基于單片機(jī)的激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u132081引言 摘要：為有效改善激光打標(biāo)在打印非規(guī)則圓柱型物體時(shí)，激光無法自動(dòng)調(diào)節(jié)聚焦面的情況，該文設(shè)計(jì)了一款基于STC89C52的激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)。系統(tǒng)以STC89C52為主控制器，通過壓力傳感器采集物體給其的壓力，并與主控器設(shè)定參數(shù)比較，根據(jù)控制策略，調(diào)節(jié)放置物品的升降平臺(tái)高度，達(dá)到使物體表面位于激光打標(biāo)聚焦面的目的。關(guān)鍵詞:壓力傳感器；步進(jìn)電機(jī)；STC89C52單片機(jī)1引言激光加工技術(shù)是利用激光束對(duì)工件表面進(jìn)行加工和處理的一種高精度加工方法，包括激光打孔，激光雕刻，激光切割，激光焊接等。激光打標(biāo)也是激光加工技術(shù)里廣為應(yīng)用的一種途徑，它通常用于在物體表面進(jìn)行圖案，數(shù)字，文字等的標(biāo)記，在目前的制造業(yè)中有著廣泛應(yīng)用，比如可以對(duì)金屬、陶瓷、玻璃、塑料等物品進(jìn)行圖像刻畫，可以起到裝飾或者標(biāo)識(shí)作用，相比起其他打標(biāo)方式，激光打標(biāo)產(chǎn)生的環(huán)境污染少，打標(biāo)清晰，打標(biāo)效率高，在多個(gè)重要領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。激光打標(biāo)的效果受焦點(diǎn)影響極大,稍微高于或低于聚焦面高度，都會(huì)因?yàn)槟芰坎蛔?，無明顯打標(biāo)痕跡，而調(diào)大激光功率又會(huì)對(duì)物體造成損傷。[1]尋常激光打標(biāo)臺(tái)因?yàn)椴荒芨鶕?jù)物體高度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦，通常只能在平面打標(biāo)，所以出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)激光打標(biāo)臺(tái)，可以通過使柱體或球體旋轉(zhuǎn)，使激光對(duì)曲面也能打標(biāo)。但由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，越來越多的表面起伏大的非規(guī)則工藝品開始出現(xiàn)，普通旋轉(zhuǎn)打標(biāo)臺(tái)雖然能解決激光無法對(duì)曲面物體進(jìn)行打標(biāo)的問題，但無法解決物體曲面切面高度不統(tǒng)一，與激光聚焦面不在同一水平面的問題。因此對(duì)一些表面有高低落差的柱形物體而言，打標(biāo)效果不是很好，經(jīng)常會(huì)有圖像發(fā)生變形，打標(biāo)痕跡不統(tǒng)一等情況的出現(xiàn)。而本旋轉(zhuǎn)打標(biāo)臺(tái)可以使激光在非規(guī)則圓柱形物體上進(jìn)行均勻打標(biāo)，能夠減少上述情況的發(fā)生，使得激光打標(biāo)的適用范圍更廣。2激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)圖1組成框圖如圖1所示，該激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)由三大部分組成，使物體升降的升降平臺(tái)，控制物體升降的控制系統(tǒng)以及機(jī)械框架。整個(gè)作品在機(jī)械框架中運(yùn)行。激光打標(biāo)機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)1帶動(dòng)滾軸旋轉(zhuǎn)，從而使柱形物體旋轉(zhuǎn)，柱形物體在橫躺旋轉(zhuǎn)過程中，切面高度不一致，觸碰到貼近物體表面安裝的壓力傳感器，產(chǎn)生信號(hào)，并傳給單片機(jī)，單片機(jī)將信號(hào)處理后控制絲桿步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使物體上升或者下降。3激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)3.1激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)3.1.1機(jī)械框架搭建圖2機(jī)械框架示意圖整個(gè)作品的機(jī)械框架如圖2所示，采用鋁型材進(jìn)行搭建，鋁型材搭建結(jié)實(shí)且美觀，且輕便快捷，成型方便，搭建周期短。