3D打印機組裝與調(diào)試 課件 第11講 3D打印機的傳感器和控制主板

3D打印機的傳感器和控制主板授課教師：陳金英3D打印機組裝與調(diào)試3D打印機的傳感器3D打印機的控制主板思考題0102033D打印機組裝與調(diào)試3D打印機的傳感器傳感器（Transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、控制等要求。傳感器的概念1傳感器的特點包括微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化，能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測和自動控制。根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件等十大類。柔性可穿戴電子傳感器（a）感應(yīng)手套的照片（b）電纜布線和應(yīng)力消除由疊加的熱敏膜提供（c）傳感器放置和集成示意圖：（i）使用硅膠粘合劑連接傳感器和（ii）帶有粘附熱膜的傳感器（d）手指運動時手指的電容輸出。感應(yīng)手套的性能測試美國哈佛大學維斯生物啟發(fā)工程研究所和約翰·保爾森工程和應(yīng)用科學學院的研究團隊創(chuàng)造出一種高度靈敏的柔性電容傳感器3D打印機的傳感器在3D打印機中溫度傳感器是用來測量擠出頭和加熱床的溫度，有的使用熱敏電阻元件，有的使用熱電偶元件。溫度傳感器2在實際應(yīng)用中溫度變化并不是線性的，所以測量精準的溫度需要依據(jù)廠商提供的溫度和阻值對應(yīng)表，而不是根據(jù)溫度阻值曲線公式計算。熱敏電阻可以在測量范圍內(nèi)精確地測量溫度所對應(yīng)的阻值，預測溫度的變化。熱敏電阻阻值隨著溫度變化而變化有的隨著溫度的升高，其阻值降低；有的隨著溫度升高，阻值升高。3D打印機的傳感器（1）熱敏電阻測溫原理熱敏電阻測溫是通過模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測量熱敏電阻一端的電壓，從而間接測量出熱敏電阻的阻值，再通過熱敏電阻的阻值查表找到對應(yīng)的溫度。實際電路中串聯(lián)一個固定阻值的熱敏電阻(R2)，兩端連接5V電源(Ucc)，模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測量兩電阻的中間電壓(Uout)。模一數(shù)轉(zhuǎn)換器把測量的電壓(Uout)除以5V參考電壓(Uref)乘以模一數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，大部分3D打印機模一數(shù)轉(zhuǎn)換器都為10bit，0～1023，得到模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對應(yīng)的數(shù)值(ADC_count)。其公式：ADC_count=1024Uout/Uref=1024Rx/(R2+Rx)3D打印機的傳感器（2）常見的熱敏電阻型號及封裝材料熱敏電阻型號有EPCOS100K、RF100K、Honeywell100K、Honeywell5500K、ATCSemitec104GT-2、PT100、PT1000。玻封熱敏電阻的封裝形式有幾種不同的材料，如環(huán)氧樹脂，SMD，玻璃等。其中玻封熱敏電阻是指用隔熱玻璃封的熱敏電阻，因為玻璃隔熱，所以熱敏電阻不受額外的溫度影響，大大提高了控制的靈敏度和精確度。玻封熱敏電阻主要作用是溫度補償，熱敏電阻玻封是NTC（負溫度系數(shù)），其主要的特點是耐高溫，耐潮濕。相對于其它材料的封裝，該封裝反應(yīng)速度較慢一點，約在十幾秒左右。玻封熱敏電阻3D打印機的控制主板3D打印機一般選擇兩種控制電路板，一體控制電路板和模塊化控制電路板。一體控制電路板1一體控制電路板使用簡單、集成度高、接線方便、穩(wěn)定性高，其代表Mezi2.0控制電路板。優(yōu)點價格低廉；缺點支持單一擠出機，擴展性能差。Melzi.2.0控制電路板是開源3D打印機的核心部件，控制整個打印機的正常運行。通過USB接口可以與計算機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，通過SD卡可實現(xiàn)脫機打印。Mezi2.0控制電路板3D打印機的控制主板模塊化控制電路板2優(yōu)點擴展性好，可以自行選擇模塊。常見組合是ArduinoMega2560主控板、Ramps1.4擴展板、A4988驅(qū)動模塊配合使用。配合Ramps1.4擴展板使用的液晶屏模塊非常多，支持雙擠出頭。起過渡的作用，與其它硬件進行更好的連接和控制。ArduinoMega2560Ramps1.4全套控制電路板3D打印機的控制主板GT2560主板3D打印機的控制主板主板運行電壓在12V到24V，可以在一個MOSFET管輸出90W的功率，使步進電機有更大的轉(zhuǎn)矩、更高的轉(zhuǎn)速。GT2560集成Arduinomega2560+Ultimaker和Arduinomega2560Me+Ramps1.4的所有功能，組成身形小巧、元器件排列緊湊的結(jié)構(gòu)。在軟件或是硬件上都可以取代ArduinoMega2560+UltimakerShield和ArduinoMega2560+Ramps1.4組合。該產(chǎn)品重新設(shè)計接口，完全解決了組合板接口繁瑣，易出故障的問題。具有更小體積、結(jié)構(gòu)緊湊、高集成度和易于安裝的特點。GT2560支持5路步進電機，電機驅(qū)動部分可隨意更換驅(qū)動模塊，還具有強大的ATmega2560256KB內(nèi)存處理器，運行頻率為16MHZ，可以通過高性能USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T232RQ連接到電腦。思考題什么是傳感器？傳感器有什么特點？溫度傳感器在3D打印機中的作用是什么？常見的