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迷你激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文(專業(yè)版)

  

【正文】 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,老師從選題的指導(dǎo),框架的修改,以及細(xì)節(jié)的琢磨,都給予了詳細(xì)的指導(dǎo),提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議,指導(dǎo)老師武老師以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和敬業(yè)的精神高度,愛(ài)崗敬業(yè),刻苦工作的作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的精神對(duì)我有顯著影響。在多次嘗試及測(cè)試之后,分析得出,滑臺(tái)的失步或是卡死現(xiàn)象是由于3D打印的滑塊與步進(jìn)電機(jī)的絲桿連接間的高度差所造成的影響。測(cè)試激光雕刻機(jī)整機(jī)的主要目的是確保整套機(jī)器在組合起來(lái)之后能夠正常工作。2  弱光定位按鈕:控制機(jī)器輸出一個(gè)較弱,在人眼可接受范圍的激光強(qiáng)度,以此來(lái)令使用者判定激光點(diǎn)的位置,并調(diào)整雕刻前的初始位置。 if(0 == open_laser) digitalWrite(laser_pin,LOW)。 l_dir = 1。 break。39。通過(guò)模塊化進(jìn)行編譯的程序有著許多十分容易看到的好處,在一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的期間,完整的模塊化的設(shè)計(jì)能夠十分方便與順暢的對(duì)編程的實(shí)現(xiàn),使得其在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中能夠一直保持清晰的思路,減少潛伏的BUG,而在維護(hù)的期間,也有利于其他人的理解。 亞克力面板在設(shè)計(jì)中,用亞克力面板分別切割制成了滑臺(tái)底板與載物面板,如圖321和圖322所示。6. 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制:電機(jī)的時(shí)序?yàn)?2233441時(shí)為正向轉(zhuǎn)動(dòng),而時(shí)序變?yōu)?1342312則是反向轉(zhuǎn)動(dòng)。普遍的,大部分的步進(jìn)電機(jī)接線都可以通過(guò)線的顏色進(jìn)行區(qū)分,又因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)廠家的不同,導(dǎo)致了線色的不完全相同,因此,需要利用萬(wàn)用表對(duì)步進(jìn)電機(jī)的引腳進(jìn)行檢測(cè),確定線序。7. 集電極發(fā)射極電壓max:24。B路輸入管腳A路輸出管腳2512伏特最大Iout??晶體振蕩器輸入輸入/輸出通用I/O引腳0輸入/輸出串行EEPROM時(shí)鐘4名字5.外部的RS232驅(qū)動(dòng)下降控制2.而通用數(shù)據(jù)SRAM的大小也影響了置身其中的堆棧的大小?!?2無(wú)論采用的是諧振器或晶體,兩個(gè)電容的值要求相等,它們的值也可能取決于環(huán)境中的各項(xiàng)雜質(zhì)參數(shù)[1]。4  D10(SS)、D11(MOSI)、D12(MISO)、D13(SCK):SPI通信接口。通過(guò)外界變壓器提供的+5V電壓供電,有源晶振輸入時(shí)鐘,控制模塊能夠正常工作;通過(guò)與串口通信模塊連接上位機(jī),可實(shí)現(xiàn)程序的下載,支持在線調(diào)試程序,并能使用上位機(jī)軟件給單片機(jī)發(fā)送指令,從而控制各個(gè)模塊正常工作。1 設(shè)計(jì)要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 迷你激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)的主要功能本設(shè)計(jì)以Arduino UNO型單片機(jī)為核心,制作一個(gè)迷你激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:(1) 實(shí)現(xiàn)弱光定位,通過(guò)PWM的調(diào)節(jié),將激光的強(qiáng)度降至一個(gè)較低的數(shù)值,以便于雕刻前的定位設(shè)置。