激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)框架的具體數(shù)據(jù)如表1所示。采用的是2cm*2cm的鋁型材。整體框架長(zhǎng)寬高分別為40cm、24cm、29cm；兩層升降臺(tái)長(zhǎng)寬分別為15cm、15cm；滾珠絲桿長(zhǎng)17cm，導(dǎo)柱長(zhǎng)23cm。表1激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的具體數(shù)據(jù)長(zhǎng)/厘米寬/厘米高/厘米材質(zhì)整體框架402429鋁材升降臺(tái)一層1515鋁材升降臺(tái)二層1515鋁材滾珠絲桿17不銹鋼導(dǎo)柱23不銹鋼該框架的大小限定了打標(biāo)物體的尺寸，適用于直徑為3cm至10cm的柱形物體。3.1.2升降平臺(tái)搭建該打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的升降部分類似于一個(gè)簡(jiǎn)易的絲桿升降機(jī)。絲桿升降機(jī)是利用螺紋絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)升降平臺(tái)上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)物品的升降運(yùn)輸?shù)难b置。具體來說，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺紋絲桿上的螺紋與絲桿承重螺母上的螺紋配合，使承重螺母隨螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)。升降平臺(tái)固定在承重螺母上，當(dāng)承重螺母移動(dòng)時(shí)，升降平臺(tái)也隨之上下移動(dòng)。絲桿升降機(jī)的升降速度與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，升降高度與絲桿長(zhǎng)度成正比。絲桿升降機(jī)由電機(jī)、螺紋絲桿、承重螺母、絲桿套筒、升降平臺(tái)等組成。其中，電機(jī)是絲桿升降機(jī)的動(dòng)力源，螺紋絲桿和承重螺母構(gòu)成了升降機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過螺紋的配合實(shí)現(xiàn)升降平臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)；升降平臺(tái)是絲桿升降機(jī)的工作部件，用于承載物品并實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)輸。[2]整個(gè)升降平臺(tái)放置在機(jī)械框架的右半部分。首先是升降傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和搭建。升降平臺(tái)可以看作一個(gè)框架滑塊，選用單驅(qū)動(dòng)（即一個(gè)步進(jìn)電機(jī)）雙絲桿作為升降平臺(tái)的升降動(dòng)力裝置，利用同步傳送帶保證了兩邊絲桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同步，使滑塊在上升時(shí)保持水平。單絲桿的模組需要考慮的絲桿長(zhǎng)徑比、導(dǎo)程、精度等，這些問題在設(shè)計(jì)雙絲桿時(shí)也需要考慮。雙絲桿模組還需要特別注意的是兩個(gè)滾珠絲桿的同步問題。兩個(gè)絲桿相當(dāng)于兩個(gè)動(dòng)力，兩個(gè)動(dòng)力作用于同一個(gè)滑塊上，兩個(gè)絲桿不同步就會(huì)造成滑塊卡住。因此選用單驅(qū)動(dòng)加同步帶的組合保證兩根絲桿的旋轉(zhuǎn)速度相同，上升高度相同。同步帶安裝在帶有同步輪的固定在絲桿的絲桿套筒上。雙絲桿分別安裝在升降平臺(tái)左右兩邊的中間位置，平臺(tái)四角安裝有固定作用的導(dǎo)柱，防止平臺(tái)在上下移動(dòng)過程中前后搖晃。T型絲桿相較于滾珠絲桿而言有一好處，在垂直運(yùn)動(dòng)過程中可以做到自鎖，到達(dá)規(guī)定位置時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即可停止上升或下降，不需額外加固定裝置和減速裝置。其次是升降平臺(tái)的制作。放置物品的升降臺(tái)由滾軸與兩層鋁制框組成，柱形物體放置在滾軸上，滾軸固定在框架上，框架之間有彈簧連接，彈簧安裝在四角支撐的導(dǎo)柱上，這樣降低了脆弱物體被磕碰壞的風(fēng)險(xiǎn)。下一步進(jìn)行由激光打標(biāo)控制的步進(jìn)電機(jī)和滾軸的安裝，電機(jī)安裝在框架上方左側(cè)，通過同步帶和安有同步輪的滾軸相連，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)則帶動(dòng)滾軸旋轉(zhuǎn)，從而使物體旋轉(zhuǎn)。