一种3D打印步进电机控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种3D打印步进电机控制系统，包括用于作为核心模块，控制3D打印步进电机工作的网络处理器；用于从上位机下载模型数据，以及从内存中将处理数据输出到网络处理器中以控制步进电机工作的输入输出接口；用于储存从上位机下载的模型数据的本地存储模块；用于获取网络资源的通信模块；输入输出接口、本地存储模块、通信模块均与网络处理器进行信息交换，网络处理器通过脉冲频率控制3D打印步进电机转动的速度和加速度，使3D打印步进电机带动的喷头稳定工作。本发明专利技术不仅能解决3D打印过程中抖动问题，还能保证远程监控终端的稳定性，同时降低了3D打印的成本和重复制作模板的工程量，储存和打印也变得方便快捷。

A 3D print stepping motor control system

The present invention provides a print 3D stepper motor control system, including network processor is used as the core module, 3D printing control stepper motor work; model for downloading data from PC, and the data output from memory into the network processor input and output interface to control the stepper motor to work for local storage; the storage module model data downloaded from the host computer; communication module for acquiring cyber source; input and output interface, local storage module, communication module for information exchange and network processor, network processor by velocity and acceleration pulse frequency control 3D print stepper motor rotation, stable work to make 3D printing head stepper motor drives the. The invention can not only solve the problem of 3D jitter in the printing process, but also ensure the stability of the remote monitoring terminal, and reduce the cost of 3D printing and repetition of template engineering, storage and print also become more convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印步进电机控制系统
本专利技术涉及一种3D打印步进电机控制系统，属于智能控制

