【文章內(nèi)容簡介】 溫度352580攝氏度L9110的封裝如圖310所示，本設(shè)計中采用的是SOP8型號封裝。圖310 L9110封裝圖圖311 L9110引腳圖L9110的引腳如圖311所示，表34為引腳功能的介紹。表34 引腳功能介紹序號符號功能1OAA路輸出管腳2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管腳5GND地線6IAA路輸入管腳7IBB路輸入管腳8GND地線引腳在接收信號時的波形如圖312所示。圖312 引腳波形圖L9110引腳之間的電平邏輯關(guān)系如表35所述。表35 電平邏輯關(guān)系IAIBOAOBHLHLLHLHLLLLHHLL 激光管驅(qū)動模塊在本設(shè)計中，使用的是100mW的藍(lán)紫光激光器，采用SS8050 NPN型三極管作為控制通斷的開關(guān)電路，驅(qū)動電路如圖313所示。圖313 激光器驅(qū)動電路在驅(qū)動電路中提供了兩路輸出，分別并聯(lián)了四個8050三極管，因而支持升級大功率的激光管。單片機(jī)的I/O口連接8050三極管基極進(jìn)行通斷控制，D10引腳控制通斷的一路為激光的負(fù)極，在設(shè)計的過程中，由于單片機(jī)在利用ICSP燒寫B(tài)oootlader的時候需要使用到D11引腳，而電路中產(chǎn)生的漏電流影響到了該I/O口的電平，進(jìn)而影響燒寫，故D11引腳控制通斷的一路改為激光的正極，以避免上述情況的發(fā)生。之所以選用SS8050三極管，是因為其是大眾普遍使用的一種NPN型晶體三極管，我們可以在各種各樣的電路設(shè)計中看到它，它的使用范圍非常的廣泛，而在本設(shè)計中主要作用為開關(guān)電路。圖314 8050三極管TO92封裝圖在本設(shè)計中，處于對電路板的體積上的考慮，所以采用了的8050 三極管，它的封裝為SOT23，如圖315所示。圖315 8050三極管SOT23封裝圖8050的主要性能參數(shù)：1. 類型:開關(guān)型。2. 極性:NPN。3. 材料:硅。4. 集電極電流max: A。5. 直流電增益:10 to 60。6. 功耗:625 mW。7. 集電極發(fā)射極電壓max:24。 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)帶動滑塊移動的目的。機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)分為X軸滑臺與Y軸滑臺，X軸裝載激光管進(jìn)行橫向的左右移動，Y軸上有置物面板，被雕刻物放置于面板上，進(jìn)行縱向的前后移動，以此完成雕刻的功能。 3D打印件在設(shè)計中，3D打印件包括有滑塊、支撐與別子，分別為圖31圖31圖318所示。3D打印普遍使用的是ABS或PLA材料進(jìn)行打印，即將數(shù)字模型逐層切片，一層一層進(jìn)行打印，也有部分廠商已經(jīng)開發(fā)出了可以使用其他材質(zhì)進(jìn)行打印的3D打印機(jī)。由于它能夠快速的得到模型實物，因此對產(chǎn)品原型機(jī)的各個零件設(shè)計起到了十分重要的作用。本設(shè)計中，通過使用soildworks 3D建模軟件，對機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)模塊中的部分零件進(jìn)行了3D建模，再由3D打印機(jī)熱堆疊打印出來。同時，本設(shè)計中3D打印部件所使用的材料為PLA材質(zhì)，即通常所說的聚乳酸，這種材料是一種最近新興的生物可降解材料，它充分使用了可以再生的植物資源，例如玉米等所提煉得到的淀粉原料制作而成，其機(jī)械性能良好。PLA這種材料除了上述的可降解特性，同時也有屬于自己的特性。一般來說，傳統(tǒng)舊時所使用的生物可降解材質(zhì)，它們的透光度，物理強(qiáng)度，對氣候變化的抗力都不如普通使用的塑料材質(zhì)。然而，PLA材料卻具有比傳統(tǒng)生物可降解材料更好的透光性，物理強(qiáng)度與良好的延展與抗拉強(qiáng)度，這就讓它成為了各種產(chǎn)品廣泛使用的材料。圖316 3D打印滑塊結(jié)構(gòu)圖317 3D打印支撐結(jié)構(gòu)圖318 3D打印別子結(jié)構(gòu) 二相四線步進(jìn)電機(jī)本設(shè)計中使用的是二相四線步進(jìn)電機(jī)，如圖319所示。圖319 二相四線步進(jìn)電機(jī)本設(shè)計中使用的是二相四線步進(jìn)電機(jī)。從總體而言，所謂步進(jìn)電機(jī)，就是以每一次的轉(zhuǎn)動角度作為一步，通過單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的脈沖，得到相應(yīng)的角度位移，就是“步距角”，以此來對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。