最后壓力傳感器橫向安裝在框架上方右側(cè)。當(dāng)物體上升到一定距離就會(huì)觸碰到框架頂部的壓力傳感器，當(dāng)物體繼續(xù)上升就會(huì)產(chǎn)生更大的壓力值。3.2激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的電路設(shè)計(jì)3.2.1激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的電路設(shè)計(jì)圖選擇用Proteus進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)示意圖。設(shè)計(jì)示意圖如圖3：圖3電路設(shè)計(jì)示意圖3.2.2控制芯片及電機(jī)的選擇本作品的主控制芯片選擇為STC89C52RC。相較于ATC系列而言，STC89C52系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和ATC系列相同，但實(shí)際操作卻更為簡(jiǎn)潔：燒錄程序方便：ATC系列芯片必須用下載器才可下載程序，而STC89C52可以使用USB轉(zhuǎn)串口下載，所需下載軟件stc-isp可以從STC官網(wǎng)免費(fèi)下載，且操作方法簡(jiǎn)單，還可以實(shí)時(shí)反饋單片機(jī)串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；執(zhí)行速度快：STC系列單片機(jī)的執(zhí)行速度時(shí)ATC系列的3-30倍，在對(duì)時(shí)序有嚴(yán)格要求的模塊進(jìn)行控制時(shí)能更為精準(zhǔn)；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：STC系列單片機(jī)對(duì)工作環(huán)境要求低，電壓高于3.3V就可正常工作，而ATC系列的工作電壓必須達(dá)到5V。用于運(yùn)動(dòng)控制的電機(jī)主要有步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)兩種，能對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行精準(zhǔn)定位，常用于自動(dòng)化設(shè)備制造領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)是離散運(yùn)動(dòng)裝置。它的名字來源于它的工作特性，它是通過一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度來運(yùn)動(dòng)的，每一步稱為一個(gè)步進(jìn)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器收到一個(gè)脈沖信號(hào)，就會(huì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)往設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度。這種工作原理使得步進(jìn)電機(jī)能夠以離散的方式準(zhǔn)確控制位置和速度。[3,4,5]通過建立反饋回路，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)具有了高效率、高精度的特點(diǎn)，不僅擁有伺服電機(jī)的部分性能，同時(shí)又價(jià)格低廉。且步進(jìn)電機(jī)控制簡(jiǎn)單，只需用51單片機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器即可，[4,5]而伺服電機(jī)需要另接驅(qū)動(dòng)電路。又因?yàn)楸咀髌酚畜w積要求，步進(jìn)電機(jī)有更為小巧的體型進(jìn)行選擇，所以選用步進(jìn)電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)控制裝置。升降平臺(tái)所用電機(jī)為42步進(jìn)電機(jī)，選用型號(hào)為D5424681A，適用于小中型自動(dòng)化設(shè)備。旋轉(zhuǎn)滾軸選用電機(jī)同樣為步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為42J1834-810。