激光切割數控系統的遙控器設計

李奉順?陸榮鑑?張建紅?唐子焓

摘 要：由于激光切割機床比較大，工人在操作時，需要在操作面板和床身之間來回跑動，很不方便。為解決這個問題，需采用無線遙控的方式。本系統分為兩個部分，一部分是按鍵的識別，另一部分是無線發送與接收部分。按鍵的識別是采用ZLG7290芯片進行按鍵掃描、識別;無線發射是由2.4G的無線模塊完成，它將按鍵編碼通過無線的方式發送給數控系統，由數控系統完成相應的動作。

關鍵詞：激光切割;遙控器;2.4G無線模塊;ZLG7290

0 引言

激光切割就是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面，使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，使激光束與材料沿一定軌跡作相對運動，從而形成一定形狀的切縫。1970年以后，由于數控技術及CO2激光器的不斷完善和發展，激光切割技術慢慢體現出其獨特的優勢。相比較其他的切割方法，激光切割以其高速、高精度和高適應性的特點，以及切割面質量好、割縫細、切割時噪聲小、低污染等優點，已然成為工業中板材切割的一種相對較為先進的加工方法。[1，2，3]

激光切割的應用十分廣泛，包括機床、工程機械、電氣開關制造、電梯制造、糧食機械、紡織機械、機車制造、農林機械、食品機械、特種汽車、石油機械制造、航空航天、環保設備、家用電器制造、大電機硅鋼片等各種機械制造加工行業的眾多領域。因此，提高激光切割的安全性以及效率必然會帶來顯著的經濟效益和社會效益。[2，3]目前，我國對于無線工業遙控器的研發很少，而且其性能不穩定，安全等級也達不到相關行業標準，遙控器之間易發生干擾。可見，國產遙控器產品相比于歐洲產品，存在相當大的差距;因此，對無線工業遙控器的研究設計具有現實意義。[4，5]

本遙控器控制系統設計的研究主要采用德國PA8000LW系統設計出廉價、高精度、高可靠性、柔性化、網絡化的數控系統。其主要利用2.4G無線通信與PA8000數控系統的控制面板相連，實現PA8000數控系統的手動遠程控制，具有手動、點動、回原點、調高控制等功能。

1 遙控器控制系統總體設計

遙控器控制系統總體設計包含了硬件設計和軟件設計。硬件設計：本系統通過兩個部分來組成，一個部分是按鍵的識別，這部分是采用ZLG7690芯片進行按鍵的掃描和識別;另外一部分是由2.4G的無線模塊完成的，它將按鍵編碼通過無線的方式發送給數控系統，由數控系統完成相應的動作。軟件設計：以MPLAB為開發平臺，使用C30進行程序的編寫和設計;根據不同部分不同的功能編寫出不同的程序，使系統能夠正常運行。

2 遙控器系統的硬件設計

遙控器系統的硬件設計是本文的設計重點之一，主要介紹了遙控器系統中的硬件設計和功能實現;并且對電源、2.4G無線模塊、鍵盤、仿真器以及控制面板的硬件電路進行設計。

2.1 電源電路板設計

電源電路的主要芯片為LM1117，LM1117只用兩個外接電阻便可以控制輸出電壓。

2.2 鍵盤接口電路設計

ZLG7290采用I?C總線接口，與微控制器的連接僅需兩根信號線，硬件電路比較簡單;可以驅動8位共陰數碼管或64只獨立LED、64只獨立按鍵，并可提供自動消除抖動、連擊鍵計數等功能。[6，7，8]

