基于单片机的便携式气动打标机的设计.pdf

基 于 单 片 机 的便 携 式气 动打 标 机 的设 计 口周扬胜 口唐一科 口杨鹏 重庆大学 机械工程学院重庆4 0 4 4 摘要介绍了一种基于单片机的便携式数控标记机应用方案， 详细阐述了该方案的软硬件设计思路。 应用该方案 设计的产品具有成本低 、 体积 小和 易于携带的特 点， 特别适合 对汽车 V I N码、 产品 出厂 日期等进行 标记 打印。 关键词 打标机单片机步进电机驱动器 中图分类号 T G 6 6 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 9 0 1 一 o 0 6 9 0 2 1 概述 在成批 、 大 量 的现代 化工 业生 产 中 ， 为 了及 时而 准 确地 识别 产 品 的零 部 件 ， 往 往 需 要在 重 要 的零 部件 上 标 以 明 显 的 标 志 或 记 号 ， 例 如 摩 托 车 行 业 中 的 发 动 机 代 码 ， 汽 车行 业 中 的 V I N码 俗 称 车架 号 。 因此 ， 标 记 打 印是 机 械制 造 过 程 中 的重 要 工 序 之一 【 l 】 。目前采 用 的标 记方法 主要 有激光 标 记技术 和气 动标 记技 术 。 气动标 记技 术是 采 用打 印针 头按 照编辑 好 的字符 或图形 轨迹运 动 ， 控制 高 压气体 高 频冲击 打 印针 ， 在工 件表 面形 成 由密 集 点 阵 组成 的字 符或 图形 。 它 可 打标 任 意 字 符 、 图 形 、 商 标 图 案 等 ， 具 有 的 特 点 是 标 记 速 度 快 ， 对 标 记 材 料 无 特 殊 要 求 ； 抗 干 扰 能 力 强 ， 能 够 在 较 恶劣 的环 境 下 工 作 ； 采 用 气 体 作 为 动 力 源 ， 生 产成 本 低 ， 无 污染 ； 特 别适 合速 度 要求较 快 的流水 线场 合 。 目前 国 内 市 场 上 销 售 的 打 标 机 中 ， 9 0 ％ 以上 是 大 中型 的打标机 Ⅱ 】 ， 而 且 大多数 都 是基 于工控 机或 P C机 架 构 的产 品 ， 价格 较高 ， 且 移动 不便 。 基 于这些 原 因 ， 我 们 开 发 了基 于单 片机 的便 携 式 气 动打 标 机 ， 由于采 用 单 片机 L C D图形液 晶 的思 路 ， 简 化 了成本 ， 而且 大大 缩 小 了 体 积 ， 可 以 将 所 有 控 制 部 件 简 化 安 放 在 手 提 箱 内或 打 标 机 的 机 头 上 。 2 打标机控制系统硬件设计 系统 总 体 结 构 如 图 1所 示 。 系 统 本 身 内 置 1 0 种 S HX 矢 量 字 库 ， 简 单 英 文 字 符 、 VI N码 和 流 水号 等 ， 可 通过 键 盘 编辑 输 入 ， 系统 内 部 插 补 程 序 可 对 其 进 行 插 补 计 算 并 最 终 完 成 打 印 。 汉 字 字 库 比较 庞 大 ， 故 在 单 片 机 内 实 现 汉 字 打 印 不太 现实 。 系统 对 于汉 字 、 图形等 复 杂 内容 是通 过上 位 机 编辑 好 后 ， 下 载 到 u盘 中 ， 单 片 机通 过 u盘读 写 模 块 C H3 7 5 读 出打 印数 据后 实 现打 印。 2 ． 1 单 片 机 选 型 收稿 日期 2 0 0 8 年6 月 机械制造4 7卷 第 5 3 3 期 I 键 盘 ／ 显 示 I器 接 口 CH3 7 5 模块 存储器 W78 E 51 6 B AT 8 9 C 2 05 1 ▲图1 系统总体结构图 A39 7 2 I ／ 0 接 口 电 路 轴步进 电机 y轴 步进 电机 气阀 打印开关 轴限位 Y轴限位 打 标 机 打 印 头 系 统 选 用 W I N． BON D 公 司 的 W7 8 E 5 1 6 B 为 控 制 核 心 。 W7 8 E 5 1 6 B 是 具 有 带 I S P功 能 的 F l a s h E P ROM 的低 功耗8位微 控 制器 ； 该单 片机 的 I S P功能 可方便 厂 家对 产 品 的升 级 ， 通 过 I S P的下 载 线 即 可完 成 软 件升 级 ， 而 无 需 拆 开 设 备 。 