基于ARM的桌面型3D打印机电控系统开发

发布时间：2017-03-18 14:01

  本文关键词：基于ARM的桌面型3D打印机电控系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前国内进口的桌面级3D打印机功能较齐全，性能较好，但是价格比较昂贵，而国内研制开发的3D打印机又存在打印速度慢、打印精度低等缺陷。因此，随着国家对3D打印机自主创新的不断鼓励与投入，同时为了改善打印精度低和打印速度慢等问题，本文研究开发了一套基于ARM的桌面型3D打印机电控系统，同时还用该套控制系统组装了一款样机，其具有打印速度快、打印精度高、操作方便等优点。 本系统首先从打印成本、操作复杂度和应用前景等角度分析，选择了FDM成型技术。但是，由于FDM打印技术自身原理的缺陷，因此，使得FDM3D打印机电控系统存在两个严重的问题，一方面是FDM成型技术受温度的影响很大，另一方面是打印速度太慢，最终造成打印模型精度不高且耗时太长。而本文为了改善打印机的打印性能，针对这两个问题从理论上进行研究，给出了解决方案，前者通过PID进行挤出机和加热床的温度调节，后者通过步进电机实际的矩频特性设计了S形升降速曲线。 然后完成了3D打印机电控系统的设计，其中包括主要的硬件电路设计和软件设计。控制系统选用了工作频率高、性能优良、内部资源丰富的ARM LPC1768作为微控制器，简化了硬件电路的设计，其中打印机控制系统的硬件电路主要包括加热床和挤出机的温度控制电路、步进电机驱动电路、行程开关电路、USB通信接口电路和电源电路。而控制系统软件设计主要由三部分构成，第一部分是基于PID的加热床和挤出机的温度控制程序，实现加热床和挤出机温度的稳定；第二部分是步进电机S形速度控制曲线程序，，实现步进电机在不失步的情况下能沿着S形曲线进行快速升降速运行；第三部分是上位机与打印机进行USB通信的程序，实现打印数据的下载和打印进程的控制。 最后搭建了桌面型3D打印机实验测试平台，通过将开发好的桌面型3D打印样机进行打印实物模型来分别测试步进电机在直线形和S形升降速曲线工作运行时的端电压波形以及打印不同实物模型所花的时间；同时通过上位机软件RepetierHost的温度窗口来观察打印机在有PID和无PID温度调节下的打印温度变化曲线。从实验测试结果来看，本文设计的基于ARM的桌面型3D打印机电控系统工作稳定，鲁棒性好，同时其打印机打印速度较快，模型成型质量较高，基本能满足实际需求。
【关键词】：桌面型 3D打印机 FDM LPC1768 S形曲线 步进电机
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP334.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 桌面型 3D 打印机的发展现状11-13
• 1.3 桌面型 3D 打印机的发展趋势13-14
• 1.4 本课题的主要内容14-16
• 第二章 桌面型 3D 打印机系统介绍16-21
• 2.1 桌面型 3D 打印机系统的工作过程16-17
• 2.2 桌面型 3D 打印机打印技术简介17-19
• 2.3 桌面型 3D 打印机打印技术的应用19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 桌面型 3D 打印机步进电机速度曲线研究21-29
• 3.1 步进电机速度控制的必要性21-22
• 3.2 步进电机升速曲线研究22-26
• 3.2.1 步进电机常见升降速曲线22-23
• 3.2.2 步进电机的动态特性23-24
• 3.2.3 步进电机 S 形升速曲线24-26
• 3.3 步进电机升降速曲线的离散形式及实现26-28
• 3.4 步进电机降速曲线研究28
• 3.5 本章小结28-29
• 第四章 桌面型 3D 打印机控制电路设计29-37
• 4.1 LPC1768 微控制器电路29-31
• 4.2 步进电机驱动电路设计31-33
• 4.3 加热床和挤出机的温度控制电路设计33
• 4.4 行程开关电路设计33-34
• 4.5 USB 通信接口电路设计34-35
• 4.6 电源电路设计35
• 4.7 本章小结35-37
• 第五章 桌面型 3D 打印机控制系统软件设计37-44
• 5.1 控制系统主程序设计37-39
• 5.2 加热床和挤出机的温度控制程序设计39-40
• 5.3 步进电机 S 形速度控制曲线程序设计40-42
• 5.4 USB 通信接口电路程序设计42-43
• 5.5 本章小结43-44
• 第六章 桌面型 3D 打印机系统调试结果分析44-49
• 6.1 挤出机和加热床温度控制的上位机测试及结果分析44-46
• 6.1.1 上位机 RepetierHost 简介44-45
• 6.1.2 温度的上位机测试及结果分析45-46
• 6.2 桌面型 3D 打印样机的联合调试及实验结果分析46-49
• 总结与展望49-51
• 参考文献51-53
• 致谢53-54
• 附录 A：系统控制电路 PCB 板及样机54-56
• 附录 B：攻读硕士学位期间撰写和发表的学术论文56-57
• 附录 C：参与的科研项目57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：基于ARM的桌面型3D打印机电控系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：254514