3.2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選擇由于51單片機(jī)的I/O口輸出電流過小，無法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，因此步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要用其他裝置放大電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本作品選擇的驅(qū)動(dòng)器為雷賽M415B步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)兩相混合步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)方法簡(jiǎn)單，所需單片機(jī)引腳少，只需要發(fā)射脈沖信號(hào)給相應(yīng)端口即可。供電電源接到驅(qū)動(dòng)器上，接上電源后，驅(qū)動(dòng)器側(cè)面指示燈發(fā)亮，標(biāo)志著驅(qū)動(dòng)器可以進(jìn)行工作。圖4雷賽M415B步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器如圖4為M415B圖片，介紹如下：最上方四個(gè)接線端口為Signal端：PUL為脈沖輸入信號(hào)。DIR方向輸入信號(hào)，用于改變電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向；不接該口會(huì)朝一個(gè)默認(rèn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；ENA為使能信號(hào)，用于使能或禁止驅(qū)動(dòng)器輸出；OPTO為脈沖、方向、使能信號(hào)電源正端，接5v。最下方六個(gè)接線端口為HighVoltage端：A+和A-，B+和B-分別接步進(jìn)電機(jī)A相和B相繞組的正負(fù)端。步進(jìn)電機(jī)一般有兩組共四條線引出，取兩條線相連，若用手轉(zhuǎn)電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則為一組。將一組線接入A+,A-，另一組B+，B-。中間6個(gè)撥碼開關(guān)端口為Setting端，用于控制細(xì)分?jǐn)?shù)，輸出電流大小，具體規(guī)則已在M415B表面的表格上寫明。標(biāo)簽PKCurrent為峰值電流大小，使用時(shí)注意不要超過該值。峰值電流大小由s1，s2，s3控制，將三個(gè)開關(guān)按指定方式撥關(guān)即可。標(biāo)簽Microstep是細(xì)分?jǐn)?shù)，一個(gè)細(xì)分?jǐn)?shù)下電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°。舉例來說，1*1.8**200=360°，即在細(xì)分?jǐn)?shù)為1.8°的情況下，旋轉(zhuǎn)360°需要200個(gè)脈沖信號(hào)。細(xì)分?jǐn)?shù)由s4，s5，s6,共同控制，將驅(qū)動(dòng)器側(cè)面s4，s5，s6撥到指定位置即可調(diào)節(jié)。3.2.4傳感器模塊的選擇本作品選用的傳感器為應(yīng)變式稱重傳感器。傳感器應(yīng)變片用粘合劑貼在彈性體上（通常為合金材質(zhì)的小長(zhǎng)方體），在受到外力作用后，粘貼在彈性體的應(yīng)變片隨之發(fā)生形變引起電阻變化，電阻變化使組成的惠斯登電橋失去平衡，輸出一個(gè)與外力成\t"/whf1205/article/details/_blank"線性正比變化的電壓信號(hào)，[6]如圖5所示。應(yīng)變式稱重傳感器又被稱為拉壓力傳感器，被廣泛用于工業(yè)稱重、配料秤、電子秤、領(lǐng)域秤、吊鉤秤等檢測(cè)壓力的測(cè)力場(chǎng)所。稱重傳感器感受到的重力實(shí)際上為物體給其的壓力，所以可以替換壓力傳感器使用。圖5稱重傳感器原理示意圖該稱重傳感器模塊搭配了一個(gè)HX711模塊，可以將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。HX711模塊包括了穩(wěn)壓電路，時(shí)鐘震蕩電路，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路。用一個(gè)模塊集成了等其它同類型芯片所需要的外圍電路，節(jié)約了作品空間，減少了模塊連接復(fù)雜程度。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了模塊的初始化過程。模塊搭配芯片為HX711，這是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。