技术介绍
3D打印机，是基于快速成形技术的一种机器。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。传统的3D打印机，因为步进电机驱动器的缘故，以及系统化的设计问题，使得打印机在打印时因为给电机输出电流的不稳定，导致步进电机带动喷头运动的时候可能出现抖动的问题。喷头抖动会导致打印不均匀，进而导致成品不符合规格。同时，因为打印机的塑料和金属粉末成本高昂，现在的精确度并不适合制造大部分的高端设备工业品，而低端大规模生产的产品却显得效率极低，且单体机做生产，维护费用和难度远远高于传统工艺把产业链平摊开的做法。高不成低不就，直接导致3D打印机的工业附加值较低。此外，3D打印机真正打印出一个成品，真正做出一个模型，需要大量的工程，结构方面的知识，需要精巧的设计，并根据具体情况进行调整，工程量较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何增加3D打印机打印过程中的稳定性，防止喷头抖动。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：包括用于作为核心模块，控制3D打印步进电机工作的网络处理器；用于从上位机下载模型数据，以及从内存中将处理数据输出到网络处理器中以控制步进电机工作的输入输出接口；用于储存从上位机下载的模型数据的本地存储模块；用于获取网络资源的通信模块；输入输出接口、本地存储模块、通信模块均与网络处理器进行信息交换，网络处理器通过脉冲频率控制3D打印步进电机转动的速度和加速度，使3D打印步进电机带动的喷头稳定工作。优选地，所述网络处理器为STM32F107VC网络处理器。优选地，所述输入输出接口包括模拟量输入AI接口、数字量输入DI接口和数字量输出DO接口；AI接口用于连接传感器，以获取现场连续变化的信号；DI接口用于连接传感器，以采集现场的开关量信息；DO接口用于输出数字信号，以控制执行机构动作。优选地，所述本地存储模块包括EEPROM和外接的SD卡。优选地，还包括用于线路的铺设、控制板中晶振的调节测试、各电路的串通以及JTAG接口的设计的基本模块，基本模块连接网络处理器。优选地，所述包括用于供用户观察仪器状态和选择其功能的人机接口，人机接口连接网络处理器。更优选地，所述人机接口包括LED灯以及LED显示屏。优选地，所述3D打印步进电机为57型步进电机。优选地，还包括3D打印步进电机定位控制系统，上位机下达位置指令X0，根据步进电机位置补偿表得到补偿位置ΔX，位置指令X0与补偿位置ΔX的和形成实际位置指令Xs，实际位置指令Xs与步进电机当前位置的实时反馈值之差为位置偏差E，根据位置偏差E和步进电动机当前转速发出转速指令N，并解析为转向信号dir和脉冲信号cp，控制步进电动机的转速和转向，使步进电动机达到指令位置。更优选地，当步进电动机到达指令位置时，使步进电动机的转速降为可停转速，以便于快速准确定位控制。本专利技术提供的系统克服了现有技术的不足，充分利用集成的外设单元和其相应的外围接口电路，采用了脉冲频率控制电机转动的速度和加速度，不仅能解决3D打印过程中抖动问题，还能保证远程监控终端的稳定性，同时在一定程度上降低了3D打印的硬件成本；在处理器设备上有储存设备及外设储存设备，可以储存之前的模板数据，进而降低了重复制作模板的工程量，储存和打印也变得方便快捷。附图说明图1为本实施例提供的3D打印步进电机控制系统的总体结构框图；图2为步进电机定位控制系统原理框图；图3为系统的输入/输出接口电路；(a)AI接口电路；(b)DI接口电路；(c)DO输出电路；图4为3D打印步进电机控制系统进行3D打印的流程图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。一、总体设计1.1总体结构图1为本实施例提供的3D打印步进电机控制系统的总体结构框图，所述的3D打印步进电机控制系统由5个模块构成。其核心模块为STM32F107VC网络处理器，该芯片具备72MHz运行频率和90DMIPS的处理性能，集成了以太网、CAN总线、RS485、RS232、USBOTG等各种高性能工业标准接口，其标准外设包括10个定时器、16路12位1Msps采样速率的A/D模/数转换器、2路12位D/A数模转换器等，可以应用于多种工业场合。与核心模块进行信息交换的其它模块分别是：1)基本模块，主要用于线路的铺设、控制板中晶振的调节测试、各电路的串通以及JTAG接口的设计；2)本地存储模块，主要用于储存导入的3D模型，有EEPROM和外接的SD卡分别对应两条总线；3)输入输出接口，主要用于从电脑端下载模型数据加以储存，以及从内存中处理数据输出到控制板中处理数据控制步进电机工作；4)人机接口，有LED灯显示以及LED显示屏以供用户观察仪器状态和选择其功能；5)通信模块，装有DP82848网络芯片和RS485模块，获取网络资源。1.2步进电机的选择本实施例选择57型步进电机。57型步进电机具有两大优点：1)不需要反馈信号就可以对系统的位置、速度输出进行控制。其原因是它可以将电脉冲信号转变为角位移或线位移。在非超载情况下，电机转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就能驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。2)可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。基于以上优点，本实施例选用了57型步进电机作为3D打印步进电机控制系统的核心。1.3步进电机定位控制器的工作原理确定位置及速度原理：定位使用相对定位的方式；当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。57型步进电机的步距角为1.8°，一步的脉冲个数为200。由于控制器具有采样周期时间限制，在升速率较高时，步进电机的转速容易穿越开关线，形成极限环，造成系统振荡，无法正常工作。为解决以上问题，本实施例设计了一个步进电机定位控制系统，如图2所示，该定位控制系统由位置补偿表、位置控制器、升降速控制器、信号转换器、转速及位置检测器、转速反馈及失步检测器等功能模块组成。步进电机定位控制系统实现准确定位的工作原理如下：上位机向步进电机定位系统下达位置指令X0，根据起始位置、目标位置和转向查找位置补偿表得到补偿位置ΔX，位置指令X0与补偿位置ΔX的和形成实际位置指令Xs，实际位置指令Xs与步进电机当前位置的实时反馈值之差为位置偏差E，位置控制器根据位置偏差E和步进电动机当前转速发出转速指令N，再由升降速控制器计算出当前步进电动机的转速/′t，之后由信号转换器解析为转向信号dir和脉冲信号cp，控制步进电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：包括用于作为核心模块，控制3D打印步进电机工作的网络处理器；用于从上位机下载模型数据，以及从内存中将处理数据输出到网络处理器中以控制步进电机工作的输入输出接口；用于储存从上位机下载的模型数据的本地存储模块；用于获取网络资源的通信模块；输入输出接口、本地存储模块、通信模块均与网络处理器进行信息交换，网络处理器通过脉冲频率控制3D打印步进电机转动的速度和加速度，使3D打印步进电机带动的喷头稳定工作。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：包括用于作为核心模块，控制3D打印步进电机工作的网络处理器；用于从上位机下载模型数据，以及从内存中将处理数据输出到网络处理器中以控制步进电机工作的输入输出接口；用于储存从上位机下载的模型数据的本地存储模块；用于获取网络资源的通信模块；输入输出接口、本地存储模块、通信模块均与网络处理器进行信息交换，网络处理器通过脉冲频率控制3D打印步进电机转动的速度和加速度，使3D打印步进电机带动的喷头稳定工作。2.如权利要求1所述的一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：所述网络处理器为STM32F107VC网络处理器。3.如权利要求1所述的一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：所述输入输出接口包括模拟量输入AI接口、数字量输入DI接口和数字量输出DO接口；AI接口用于连接传感器，以获取现场连续变化的信号；DI接口用于连接传感器，以采集现场的开关量信息；DO接口用于输出数字信号，以控制执行机构动作。4.如权利要求1所述的一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：所述本地存储模块包括EEPROM和外接的SD卡。5.如权利要求1所述的一种3D打印步进电机控制系统，其特征在于：还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，胡波，吕品，常佳鑫，霍星宇，郭静，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31