在步進(jìn)電機(jī)非過載狀態(tài)停止時，它的位置、頻率以及速度通常受到脈沖的數(shù)量控制，而不會因為負(fù)載產(chǎn)生變化。所以，精確定位可以利用脈沖數(shù)對角度的位移進(jìn)行控制，并且脈沖的頻率也可以對步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。普遍的，大部分的步進(jìn)電機(jī)接線都可以通過線的顏色進(jìn)行區(qū)分，又因為步進(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，需要利用萬用表對步進(jìn)電機(jī)的引腳進(jìn)行檢測，確定線序。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。所以，A與A是一個組，B與B則是另外一個組。圖320 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造圖步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)相關(guān)參數(shù)如下[4]：1. 相數(shù)：通常用m來表示這個參數(shù)，它指的是線圈在不一樣的磁場里相應(yīng)產(chǎn)生的對數(shù)。2. 靜轉(zhuǎn)矩：當(dāng)電機(jī)在額定靜電效果時，電機(jī)沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電機(jī)軸鎖緊扭矩。3. 拍數(shù)：一般使用n進(jìn)行表示，它指的是由于周期性的變化，其相應(yīng)磁場中則應(yīng)該有的脈沖數(shù)量，或者也可以表示為它轉(zhuǎn)過一個齒距角應(yīng)該要有的脈沖數(shù)量。4. 定位轉(zhuǎn)矩：它指的是在我們沒有給電機(jī)進(jìn)行加電的時候，轉(zhuǎn)子本身的鎖定力矩。5. 步距角：它指的是，我們通過控制系統(tǒng)每次發(fā)送一個脈沖信號之后，電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動的角度。用θ表示，θ的結(jié)果通常等于360度乘以（轉(zhuǎn)子齒數(shù)量?*運(yùn)行拍數(shù)），若以二相50齒的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行舉例，（一般叫作整步），（一般叫作半步）。步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)術(shù)語[4]：1. 步距角精度：這是一個誤差值，它的存在是由于電機(jī)每次轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生的實際的和理論中計算出來的值之間的一個差值而得到?？梢酝ㄟ^一個比例的計算來進(jìn)行表示，即是誤差除以步距角再乘以百分比。不同的運(yùn)行拍數(shù)這個數(shù)值不同，當(dāng)以四拍運(yùn)行的時候應(yīng)該小于4%左右，當(dāng)八拍運(yùn)行的時候應(yīng)該小于16%左右。2. 失步：當(dāng)理論上應(yīng)該產(chǎn)生的步數(shù)與步進(jìn)電機(jī)實際運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的步數(shù)不同時，則認(rèn)為失步。3. 失調(diào)角：這是一個角度，是由于轉(zhuǎn)子與定子之間齒軸線產(chǎn)生了差值，所以只要步進(jìn)電機(jī)在工作，就一定會出現(xiàn)失調(diào)角，即使是細(xì)分也沒有辦法消除。4. 最大空載起動頻率：可以認(rèn)為是在沒有負(fù)載的情況下，步進(jìn)電機(jī)以特定的驅(qū)動方式、電壓及電流中所能夠產(chǎn)生的最高的轉(zhuǎn)動頻率。5. 運(yùn)行矩頻特性：通過一定的要求測試出來的情況中，可以獲得一個在轉(zhuǎn)動時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的運(yùn)行矩頻特性，這條曲線在步進(jìn)電機(jī)大部分的動態(tài)曲線中顯得尤為重要，通常也以此作為依據(jù)對步進(jìn)電機(jī)的使用進(jìn)行選擇。6. 