HX711芯片與單片機(jī)的信號(hào)傳輸采用串口傳輸，除去VCC和GND接口外，只需要兩個(gè)引腳，時(shí)鐘引腳PD_SCK及數(shù)據(jù)引腳DOUT，用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)DOUT從高電平變成低電平后，PD_SCK可以開始輸入25到27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。按脈沖個(gè)數(shù)由高位到地位進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從高到低逐位讀取完成。第25至27個(gè)時(shí)鐘脈沖用來選擇下一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益，詳見表2。[7]表2輸入通道和增益選擇PD_SCK脈沖數(shù)輸入通道增益25A12826B3227A644激光打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)軟件設(shè)計(jì)4.1程序編寫作品選用控制芯片為STC89C52，采用C語言進(jìn)行編程，編譯軟件為keil4。主程序流程圖如圖6：圖6主程序流程圖當(dāng)按下開發(fā)板電源開關(guān)后，系統(tǒng)開始進(jìn)行信號(hào)采集，判斷是否收到運(yùn)行信號(hào)。運(yùn)行信號(hào)由按鍵提供，按鍵一端接地，另一端接單片機(jī)P0.7引腳，由于使用的為普中科技51單片機(jī)開發(fā)板，所以IO口默認(rèn)為高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)端口電壓下拉，變?yōu)榈碗娖?。?jīng)過去抖動(dòng)程序后，若仍為低電平，則說明收到運(yùn)行信號(hào)，可以進(jìn)行下一步，若仍為低電平，就說明未收到運(yùn)行信號(hào)，需要繼續(xù)進(jìn)行信號(hào)采集。運(yùn)行時(shí)先給電機(jī)自動(dòng)發(fā)送定量脈沖信號(hào)，使物體開始旋轉(zhuǎn)上升一段固定距離，此時(shí)，單片機(jī)開始讀取壓力傳感器信號(hào)，U即此時(shí)單片機(jī)讀取到的模擬電壓量，US1、US2為單片機(jī)內(nèi)提前設(shè)定的參考?jí)毫χ邓鶎?duì)應(yīng)的電壓值，當(dāng)US1<U<US2時(shí)，說明此時(shí)物體處于的位置剛好，不需要做調(diào)整，命令電機(jī)停下即可；當(dāng)U<US1時(shí)，說明物體位置過低，需要命令電機(jī)上升；當(dāng)U>US2時(shí)，說明此時(shí)物體位置過高，需要命令電機(jī)下降。示意圖如圖7。進(jìn)行調(diào)整后，單片機(jī)繼續(xù)讀取壓力傳感器信號(hào)，重復(fù)上述步驟，直至物體處于規(guī)定范圍內(nèi)。圖7電壓示意圖正常運(yùn)行時(shí)綠燈閃爍，若為上升命令，則黃燈亮，若為下降命令則紅燈亮；當(dāng)物體到達(dá)指定位置時(shí)（即結(jié)束時(shí)），綠燈閃爍，紅燈滅，黃燈滅，蜂鳴器響1秒。根據(jù)led燈的狀態(tài)，可以更直觀地判斷單片機(jī)發(fā)送的命令與電機(jī)運(yùn)動(dòng)情況的契合度。4.2不同模塊程序編寫首先是傳感器模塊。傳感器輸出電壓計(jì)算公式如下:UFSO=UE*S（1）UFSO是滿量程輸出電壓，即最大輸出電壓，UE是激勵(lì)電壓，即為傳感器的供電電壓，S是該傳感器的靈敏度，大小為1.0mV/V。供電電壓的計(jì)算方式如下：VAVDD=VBG(R1+R2)/R2（2）VAVDD是HX711集成模塊上穩(wěn)壓電路的輸出電壓，也是稱重傳感器的供電電壓，即集成板上的E+，AGND是HX711模塊的模擬接地電壓，即集成板上的E-。VBG為HX711模塊的基準(zhǔn)電壓，為1.25V。R1、R2是放大電路的輸入、輸出電阻。R1=20K,R2=8.2K。因此算得VAVDD=4.3V，UE=4.3V。所以算得滿量程電壓UFSO=4.3mV。根據(jù)芯片手冊(cè)有:GUO/UE=x/2^24(3)G為HX711選擇的增益，UO為傳感器輸出電壓，x為經(jīng)增益放大后的輸出電壓經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。選擇128倍增益，得最大輸出電壓為550.4mV，AD轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)為24位數(shù)值輸出為550.4mV*2^24/4.3V≈2147483。由于不需要輸出具體壓力值，只需要對(duì)壓力值進(jìn)行比較，因此可以只直接比較AD轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)值的大小，不需要加入轉(zhuǎn)換壓力值的程序。