基于單片機的數控直角坐標系平面激光打標機機電系統設計

彭石娟+王興+任楠

摘要：以數控直角坐標系為基礎，本文論述了數控直角坐標系平面激光打標機的相關特性。打標機的組成部分分為上位機和下位機，單片機在機電設計系統中發揮著獨特的作用，可以通過單片機來處理繪圖文件和信息，也可以用它來處理直線和圓弧的勾繪，如可以用它來處理與PC機軟件相關的信息。以上的操作過程為畫線、畫圓、移點等圖像繪制奠定了基礎。

關鍵詞：XY平面；單片機；下位機；上位機

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0145-02

當今社會是一個信息化社會，計算機與人們的生活密切相關，種種因素使計算機硬件價格比不斷降低，計算機的普及使圖形顯示器得到廣泛的應用，它的廣泛應用促進了硬件設計和軟件設計的發展同時有利于移點、畫圓、畫線等圖像的處理。計算機對它進行了直接控制。直角坐標系平面激光打標機的計算機數控就是利用了NC去處理一些或全部的基本控制數字的功能系統。

1 與系統設計有關的機電原理

平臺、X/Y坐標尺 h和、X/Y傳動絲杠驅動坐標尺的步進電動機、激光頭、和微型計算機接口是數控直角坐標系平面激光打標機的主要特點，如圖1所示。

打標機的臺面需要用平臺來固定。激光頭的抬起和落下可以用繼電器來控制。兩坐標尺的交點（PEN）處是激光頭的位置，激光頭的位置由X～Y坐標尺的位置確立，其位置可以用（X，Y）坐標確定。利用傳動絲桿可以將步進電動機移動到坐標尺，而步電動機的旋轉角度能實現坐標尺的直線運動。

通訊接口發送給控制器的通訊命令是微型計算機的作圖命令，控制器可以對命令進行系統的分析，并對激光掃描子程序進行調配。x和Y方向上的步進電動機由激光掃描子程序來驅使，使激光頭回到相應的地點對兩坐標尺的移動做出了要求，即移動的規律性。于此同時控制器應該先控制激光頭繼電器才能使激光頭進行起落，以上基本操作市電驅動，操作者需要佩戴護目鏡。

2 設施的硬件性

2.1 單片機核心組成

STC8051RC是系統核心，復位電路、電源、時鐘電路及指示燈和I/O電路組成了一個完整的單片機電路。

2.2 串口通信電路設計

單片機是TTL電平，PC機是RS-232電平，這無疑對實驗造成了不便在，所以電平要進行轉換升級。

3 基礎設施的軟件系統

3.1 下位機軟件

單片機接到了相關命令，從而達到和PC機通信的效果。為了對圖形進行更好的激光掃描采用了逐點比較法算法。“逐點比較法”的過程就是每走一次就需要比較一次，所以偏差計算和偏差判別的含義是通過判斷激光頭的實際位置和所要求的位置是不是在同一個方位，由此來判斷之后的方向是什么。

圖2是數控圓弧插補流程圖，偏差判定、坐標方向、新偏差的解答和終點判斷組成了程序流程圖。

3.2 上位機軟件設計

本程序采用VC編寫了一個激光掃描軟件繪制所需圖形，極大的促進了圖形的編譯同時也提高了效率。操作既省時又省力。移點、畫線、畫逆弧、畫順弧、畫矩形、畫圓等激光掃描流程可以依靠本軟件來實現，想要組成圖形的掃描打開文件夾即可，更重要的是它可以顯示圖形的坐標并且實現距離的計算，具體流程如圖3所示。

4 結語

數控直角坐標系平面激光打標機設計使項目組獲益匪淺。項目組既深入學習 到了與CNC相關的重要知識，也掌握了基本的知識原理及算法，能很好的將理論與實踐想結合。相關人員的編程水平得到了相應的提升為三維激光打標機的研制奠定一定的基礎，也為產品的研制提供了寶貴的借鑒。

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Abstract：On the basis of NC Cartesian coordinate system， this paper discusses the related characteristics of NC Cartesian coordinate plane laser marking machine.The marking of the part is divided into upper and lower machine， SCM plays a unique role in the mechanical and electrical system design， drawing files and information can be processed by MCU， can also use it to deal with linear and circular drawing， you can also use it to deal with PC software related information.This operation lays the foundation for drawing lines， drawing circles， moving points and other image rendering.

Key Words：XY plane； MCU； lower computer； upper computerendprint