e-works数字化企业网  »  文章频道  »  工业自动化控制  »  控制系统

基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计

2014/6/19    来源:万方数据    作者:汤成建  陈跃  闫勇程  满家祥  孙根  
为了实现对迷你数控雕刻机的控制,提出了一种基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计方案,并完成系统了的硬件电路设计和软件设计。该系统的硬件电路设计部分主要是电源电压转换电路以及以ATmega128单片机为主控芯片的控制主板与各模块相连电路;软件设计部分主要是利用AVR Studio开发环境编程,实现ATmega128单片机对步进电机、主轴电机、超声波传感器等部件的控制以及实现与PC机握手。重点设计了利用键盘操作板对雕刻头的初步定位系统。实际应用表明,该系统具有操作简便、安全可靠等特点,达到了设计要求。

  随着艺术模型、机械加工、工装模具等产业的飞速发展,对加工设备提出的要求越来越高,雕刻机作为上述产业的重要组成部分也发生了快速的发展。

  目前,传统雕刻机体积大、操作复杂、售价高。不仅需要专门的计算机搭载专门的软件,还需要专业操作人员进行控制,而且传统雕刻机主要用于批量生产,对于一些雕刻机爱好者和模具设计师想利用雕刻机雕刻单件自己设计的作品,传统雕刻机专业性强,费用高,不切实际。此外,一些传统的雕刻机使用之前需要人工通过转动三轴方向的手轮对雕刻头进行初步定位,精度、效率低。还有一些高端雕刻机采用软件对雕刻头初步定位,但是设备昂贵。

  鉴于此,精心设计了一种迷你数控雕刻机系统。该系统不仅操作简单、方便,而且雕刻头初步定位精度精确、效率高。

1系统的总体设计

  为满足该迷你数控雕刻机系统能够在非黑色金属材料上完成图案、文字的雕刻加工需求。设计了一款以ATmega128单片机为主控芯片的雕刻机系统,该系统包括步进电机驱动器模块、LCD12864液晶显示模块、键盘操作板模块、ATmega128单片机最小系统模块、超声波传感器电源、串口通讯模块等几部分组成。

  系统结构框图如图1所示。

系统结构框图
图1 系统结构框图

  在本系统设计中,采用了ATMEL公司生产的ATmega128单片机作为主控芯片。该单片机属于AVR系列单片机中一种,拥有128 kB程序存储器,自带产生PWM波模块,方便对步进电机、主轴电机的控制。其中,PC机用于利用MACH3软件实现待加工物G代码的解释,实现相关数据格式的转换,然后通过串口通讯模块下载到以ATmega128单片机为主控芯片的控制主板里。由于在雕刻机工作之前需要对雕刻头的初步定位,系统中设计了按键操作板,通过对按键操作板上的上下、左右、前后等六个按键的操作即可完成对雕刻头的初步定位,提高了加工效率以及节省材料。系统还设计了LCD12864液晶显示屏,便于对雕刻机在加工时雕刻头位置坐标以及加工用时等参数的观察。对三轴上的步进电机的控制,本系统中利用ATmega128单片机自带PWM模块产生的PWM波对步进电机驱动器的控制,从而实现对三轴的步进电机的精确控制。

2 功能模块选择

  2.1 ATmega128单片机最小系统模块

  ATmega128是由ATMEL公司设计的一款8位微处理器,具有128K字节的系统内可编程Flash,53个可编程的I/O口线,满足本设计中众多I/O口的需求,无需再扩展。此外,该单片机还拥有六路分辨率可编程的PWM,便于产生标准的脉冲信号。另外还拥有六个外部中断端口,可用于防碰撞设计。最小系统原理图如图2所示。

图2 最小系统原理图

  2.2 LCD12864液晶显示模块

  为了观察雕刻机在加工时雕刻头位置坐标以及加工用时等参数,本系统设计了LCD12864液晶显示模块。LCD12864液晶显示屏可以显示汉字、大小写字母、其他各种符号等,满足设计要求。本设计中,利用ATmega128单片机来控制LCD12864,其中PC口作为并行数据口使用,向LCD12864并行串口传送数据。PF口作为控制片选、读写、复位、串并数据传送方式选择使用。LCD12864液晶显示模块如图3所示。

LCD12864液晶显示模块
图3 LCD12864液晶显示模块

责任编辑:陈浩
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