2.3 2.4G無線模塊接口電路設計

本設計使用的2.4G無線模塊是NRF24L01，該模塊通過SPI與MCU進行通信，無線模塊的相關參數的設置可以通過SPI發送指令控制，能夠較好地適應各種MCU。

2.4 仿真器接口電路設計

目前，一般使用的仿真器接口電路有SWD和JTAG等，仿真器接口電路可以控制MCU的運行。

3 遙控器控制系統的軟件設計

當整個系統開始工作的時候，首先初始化，檢測模塊是否響應，若沒有則重新開始，若響應則開始設置無線發送模塊的模式;然后按下鍵盤檢測有沒有鍵值，如果沒有鍵值重新按下鍵盤，如果有鍵值則讀取鍵值;最后檢測是否讀完，若讀完發送鍵值結束，沒有讀完重新按下鍵盤繼續檢測。本程序采用了模塊化的編程方法，[9]用具體的程序進行仿真后證明該課題研究的可行性。

3.1 nRF2401無線模塊簡略工作流程

當無線模塊開始工作時，先檢查有沒有磁場，當有磁場時，配置NRF24L01發送數據。無線模塊芯片檢測是否收到應答信號，若收到信號則LED燈閃爍，結束;若沒有接收到信號，重新配置發送數據。

3.2 鍵盤模塊ZLG7290簡略工作流程

首先初始化鍵盤模塊，然后啟動鍵盤模塊，開始掃描鍵盤。如果有按鍵按下的話，就將該鍵盤的鍵碼值傳給數字信號控制芯片dsPIC33EP502通過I2C通訊。

3.3 I2C簡略工作流程

首先初始化，然后主控方發送從動方地址信息，從動方發出認可信號，如果收到則繼續進行讀寫操作，然后結束。如果沒有收到則繼續上面的步驟。

3.4 SPI簡略工作流程

首先初始化DSP時鐘，SPI中斷，SPI控制寄存器;然后檢測是否接收到了時鐘信號。如果沒有收到則重新接收;如果收到信號，再查看是否接收到主處理器發送的非零數據，如果沒有收到非零數據則繼續重新接收，如果收到，循環給主處理器發送當前數據。

4 結語

本文提出的激光切割數控系統的遙控器設計的課題，和目前現有的遙控器系統相比，首先，先將原先有PLC或者單片機作為主控芯片的系統換成了現在的數字信號控制芯片DSPIC33EPMC502。這個類型的芯片是由Microchip開發，針對此類遙控系統而設計的專用芯片，從而能夠更加方便地處理不同的信號，來控制使之實現遙控器的控制功能。其次采用基于ZLG7290芯片的獨立鍵盤模塊，實現了系統的模塊化，為日后進一步研究或其他提供了方便與可能性。最后選用了NRF24L01型號的2.4G無線模塊，此模塊的一些優點，能夠使整個系統的信號接收和發送更加完整和方便。當然，本系統也存在一些不足，相信在后期調整工作中會不斷改進。

參考文獻：

[1] 劉洪志.基于ARM嵌入式的制袋機控制系統設計[D].南京林業大學，2012.

[2] 劉玉川.圓壓圓技術在中封制袋機上的應用研究[D].河北工業大學，2011.

[3] 劉麗榮.基于PLC的全自動紙鈔復合制袋機生產線的研究與開發[D].蘭州理工大學，2008.

[4] 吳富民.基于ARM嵌入式的制袋機控制系統設計[D].南京林業大學，2008.

[5] 段龍.熱封切制袋機控制系統設計[D].廈門大學，2007.

[6] 殷紅，董海棠.紙鈔復合制袋機控制系統設計[J].自動化儀表，2012（3）：24-27.

[7] 陸榮鑑，韓凌.基于ARM嵌入式的制袋機控制系統設計[J].包裝工程，2012（17）：88-93.

[8] 畢楚瑜，薛偉.制袋機系統的伺服控制[J].微計算機信息自動化技術與應用，2013（1）：71-73.

[9] 丁奉龍，周海燕.手持噴霧水電解機的控制裝置設計[J].藝術科技，2019，32（08）：241+243.

作者簡介：李奉順（1996—），男，研究生在讀，主要從事機電一體化、嵌入式系統方向的研究。

通訊作者：陸榮鑑（1964—），男，研究生，講師，主要從事機電一體化、工業控制系統方向的研究。