基于单片机控制系统的切绘机设计

第一章  数控切绘机的发展前景

平板式高精度数控切绘机在轻工行业中有着广泛的应用。中国的轻工企业众多，但设计、生产过程自动化程度不高，目前轻工行业应用了数控切绘系统的单位不到1%！，市场潜力巨大。

国外数控平板式切绘机的技术水平相对较高，在我国推广程度不高的主要原因是产品价格昂贵、切割力度严重不足、售后服务不及时。目前国内开展该项开发应用的单位少、起步晚，大多数轻工企业规模不大，数控技术普及率低。我国目前的同类相关技术产品存在的缺陷是机型结构笨重、精度低、维护困难、键盘操作复杂、系统稳定性差，易死机。

系统预期取得的技术水平有价格便宜、机型结构轻巧、切割力度大、具有与行业专用CAD软件的通用接口、控制板键盘设计简单明了，功能强大、具有较高的执行速度。

第二章  数控切绘机的总体设计

机床数控系统由控制板、控制程序、驱动器和机械执行机构组成，控制系统的CPU采用MCS-51系列单片机，驱动元件采用步进电机，传动系统采用导轨传动。系统总体方案如图2-1所示。

通过在上位计算机上运行CAD绘图软件，将绘好的图通过驱动程序传送至控制系统存储并处理，系统的I/O接口输出对应的步进脉冲信号，并经驱动器功率放大后，驱动步进电机转动，从而带动执行机构运动，达到切绘的目的。

机械运行为笔式运动方式，用光电二极管确定系统原点位置，电机带动执行机构执行X、Y、Z方向的三维立体动作，其中X、Y平面动作确定切绘的X、Y坐标，Z方向确定切绘的力度和深度。

控制板电路用W78E58B-40单片机来实现中心控制，外围扩展数据存储空间和I/O口，将控制板分为数据接收、键盘及显示，控制输出等部分并使用相关芯片完成其功能。控制软件主要可以分为算法设计、数据接收、命令处理、键盘处理等几个部分，系统软件设计按模块化结构设计方法完成，思路清晰，逻辑性强，便于修改和扩充，同时设定了系统的算法^{[16][20][30～34]}和抗干扰技术^{[21][36～43][45]}。

第三章  数控切绘机的机械设计

数控切绘机的整体外观如图3-1所示，由切绘台，刀笔头，机座，导轨，光电二极管等部分组成。数控切绘机可以有各种不同大小的幅面，来满足用户不同的需求。

数控切绘机采用进口高品质精密钢质导轨，机头采用一台步进电机单端轴驱动条形齿轮轴联动器，带动刀、笔上下联动运动^[1]。驱动电路的设计较好地改善了系统的快速性能。

第四章  控制电路的软硬件设计

保护电路

数据接收

数据存贮

键盘及显示

数据处理 控制输出

机械执行机构

上位计算机 CAD软件

数据传输

图4-1  切绘机控制核心整体设计方案

切绘系统的控制电路如图4-1所示，微控制器选用与MCS-51完全兼容的Winbond 78E58B单片机，外部扩展一片数据存储器62256，通过8255芯片扩展系统的I/O口，实现键盘及液晶显示，并输出驱动信号。键盘控制使用7289芯片，用FM12232C实现液晶显示。为了提高