迷你激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目錄引言 11 設(shè)計(jì)要求 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 2 設(shè)計(jì)的主要功能 22 工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 23 硬件設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)總電路圖 3 控制和數(shù)據(jù)處理模塊 4 串口通信電路 10 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 15 激光管驅(qū)動(dòng)模塊 18 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模塊 19 3D打印件 19 二相四線步進(jìn)電機(jī) 21 亞克力面板 24 滑臺(tái) 244 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 Arduino IDE介紹 26 Delphi7軟件簡(jiǎn)介 26 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 27 各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì) 28 系統(tǒng)初始化模塊 28 控制協(xié)議分析模塊 29 指令任務(wù)執(zhí)行模塊 31 上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 345 系統(tǒng)測(cè)試 36 測(cè)試工具和環(huán)境 36 激光雕刻機(jī)整機(jī)調(diào)試 36 測(cè)試流程 376 總結(jié) 40致 謝 41參考文獻(xiàn) 42桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告用紙引言激光在20世紀(jì)60年代問(wèn)世之后,在生產(chǎn)中很快得到了應(yīng)用,而后,對(duì)其相關(guān)的基本理論研究不斷的加深。(2) 在非金屬的物體表面燒刻出由計(jì)算機(jī)傳輸?shù)膱D案,由上位機(jī)的控制軟件發(fā)送指令至單片機(jī)進(jìn)行動(dòng)作??刂坪蛿?shù)據(jù)模塊電路如圖32所示。(4) 模擬端口(A0..A5)A0至A5是ADC輸入管腳,在單片機(jī)內(nèi)部配置有一個(gè)10位的ADC寄存器,用于將讀入的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字,便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。表32 晶體振蕩器工作模式CKOPTCKSEL3..1一個(gè)便于使用的中斷模塊被設(shè)計(jì)在芯片之中。芯片內(nèi)設(shè)計(jì)有USB9)可配置的512個(gè)字節(jié)雙向數(shù)據(jù)緩沖器類型VDD_325無(wú)連接914接地23288. 能夠正常進(jìn)行工作的溫度為:從零下20攝氏度至80攝氏度。VCC8 8. 特征頻率:150 MHz9. PE8050 類型為NPN型三極管 耐壓值30V 10. 3DG8050 類型為NPN型三極管 耐壓值25V 11. 2SC8050 類型為NPN型三極管 耐壓值25V 12. MC8050 類型為NPN型三極管 耐壓值25V 最大電流650mA13. CS8050 類型NPN型三極管 耐壓值25V 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模塊本模塊主要由3D打印件、二相四線步進(jìn)電機(jī)、亞克力面板組成,通過(guò)3D打印的滑塊與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合,從而達(dá)到步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滑塊移動(dòng)的目的。步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就如圖320所顯示的那樣,A與A是相通的,B與B是相通的。步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)[4]:1. 步進(jìn)電機(jī)的精度誤差不會(huì)產(chǎn)生累積,通常就是說(shuō)在每一步表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果與理論計(jì)算出來(lái)應(yīng)該到達(dá)的位置和之前的每一步產(chǎn)生的誤差都是沒(méi)有任何關(guān)系的,176。圖321 滑臺(tái)底板圖322 載物面板 滑臺(tái)滑臺(tái)由以上介紹過(guò)的3D打印件、二相四線步進(jìn)電機(jī)、亞克力面板組成。本系統(tǒng)的下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)使用的編程語(yǔ)言是Arduino的類C語(yǔ)言,該語(yǔ)言是在原有C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上,重新封裝定義,其優(yōu)點(diǎn)在于僅需掌握少數(shù)幾個(gè)指令,稍微了解C語(yǔ)言就可以輕松上手,快速應(yīng)用,指令的可讀性強(qiáng)。: //機(jī)器匹配連接指令 cmd_code = NONE。 case 39。 if(0 == hextoint(utra_buffer[4])) l_dir = 1。 else if(255 == open_laser) { digitalWrite(laser_pin,HIGH)。3  打開(kāi)強(qiáng)光按鈕:控制機(jī)器輸出最高激光強(qiáng)度,通常用于焦距的調(diào)整,令激光器的焦距達(dá)到最優(yōu)。