HX711模塊易受溫度影響，因此要考慮溫度補(bǔ)償。通過查詢與HX711芯片相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)可得到對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度下的補(bǔ)償系數(shù)，即可用于傳感器模塊的溫度壓力補(bǔ)償和修正。[8]本作品選用芯片為海芯科技出品，官方資料顯示該芯片在增益為128的情況下，輸入零點(diǎn)漂移為±12nV/℃，增益漂移為±7ppm/℃。其次是升降模塊。升降平臺(tái)選用的T型絲桿導(dǎo)程為1，即旋轉(zhuǎn)一圈，螺母上升1mm。選用步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為1.8°，單片機(jī)發(fā)送200個(gè)脈沖信號(hào)，即可使平臺(tái)上升1mm。根據(jù)此時(shí)壓力值對(duì)應(yīng)電壓值和設(shè)定壓力值對(duì)應(yīng)電壓值之差可以決定上升高度，使單片機(jī)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)。當(dāng)物體停留在設(shè)定高度一段時(shí)間后，即代表物體表面完成激光打印后，激光打標(biāo)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送信號(hào)，使其控制步進(jìn)電機(jī)1旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)到另一面進(jìn)行激光雕刻。此時(shí)旋轉(zhuǎn)臺(tái)重復(fù)上述步驟，直至該物體打標(biāo)全部完成。5實(shí)物調(diào)試5.1模塊調(diào)試對(duì)不同模塊進(jìn)行檢測(cè)。首先對(duì)微控制器STC89C52進(jìn)行檢測(cè)，用keil4編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的流水燈程序，通過st-link下載器和專用下載軟件STC-isp進(jìn)行串口下載進(jìn)開發(fā)板。觀察led燈的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在輪流點(diǎn)亮過程中有閃爍現(xiàn)象。通過電壓表對(duì)單片機(jī)輸出端口和led燈端口進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)是該開發(fā)板的led燈接口和導(dǎo)線接觸不良，單片機(jī)控制一切正常，可以使用。然后將為作品編寫的程序進(jìn)行改寫，分別發(fā)送上升，下降，停止命令，測(cè)試一下led燈反應(yīng)模塊對(duì)單片機(jī)發(fā)送的命令能否正常響應(yīng)，測(cè)試結(jié)果沒有問題。其次對(duì)傳感器模塊進(jìn)行檢測(cè)，該模塊是從一個(gè)小電子稱上拆卸下來的，在未拆卸前，將傳感器模塊與單片機(jī)進(jìn)行連接，編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的HX711驅(qū)動(dòng)程序，將其下載進(jìn)單片機(jī)后，開始測(cè)試。通過STC-isp串口助手反饋HX711傳遞給單片機(jī)的數(shù)據(jù)。硬件上電復(fù)位后，傳遞的AD值即為空載的AD值，該值保存在全局變量中，程序中會(huì)減去該變量。然后選擇一個(gè)已知重量的物品，此次測(cè)試中選擇的是一盒牛奶，約重100g，比較輸出結(jié)果和實(shí)際重量，得到誤差為1g左右。隨后將該壓力傳感器上下顛倒固定在框架上，從下方給其壓力。因?yàn)闇y(cè)物體重量時(shí)，物體給其的壓力是豎直向下的，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的麻煩程度，選擇改變壓力傳感器的固定方式。因?yàn)槭謩?dòng)加壓無法定量控制壓力大小，所以不能進(jìn)行誤差計(jì)算，只能通過不斷加大壓力觀察電壓大小是否按照規(guī)律變化。經(jīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該壓力傳感器的工作規(guī)律正常，可以用作壓力檢測(cè)。然后，對(duì)電機(jī)模塊進(jìn)行檢測(cè)，同樣編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)程序下載給單片機(jī)，通過單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，然后觀察步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)情況。