迷你激光雕刻机(毕业设计说明书)分析

编号：毕业设计说明书题目：迷你激光雕刻机的设计与实现学院：信息与通信学院专业：电子信息工程姓名：蓝蕾学号：1061170103指导教师单位：信息对抗系姓名：武小年职称：副教授题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2014年5月20日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸I摘要激光雕刻技术随着时代的发展，日新月异，其应用的范围也是十分的广泛。激光雕刻是以数控为基本，激光加工为媒介的一种加工方法，它的特点是和所雕刻材料的表面没有直接接触，不会受到机械运动的影响，表面也不会变形。本文采用Arduino单片机和Delphi语言设计和实现了一个可直接进行雕刻的迷你激光雕刻机系统。本系统的设计中主要包括的模块为串口通信模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块、机械传动结构模块、外型框架模块等部分，具有弱光定位、在非金属物体表面烧刻出由计算机传输的图案、重复雕刻、印章阴阳雕刻等功能。系统主要采用ArduinoUNO型单片机构成中央处理系统模块，通过串口通信模块与上位机软件进行通信，利用上位机软件对雕刻机系统完成包括手动进行前后左右移动、开关激光器、自动雕刻图案等功能。机械传动结构部分采用3D打印技术制作而成的滑块，通过与步进电机的结合，实现高精度的传动。关键词：Arduino单片机；激光雕刻技术；步进电机；3D打印技术桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸IIAbstractnmoderntimes,thereisanewindustrygraduallydeveloped,onmanyoccasionstheprocessingtechnologyistouseit,thatislaserengravingtechnology.Inlaserengravingtechnology,completedintheformofCNClaserengravingorcutting,becausethelaserengravingandcarvedobjectswithoutdirectcontact,soasnottocauselikepropsprocessingdeformationandloss.ThispaperadoptstheArduinomicrocontrollerandDelphilanguagewasdesignedandimplementedaminilaserengravingmachinecanbedirectlytoengravingsystem.Modulesofthissystemincludesmainlyforserialcommunicationmodule,centralprocessingmodule,motordrivemodule,laserdrivermodule,thestructureofthemechanicaltransmissionmodule,theexteriorframeworkmodulepart,hasaweaklightpositioning,burncarvedinnon-metallicsurfacesbycomputertransmissiondesign,repeatengraving,sealcarving,YinandYang,andotherfunctions.SystemmainlyadoptstheArduinoUNOtypesinglechipmodule,centralprocessingsystemsoftwaretocommunicateviaaserialportcommunicationmoduleandtheuppermachine,usingthePCsoftwareforengravingmachinesystemincludescompletemanuallymovingaround,automaticswitchlaser,carvings,andotherfunctions.Mechanicaltransmissionstructurepartsproducedbyusing3dprintingtechnologyoftheslidingblock,withthecombinationofthesteppermotor,highprecisionoftransmission.Keywords:Arduino;laserengravingtechnology;steppermotor;3Dprintingtechnology桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸III目录引言...........................................................11设计要求....................................................21.1毕业设计题目.................................................21.2设计的主要功能...............................................22工作原理和系统结构..........................................23硬件设计....................................................33.1系统总电路图.................................................33.2控制和数据处理模块............................................43.3串口通信电路................................................103.4电机驱动模块................................................153.5激光管驱动模块..............................................183.6机械传动结构模块.............................................193.6.13D打印件.................................................193.6.2二相四线步进电机...........................................213.6.3亚克力面板................................................243.6.4滑台.....................................................244系统软件设计...............................................264.1ArduinoIDE介绍.............................................264.2Delphi7软件简介.............................................264.3系统主程序设计..............................................274.4各个模块的软件设计...........................................284.3.1系统初始化模块.............................................284.3.2控制协议分析模块...........................................294.3.3指令任务执行模块...........................................314.4上位机控制软件设计与实现......................................345系统测试...................................................365.1测试工具和环境..............................................365.2激光雕刻机整机调试...........................................365.3测试流程...................................................376总结.......................................................40致谢.........................................................41参考文献......................................错误!未定义书签。2桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共41页引言激光在20世纪60年代问世之后，在生产中很快得到了应用，而后，对其相关的基本理论研究不断的加深。各种各样的激光器逐步的发展起来，使得激光的应用领域也不断的被拓宽，规模也逐渐的被扩大，产生的社会与经济效益也更加的显著。激光技术得到了各个科技发达国家的高度重视，并且也得到了许多发展中国家的高度重视，同时也给与了大量的投入。在二十世纪的科学技术发展中，新兴科技之一的激光技术成为了那个时代重要的发展标志。而自二十世纪八十年代至今，激光技术被全球的很多国家及政府作为国家级别的建设发展计划。例如,英国的阿维尔计划,美国的激光核聚变计划，日本的激光研究五年计划等。因为这些计划的实施使得激光技术迅速的发展起来，并且形成了一个生气盎然的新兴产业。大量的学科技术，多样的生产水平因为激光技术的发展而得到了提高。激光技术作为高新的加工工艺，广泛的被用来进行雕刻切割的处理，同时其得到了非常快速的发展。由于激光雕刻切割技术的机械传动结构搭建起来方便灵巧，并且低噪，低损耗，高精度，拥有广泛的适用性，对于控制软件的开发设计十分方便易于控制。因为在高能量激光聚焦后，能够将被加工件瞬间气化，以此获得雕刻切割的效果，这样被加工的材料表面受到的影响较小，不会造成加工材料的刮痕或变形等，加工的缝隙也较小，尤其是对亚克力材料，切口较为整齐，无接触的加工所以不会产生加工接触力，无刀具的损耗，无模具，工件也无需特别装夹。而对激光雕刻技术的原理学习了解，及如何实现高精度雕刻等等，可以促进激光雕刻产业的发展。因此，迷你型激光雕刻机系统的设计是让更多人接触到激光雕刻技术的一项重要课题。市面上动辄几千上万的激光雕刻切割机器是普通人无法轻易尝试的，这对于那些想要接触激光技术的人们来说，无疑是一道很高的门槛，而本设计的迷你型激光雕刻机系统，将激光雕刻技术从工业大型设备转变为家用小型设备，降低了激光雕刻技术的学习成本，使得更多有兴趣的人参与到激光雕刻技术的学习研究中。通过开发傻瓜型的控制软件，将机械传动部分小型化，采用功率较小的激光器，使得激光雕刻机变得简便易携带，操作也极为简单，同时也支持使用CNC机床的Gcode控制代码，因而能够对本机器进行二次开发学习。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第2页共42页1设计要求1.1毕业设计题目迷你激光雕刻机的设计与实现1.2设计的主要功能本设计以ArduinoUNO型单片机为核心，制作一个迷你激光雕刻机的设计和实现的主要功能如下：（1）实现弱光定位，通过PWM的调节，将激光的强度降至一个较低的数值，以便于雕刻前的定位设置。（2）在非金属的物体表面烧刻出由计算机传输的图案，由上位机的控制软件发送指令至单片机进行动作。（3）支持重复雕刻，在一次雕刻完成之后，雕刻机会自动返回雕刻初始位置，此时不移动电机位置，直接生成指令，