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：電機(jī)的時序為12233441時為正向轉(zhuǎn)動，而時序變?yōu)?1342312則是反向轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)的主要特點[4]：1. 步進(jìn)電機(jī)的精度誤差不會產(chǎn)生累積，通常就是說在每一步表現(xiàn)出來的結(jié)果與理論計算出來應(yīng)該到達(dá)的位置和之前的每一步產(chǎn)生的誤差都是沒有任何關(guān)系的，176。，精度5%的話，就是每一步的實際到達(dá)的位置和理論上應(yīng)該到達(dá)的位置之間的角度誤差范圍在步距角的5%之內(nèi)，176。之內(nèi)。2. 電機(jī)表面可以承受的最高溫度。首先，不可控的過度高溫就會使得電機(jī)產(chǎn)生退磁的現(xiàn)象，因此而影響到力矩，使其下降或是失步，所以，對于步進(jìn)電機(jī)來說，它所能夠承受的上限溫度受制于不同的磁性材料的退磁點，對于大部分的材料來說，它們的退磁點通常在120攝氏度以上，也有超過這一數(shù)值的材料，可以達(dá)到190攝氏度，六七十?dāng)z氏度的表面溫度對于電機(jī)的運(yùn)行是很正常的，不需要擔(dān)心電機(jī)因為高溫運(yùn)行而損壞。3. 電機(jī)的力矩隨著轉(zhuǎn)速的降低而上升。在電機(jī)工作時，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個反向電動勢，它的頻率越低，產(chǎn)生的反向電動勢則越小，由于它的存在，電機(jī)的速度減少下降，則力矩就會上升。4. 電機(jī)的速度高過一定數(shù)值之后就會產(chǎn)生嘯聲，同時也沒有辦法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而將速度降低之后，就可以正常啟動工作。因為具有明顯的特點，步進(jìn)電機(jī)在這個科技不斷發(fā)展，各種技術(shù)不斷興起的時代起到了不可替代的作用。在未來，經(jīng)過一定的研發(fā)努力，步進(jìn)電機(jī)的使用領(lǐng)域會得到不斷的拓寬，變得更為廣泛。步進(jìn)電機(jī)的主要特性[4]：1. 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)能夠操作的驅(qū)動信號必須是一個脈沖信號，當(dāng)沒有脈沖時，步進(jìn)電機(jī)處于靜止，若添加一個合適的脈沖信號將是在一個角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。頻率正比于旋轉(zhuǎn)速度和脈沖。2. 通常3X16個脈沖才能使三相的電機(jī)完成一圈的正常轉(zhuǎn)動，所以在使用的過程中需要充分考慮編程。3. 在很多場合中需要即時的對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，而它的即時啟動與急停能力就能滿足需求。4. 為了對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向進(jìn)行變化，則需要調(diào)整相應(yīng)的時序。 亞克力面板在設(shè)計中，用亞克力面板分別切割制成了滑臺底板與載物面板，如圖321和圖322所示。圖321 滑臺底板圖322 載物面板 滑臺滑臺由以上介紹過的3D打印件、二相四線步進(jìn)電機(jī)、亞克力面板組成。分別分為X軸滑臺和Y軸滑臺，兩個滑臺的結(jié)構(gòu)基本相同，不同處在于，X軸上滑塊搭載的是由別子固定的激光管，而Y軸的滑塊上搭載的則是載物面板。由于設(shè)計的局限性，滑臺的移動并不是同步的，而是先做橫向運(yùn)動，再做縱向運(yùn)動。圖323 X軸滑臺圖324 Y軸滑臺 外型框架模塊外型的框架結(jié)構(gòu)同樣采用亞克力面板切割制作，并用不銹鋼螺絲螺母結(jié)合。圖225 外框框架4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 Arduino IDE介紹Arduino IDE是Arduino的軟件編程平臺，由于其開源的特性，使得開發(fā)者可以方便的通過這樣的開發(fā)環(huán)境對自己作品進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，同時IDE也具有良好的UI設(shè)計，所使用的編程語言也是類C風(fēng)格，任何對C語言有一定基礎(chǔ)的開發(fā)者都可以對其輕松上手使用，而對于新手來說，入門的門檻也降低許多。由于Arduino的開源收獲了大量的開發(fā)者分享的庫文件，在制作作品或是學(xué)習(xí)使用的過程中就能省去了需要自己編寫庫文