其 次 W7 8 E 5 1 6 B 的指 令 集 同标 准 8 0 5 2指 令 集 完 全 兼 容 ， 它 包 含 6 4 k字 节 的 主 ROM 4 k字 节 的 辅 助 ROM 、 5 1 2字节 片 内 RAM， 足 够用 户编 程使 用 。 2． 2键 盘 和 显 示 接 口 键 盘 接 口选 用 周 立 功 单 片 机 发 展 有 限 公 司 生 产 的 Z L G 7 2 8 9， 具 有 S P I串行 接 口功 能 的 可 同时驱 动 8 位 共 阴式 数码 管 或 6 4 只独 立 L E D 的智 能显 示 驱动 芯 片 ， 可 连 接 多 达 6 4 键 的 键 盘 矩 阵 。 显 示 接 口采 用 驱 动 器 T 6 9 6 3 C， 选 用 的 图形 液 晶 屏 为2 4 0 X 1 2 8 点 阵 显示 屏 ， 可显 示 1 6 行 每行 3 2 个 英文 字 符 。 T 6 9 6 3 C控 制 器 是 日本 东 芝 公 司 的产 品 ， 常用 于 控 制 小 规 模 的 点 阵 式 液 晶显 示 屏 。 T 6 9 6 3 C控 制 器 在 电 路 上 给 C P U 提 供 了 一 个 良好 的易 于使 用 的接 口 ， 接 口采 用 1 - r L电路标 准 ， 由8 位 数 据 线 、 片 选 信 号 C E， 读 写信 号 WR 和 RD、 数 据 ／ 控 制 寄存 器 选 择 信 号 C／ D， 复 位 信 号 RS T组 成 。 W7 8 E 5 1 6 与 T 6 9 6 3 C的 电 路 连 接 如 图 2 所 示 。 2 ． 3步 进 电 机 驱 动 电路 2 9 ／ 1 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 步 进 电 机 驱 动 电 路 主 要 采 用 美 国 Al l e g r o公 司 生 产 的 A 3 9 7 2芯 片 。 A3 9 7 2 是 一 款 双 DMOS全 桥 微 步 距 脉 宽 调 制 P WM步 进 马 达 驱 动 集 成 电 路 ， 利 用 D O． D7 P1 2 P1 3 P1 4 Al 3 ． A1 5 W 7 8 E5 1 6 Y4 7 4 L Sl 3 8 D0 ． D7 CE RD W R C／D I 1 6 9 6 3 C ▲图2 W7 8 E S 1 6 与 T 6 9 6 3 C的电路连接图 C P U通过3线 时钟 、 数据 、 选 通 串行 接 口对其 进行控 制， 可设 置步 进 电机 的运 转 方 向及 各种 不 同的步 进法 从 微 步 距 到 满 步 驱 动 ， 对 步 进 电机 的转 矩 控 制 具 有 很 大 的灵 活 性 。 系统采 用 AT 8 9 C 2 0 5 1 单 片机单 独对 A3 9 7 2 进行 时 序控 制 ， 图3 为一 个完 整 的 写数 据 时序 图 。 数 据在 每一 个 时 钟 节 拍 的 上 升 沿 传 入 移 位 寄 存 器 ， 通 常 情 况 下 ， S T R OB E将 会保 持 为高 电平 ， 只 有 在初 始 化 为写 周期 时才 会变为低 电平 。 传输 数据 时 ， 最先 传送数据 的最 高 位 ， 最后传送 数据 的最低位 H 1 。 图中 的 A是 最 小 数据 建 立 时 间，时长 为 1 5 n s ； B 是 最 小 数 据 保 持 时 间 ， 时 长 为 i 0 n s ； C是 最 小 建 立 S T RO B E信 号 到 C L O CK上 升 沿 时 间 ，时 长 为 1 5 0 a s ； D 是最小 C L OC K高 电平 脉冲 宽度，时 长为4 0 n s ； E是最 小 C L OC K低 电平 脉冲宽 度 ， 时 长为4 0 n s ； F是最 小建 立 C L O C K 上 升 沿 到 S T R OB E 时 间 ， 时 长 为 5 0 n s ； G是 最小 S T ROB E脉 冲宽度 ， 时长为 1 5 0 n s 。 2 ． 