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        激光打標系統單片控制器的設計(上)
        添加時間:2019-12-18
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        一、引子

            1980年代國際上出現了一項嶄新的激光應用技術激光打標技術。它具有傳統方法難以比擬的許多優點。

        1、采用數控技術,標記速度快,更改打標內容非常簡單。

        2、采用激光作為加工手段,應用范圍廣。

        3、與工件之間沒有機械力的作用,保證了工件的原有精度。

        4、加工方式靈活。

        5、可以采取離線生產的方式,也可以實現在線生產,沒有污染源,對環境的污染非常小。

        6、操作方便,防偽功能強,使用成本低。

            由于激光標識技術有著上述諸多優點,它逐漸取代了傳統的標記方法。進入九十年代隨著激光打標技術的日臻成熟及激光打標設備的不斷完善,激光打標技術在國外得到較廣泛的應用。國際上一些發達國家已將該技術作為工業加工的工藝標準。我國也非常重視這一技術,國家科委早已將該技術列為“八五火炬計劃”進行研制和推廣,因此激光打標具有巨大的發展潛力。

        二、激光打標機系統控制器功能

            激光打標控制器是激光打標系統的核心部分,一般由上位機和下位機組成。本控制器的工作原理就是:在聯機使用的時把上位機由打標軟件生成的打標數據傳輸到控制器,并由控制器中的單片機把它們暫存在緩沖器中,然后再把這些打標點的達標參數按給定的順序和時間隔逐點進行數/模轉換輸出去分別控制振鏡的X軸和Y軸的偏轉、激光的功率以及激光器的出光和關光;在脫機使用時,把上位機由打標軟件生成的打標數據傳輸到控制器,再由控制器中的單片機對它們進行打標文件編號并保存在控制器的非易失性存儲器中,然后控制器就可以脫離上位機單獨工作,我們可以通過控制器的鍵盤輸入和LCD顯示對存儲器中的打標文件進行文件選擇、修改打標參數(激光功率和插補周期)、開始打標、放棄打標等操作,這樣控制器就完全取代上位機對打標系統進行控制。

        3激光打標機系統控制器硬件設計

        3.1激光打標機系統控制器原理框圖

            激光打標控制器硬件主要由RS232串行通信電路、步進電機功率驅動電路、數據存儲電路、鍵盤/顯示電路、直流電源電路等幾部分組成。

        本系統由系統機和單片機兩部分構成。由于圖形處理算法復雜,必須借助圖形處理軟件才能完成,因此將圖形處理和打標控制功能相分離,圖形處理部分由系統機完成,系統機完成對所需打標的PLT、BMP或PCX格式的圖形圖像文件的生成、數據處理后將生成的圖形文件通過RS232標準接口傳輸給單片機。單片機的任務是將接受到的圖形文件數據存儲到外部數據存儲器29C040中,并完成各種文件操作,打標參數設置,最后控制激光打標機實現自動或手動打標。所有的控制操作通過鍵盤進行,顯示屏會實時顯示相應的提示信息。

        單片機發出的控制信號經驅動電路放大后驅動步進電機旋轉進而控制掃描鏡頭偏轉角度從而控制光點的位置、移動速度和加速度。下面介紹各部分電路。

        3.2激光打標機系統控制器單元電路設計

        3.2.1數據存儲電路與單片機外部設計外部數據存儲電路由存儲器6264和29C040以及地址鎖存器74LS573組成。本系統采用6264作為數據緩沖器對文件數據進行中間過程的處理。6264芯片的數據輸入和輸出引公用,三態輸出,并且與EPROM2764芯片引腳兼容,因此具有擴展程序存儲器2764的能力,為以后的技術升級留下了余地。本控制器由于要存儲至少10個文件,并且要能方便的進行在線讀寫,因此必須選擇一種大容量的斷電后不丟失數據的可在線讀寫的非易失性存儲器。綜合比較后我們選擇了ATMEL公司的AT29C040。

            單片機采用89C52、6264和AT29C040為擴展外部數據存儲器,此外系統還使用了鍵盤顯示控制器8279以及X、Y電機的步信信號鎖存器74LS377??梢钥吹皆撓到y既有擴展的外部數據RAM,又有與外圍電路、外部芯片的接口,為了區別對不同對象的數據操作,必須使所有這些外部電路有著不同的地址。

        鎖存器74LS573用于鎖存低八位地址數據。89C52的P0口既要傳送數據又要輸出低八位的地址,因此P0口輸出的地址數據必須用鎖存器鎖存。鎖存器的鎖存控制信號為引腳ALE輸出的控制信號。在ALE的下降沿將P0口輸出的地址數據鎖存。

        功率驅動電路用以將89C52輸出的TTL電平信號放大驅動步進電機轉動。

        使用4N33光電隔離器,T1P41C功率三極管。驅動電路的工作原理是單片機P0口輸出的控制信號經光電隔離器后送至功率放大器放大,最后經2腳輸出驅動步進電機。光電隔離器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的,且輸出端對輸入端也無反饋,因此具有隔離和抗干擾的雙重作用。在驅動電路中加入光電隔離器使功率驅動部分與控制部分在電氣上隔離,消除了驅動電路對單片機電路的干擾,提高了系統的可靠性。

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