点，移动终端与WIFI接收发送模块直接相连，连接简单可靠；STA模式下，WIFI接收发送模块作为无线网络的终端，连接到路由器，路由器作为中心地位与移动终端连接，增加了无线连接的覆盖范围。当连接数据出现异常，可以通过按下复位开关S1，该WIFI接收发送模块会硬件重新复位，重新启动数据连接。

移动终端的APP作为接收端，可以实时传输3D打印机的实时状态数据，包括U盘路径下的打印文件、模型打印的进度、喷头当前的温度、设定的目的温度、打印所用的时间。同时移动终端的APP作为发送端，可以读取U盘打印的模型文件、电机的运动控制、喷头温度的设定、打印结束自动断电的开启/关闭、风扇转速的调节、主控芯片的固件更新，这些操作均可通过用户移动终端的APP对3D打印机主控模块的操作。当3D打印机打印数据传输出现异常，譬如，喷头降温，该APP可以发出震动或报警声，及时提醒用户做出相应的挽救措施，既省去了现场观察的不必要时间，又可以当3D打印机出现问题时，及时反馈给用户，方便且高效。当用户需要对3D打印机的固件进行更新时，可从云端下载最新的固件包，通过移动终端APP对3D打印机的固件进行下载更新，省去了有线下载固件包的麻烦。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。