4 U盘 控 制 模 块 由于 图形 文件 无 法在 单 片机 上 编辑 ， 而用 户 经 常 需要 打 印 图形 ， 如商标 等 。 为解决 此 问题 ， 可 以在 上位 软件 事 先将 图形 文件 和 汉字 编辑 好 ， 并 将插 补完 成 的 内容 下载 到 u盘 中 ， 最后 系 统单 片机通 过 U盘 模块读 出数 据 并 打 印 。 一 般 来 说 ， 在 单 片 机下 开 发 U盘 的读 写 系统 ， 外 部单 片机需要 编写 驱动程 序 ， 会 涉及较 多 的协 议 ， 从底 层 到 上层 必 须实 现 US B 的控 制 传 输 、 US B批 量 传输 、 S C S I ／ U F I ／R BC命令 传输 及 F AT文件系统 等功能 。 对 于 Ma s s S t o r a g e海 量 存 储 ， C H3 7 5内置 了 US B 通 信 协议 的 固件 ， 并 提供 U盘文 件 级 子程 序 库 ， 单 片 机可 以直接 调用 -7 程 序读 写 U盘 的文件 数据 ， 简 化 了 开 发 流 程 。 3 打标机控制系统软件设计 2 0 0 9／ 1 图4 为系统软 件功 能结构 。 参数设 置 功能 主要包括 对 VI N码 、 流水 号及打 印参数 等进行设 置 。 u盘 导入打 印功 能可 以使用 户 从 u盘 中导 入 要 打 印 的 图形 汉 字 数 据 ， 还 可 以 导 入 新 的字 体 文 件 。 键 盘 输 入 打 印 功 能 包 括 文 本 打 印 、 流 水 号 打 印 、 V I N 码 打 印 ， 用 户 可 通 过 键 盘 编 辑 输 入 ， 还 可 切 换 输 入 法 。 系 统 测 试 功 能 可 帮 助 用 户对 步进 电机 、 I ／O等进 行测试 ， 解决 常见 故障 。 软 件 采 用 C语 言 开 发 ， 开 发 环 境 为 K e i l u Vi s i o n 2， 是美 国 Ke i l S o f t w a r e公 司 出品 的5 1 系列 兼 容单 片 机 C 语 言 软 件 开 发 系 统 ， 使 用 接 近 于 传 统 C语 言 的 语 法 来 开 发 ， 与汇 编相 比 ， C语 言 在功 能 上 、 结 构性 、 可 读性 、 可 维 护 性 上 有 明显 的 优 势 。 软 件 采 用 逐 点 比 较 法 插 补 ， 系 统 中 考 虑 到 了 打 标 机机 械部／ , Y 的 间隙补偿 ， 故打 印精度 比较 高 ， 打 印出的 图形 和字符 比较优美 。 4 结束语 采 用 本 文 方 案 的 打 标 机 与 传 统 的 由 P C机 控 制 的 打 标机 相 比， 体 积 大大 减小 ， 而功 能上 基本 一致 ， 非常 适 合 对 VI N码 、 发 动 机 号等 进 行 打 印 。 目前 采 用本 文 方 案 的打标 机产 品 已经 上市 ， 从 用 户反馈 的信息 来看 ， 该 机运 转平 稳 ， 硬 件可 靠 ， 软件 使 用方 便 ， 用 户界 面友 好 ， 对不 同用户均 达到满 意 的打 印效果 。 参 考 文 献 【 1 】 武卫， 辛世界， 张新仪． 自动打标机的研制【 J 】 ． 机械制造， 2 0 0 2 ， 4 0 1 2 2 4 2 5 ． 【 2 】 刘格 ， 周璐 ， 罗娅． 气动标记 打印机 【 J 】 ． 机械制造 ， 1 9 9 7 ， 3 5 6 3 3 ． 【 3 】 胡亚山， 刘卫国． 新颖的串行控制步进电机驱动器【 J 】 _ 国 外电子元器件， 2 0 0 5 9 ． 【 4 】 A 3 9 7 2 D u a l D m o s F u l l - B r i d g e Mi c r o s t e p p i n g P WM M o t o r D r i v e r [ Z 】 ． A l l e g r o Mi c r o s y s t e m s ， 2 0 0 0 ． △ 编 辑 禾 禾 机械制造4 7 卷 第5 3 3 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m