在此過程中，不斷修改發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器的脈沖數(shù)，觀察電機(jī)是否按預(yù)期情況旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)電機(jī)可以按預(yù)期工作。之后將主程序下載進(jìn)單片機(jī)，分別預(yù)設(shè)三個(gè)壓力值，分別大于，小于預(yù)定壓力，處于預(yù)定壓力范圍內(nèi)，將與之對(duì)應(yīng)的電壓值傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理，隨后觀察步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)情況與單片機(jī)命令是否一致，與led燈的響應(yīng)狀況是否一致。最后，檢測(cè)電機(jī)能否成功帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸和絲桿上的同步輪連接在一起，同步輪和螺旋絲桿固定在一起，用手輕輕托住承重螺母，保證它不受重力影響下落，觀察它是否能隨著絲桿旋轉(zhuǎn)上升。用游標(biāo)卡尺檢測(cè)上升高度，發(fā)現(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿上升的精度滿足要求。5.2整體調(diào)試不同芯片和電路系統(tǒng)在仿真時(shí)沒問題，但是實(shí)物制作出來后受到環(huán)境和芯片質(zhì)量的影響需要進(jìn)行調(diào)試。第一種情況是導(dǎo)線過多導(dǎo)致電路信號(hào)傳輸不穩(wěn)定，作品在程序里進(jìn)行了一定改良，加入了一段反復(fù)判斷的字句，確保了讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第二種情況是，物體還沒有完成升降步驟，激光打標(biāo)機(jī)就開始驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)帶動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)，這也與單片機(jī)的程序反應(yīng)速度有關(guān)，需要盡量提高單片機(jī)發(fā)送脈沖的速度，并減短了單片機(jī)讀取傳感器的時(shí)間間隔，使單片機(jī)能更快對(duì)實(shí)物的運(yùn)行情況做出相應(yīng)控制。也可以增大絲桿步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分角，使其一次性旋轉(zhuǎn)較多距離。第三種情況是物體的上升距離與設(shè)定距離誤差過大。排查后發(fā)現(xiàn)是物體重力過大，絲桿步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足，導(dǎo)致無法抬升物體至指定高度。需要換取重力較小的物體或者換取較大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)。第四種情況是，升降臺(tái)上升過程不平行，出現(xiàn)一邊高一邊低的現(xiàn)象。其中一個(gè)原因是不同導(dǎo)柱對(duì)升降臺(tái)的摩擦大小不同，需要對(duì)導(dǎo)柱上的污漬和銹跡進(jìn)行清除，用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。另一個(gè)原因是同步帶過松，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一根絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一絲桿不同步，需要換取合適的同步帶同時(shí)在搭建框架時(shí)，一定要保證升降平臺(tái)兩層方形框架平行且水平，否則會(huì)影響傳感器的傳遞信號(hào)的準(zhǔn)確性。激光打標(biāo)結(jié)果如下圖所示，圖8是在普通激光旋轉(zhuǎn)打標(biāo)臺(tái)打標(biāo)的結(jié)果，圖9是經(jīng)過單片機(jī)控制的旋轉(zhuǎn)臺(tái)處理的結(jié)果。圖8普通激光旋轉(zhuǎn)打標(biāo)臺(tái)打標(biāo)結(jié)果圖圖9基于單片機(jī)的激光旋轉(zhuǎn)打標(biāo)臺(tái)打標(biāo)結(jié)果圖分析圖8，可以發(fā)現(xiàn)，在凸起部分，激光打標(biāo)痕跡變淺，說明對(duì)于表面有高度差的物體，激光打標(biāo)的效果受到了較大影響，而圖9同樣為有高度差的表面