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激光打标系统单片控制器的设计(上)
添加时间:2019-12-18
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一、引子

    1980年代国际上出现了一项崭新的激光应用技术激光打标技术。它具有传统方法难以比拟的许多优点。

1、采用数控技术,标记速度快,更改打标内容非常简单。

2、采用激光作为加工手段,应用范围广。

3、与工件之间没有机械力的作用,保证了工件的原有精度。

4、加工方式灵活。

5、可以采取离线生产的方式,也可以实现在线生产,没有污染源,对环境的污染非常小。

6、操作方便,防伪功能强,使用成本低。

    由于激光标识技术有着上述诸多优点,它逐渐取代了传统的标记方法。进入九十年代随着激光打标技术的日臻成熟及激光打标设备的不断完善,激光打标技术在国外得到较广泛的应用。国际上一些发达国家已将该技术作为工业加工的工艺标准。我国也非常重视这一技术,国家科委早已将该技术列为“八五火炬计划”进行研制和推广,因此激光打标具有巨大的发展潜力。

二、激光打标机系统控制器功能

    激光打标控制器是激光打标系统的核心部分,一般由上位机和下位机组成。本控制器的工作原理就是:在联机使用的时把上位机由打标软件生成的打标数据传输到控制器,并由控制器中的单片机把它们暂存在缓冲器中,然后再把这些打标点的达标参数按给定的顺序和时间隔逐点进行数/模转换输出去分别控制振镜的X轴和Y轴的偏转、激光的功率以及激光器的出光和关光;在脱机使用时,把上位机由打标软件生成的打标数据传输到控制器,再由控制器中的单片机对它们进行打标文件编号并保存在控制器的非易失性存储器中,然后控制器就可以脱离上位机单独工作,我们可以通过控制器的键盘输入和LCD显示对存储器中的打标文件进行文件选择、修改打标参数(激光功率和插补周期)、开始打标、放弃打标等操作,这样控制器就完全取代上位机对打标系统进行控制。

3激光打标机系统控制器硬件设计

3.1激光打标机系统控制器原理框图

    激光打标控制器硬件主要由RS232串行通信电路、步进电机功率驱动电路、数据存储电路、键盘/显示电路、直流电源电路等几部分组成。

本系统由系统机和单片机两部分构成。由于图形处理算法复杂,必须借助图形处理软件才能完成,因此将图形处理和打标控制功能相分离,图形处理部分由系统机完成,系统机完成对所需打标的PLT、BMP或PCX格式的图形图像文件的生成、数据处理后将生成的图形文件通过RS232标准接口传输给单片机。单片机的任务是将接受到的图形文件数据存储到外部数据存储器29C040中,并完成各种文件操作,打标参数设置,最后控制激光打标机实现自动或手动打标。所有的控制操作通过键盘进行,显示屏会实时显示相应的提示信息。

单片机发出的控制信号经驱动电路放大后驱动步进电机旋转进而控制扫描镜头偏转角度从而控制光点的位置、移动速度和加速度。下面介绍各部分电路。

3.2激光打标机系统控制器单元电路设计

3.2.1数据存储电路与单片机外部设计外部数据存储电路由存储器6264和29C040以及地址锁存器74LS573组成。本系统采用6264作为数据缓冲器对文件数据进行中间过程的处理。6264芯片的数据输入和输出引公用,三态输出,并且与EPROM2764芯片引脚兼容,因此具有扩展程序存储器2764的能力,为以后的技术升级留下了余地。本控制器由于要存储至少10个文件,并且要能方便的进行在线读写,因此必须选择一种大容量的断电后不丢失数据的可在线读写的非易失性存储器。综合比较后我们选择了ATMEL公司的AT29C040。

    单片机采用89C52、6264和AT29C040为扩展外部数据存储器,此外系统还使用了键盘显示控制器8279以及X、Y电机的步信信号锁存器74LS377。可以看到该系统既有扩展的外部数据RAM,又有与外围电路、外部芯片的接口,为了区别对不同对象的数据操作,必须使所有这些外部电路有着不同的地址。

锁存器74LS573用于锁存低八位地址数据。89C52的P0口既要传送数据又要输出低八位的地址,因此P0口输出的地址数据必须用锁存器锁存。锁存器的锁存控制信号为引脚ALE输出的控制信号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址数据锁存。

功率驱动电路用以将89C52输出的TTL电平信号放大驱动步进电机转动。

使用4N33光电隔离器,T1P41C功率三极管。驱动电路的工作原理是单片机P0口输出的控制信号经光电隔离器后送至功率放大器放大,最后经2脚输出驱动步进电机。光电隔离器的输入端与输出端在电气上是绝缘的,且输出端对输入端也无反馈,因此具有隔离和抗干扰的双重作用。在驱动电路中加入光电隔离器使功率驱动部分与控制部分在电气上隔离,消除了驱动电路对单片机电路的干扰,提高了系统的可靠性。

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