調(diào)試部分分四步進(jìn)行:測(cè)試系統(tǒng)控制電路工作是否正常,有無(wú)元器件損壞;測(cè)試XY軸滑臺(tái)工作是否正常、是否有失步卡死等現(xiàn)象;測(cè)試激光器是否能夠正常開(kāi)關(guān)燒刻;外框支架的晃動(dòng)不會(huì)對(duì)機(jī)器的工作造成影響。因此,在原有的基礎(chǔ)上,充分考慮了連接槽是懸空件而產(chǎn)生的材料融化后無(wú)支撐,導(dǎo)致材料掉落封堵了連接槽的情況,將連接槽的上半部分修改成了圓角,利用3D打印機(jī)可以逐層傾斜打印的特點(diǎn),良好的解決了該問(wèn)題。他淵博的知識(shí),開(kāi)闊眼界和批判性思維給了我很深的啟示。在開(kāi)始畢業(yè)設(shè)計(jì)到結(jié)束畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾個(gè)月里,有過(guò)挫敗的糟糕,也有過(guò)成功的喜悅,也非常感謝那些在這一過(guò)程中陪我共渡難關(guān)的老師同學(xué)們,是你們的鼓勵(lì)與幫助,才讓我順利的完成了本次的畢業(yè)設(shè)計(jì),在許多次想要放棄的時(shí)候,總是你們?yōu)槲尹c(diǎn)亮了堅(jiān)持的曙光。 遇到的問(wèn)題及解決的方法:在設(shè)計(jì)時(shí),部分硬件機(jī)械傳動(dòng)模塊采用的是3D打印技術(shù)制作而成,由于3D打印技術(shù)使用的是融化材料進(jìn)行的熱堆疊過(guò)程,受到這一過(guò)程的制約,因而在建立模型的過(guò)程中需要考慮模型的成型面以及盡量避免懸空件的產(chǎn)生,但由于3D打印技術(shù)的精度較低,誤差較大,材料的冷熱收縮情況嚴(yán)重,在制作初期,將3D打印的滑塊與步進(jìn)電機(jī)組裝之后,常出現(xiàn)滑臺(tái)失步或是卡死的現(xiàn)象,或是由于材料收縮,在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)誤差考慮的不周全,導(dǎo)致光軸無(wú)法通過(guò)3D打印滑塊的連接孔。 激光雕刻機(jī)整機(jī)調(diào)試本系統(tǒng)中主要調(diào)試的硬件是激光雕刻機(jī)整套機(jī)器,包括系統(tǒng)控制電路、XY軸滑臺(tái)、激光器以及外框支架。1  關(guān)閉激光按鈕:手動(dòng)關(guān)閉激光的輸出,通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)按生成事件,再由上位機(jī)軟件發(fā)送相應(yīng)指令至機(jī)器。 case SET_LASER: //激光器設(shè)置執(zhí)行指令 if(() == 2) { open_laser = hextoint(utra_buffer[0]) 4 | hextoint(utra_buffer[1])。 move_step = hextoint(utra_buffer[0]) 12 | hextoint(utra_buffer[1]) 8 | hextoint(utra_buffer[2]) 4 | hextoint(utra_buffer[3])。 (cmd_y)。圖43 控制協(xié)議分析模塊流程圖2) 控制協(xié)議分析模塊的核心代碼如下所示:switch(utra_char) { case 39。為了獲得一系列算法來(lái)描述功能塊作為一個(gè)單元是逐步細(xì)化的結(jié)果,并充當(dāng)一個(gè)單元塊的編程的方法中,實(shí)現(xiàn)其算法稱為模塊化。4. 為了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向進(jìn)行變化,則需要調(diào)整相應(yīng)的時(shí)序。5. 運(yùn)行矩頻特性:通過(guò)一定的要求測(cè)試出來(lái)的情況中,可以獲得一個(gè)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出力矩與頻率之間關(guān)系的曲線,這條曲線就是通常我們所說(shuō)的運(yùn)行矩頻特性,這條曲線在步進(jìn)電機(jī)大部分的動(dòng)態(tài)曲線中顯得尤為重要,通常也以此作為依據(jù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的使用進(jìn)行選擇。所以,精確定位可以利用脈沖數(shù)對(duì)角度的位移進(jìn)行控制,并且脈沖的頻率也可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。6. 功耗:625 mW。IBOA位最大Vcc電源電壓7. 管腳具有高壓保護(hù);輸入GP0GNDEE_CLK發(fā)送請(qǐng)求,低電平有效;表33 各個(gè)引腳功能引腳8)在堆棧中保存了中斷以及子程序被調(diào)用時(shí)的程序計(jì)數(shù)器。111就諧振器而言,沒(méi)有得到程序編譯的CKOPT,其最大的頻率是8兆赫茲,而經(jīng)過(guò)程序編譯之后則可以達(dá)到16兆赫茲。3  DDDDDD11引腳:能夠輸出PWM脈沖。圖31 系統(tǒng)總電路圖 控制和數(shù)據(jù)處理模塊控制和數(shù)據(jù)處理模塊采用Arduino UNO型單片機(jī)構(gòu)成,由于Arduino單
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