我自己做的微型雕刻机

zgp0518 · 发表于 2016-1-27 22:09:34

本帖最后由 zgp0518 于 2016-1-28 21:55 编辑

看到网上有好多做微型激光雕刻机的DIY,手头正好有几个拆下来的笔记本光驱，把光驱里的步进电机拆了出来，做了这个雕刻机。由于我手头没有激光头，偷懒用圆珠笔来代替激光头。
采用STM32F103ZET6最小系统板做的三轴联动，步进电机驱动没有采用专门的驱动板，使用了L298N或者L9110S，由STM32的PWM来控制步进电机。
现在只实现了最基本的几个功能，支持G代码 G0，G1，G2，G3和M3(Z轴下降)，M5(Z轴上升)，图形界面和按钮控制现在还没有做。
操作系统采用风舞天的MSOS操作系统，最大支持8个任务是在UCOS基础上简化而来的。MSOS的支持邮箱信息和8个互斥量，GUI是自己加的。
源代码文件目录中Keil_RAM目录里的工程文件是直接在RAM中调试，KEIL用JLINK下载到系统板中不会擦除FLASH中的内容，直接用RAM进行调试和仿真。Keil_FLASH目录里的工程文件是直接在FLASH中调试，KEIL用JLINK下载到系统板中会更新FLASH中的内容。这2个目录共用系统文件和驱动程序。
G代码生成使用的是Inkscape
我G代码下载使用的是G-CODE SENDER来下载到开发板，还没有做SD卡脱机。

diaoke_2016.01.25.rar (1.4 MB, 下载次数: 3201)

2016-1-27 22:03 上传

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雕刻机正面

雕刻机反面

MSOS任务的参数数量在OS.H 中定义
#define TaskSum       4          任务总数。现在定义了4个，如果超过4个就必须修改,最大支持8个任务，包括GUI的任务
#define TaskStackSum    100       任务栈深度，如果函数调用多的话这个值需加大
#define QueueStackSum 20    消息队列深度，总共可以有20个等待处理的消息，超出20个的话会丢失消息
建立任务前还需定义任务句柄，创建任务后任务句柄的值同时也是任务的优先级
u8 CtrlTaskPriority ;  控制任务
u8 PWMTaskPriority ;  PWM任务
u8 ShowTaskPriority ;  显示解析任务

优先级按照建立的顺序，最早建立的是优先级最高，GUI任务GUI_API.CreateTask();必须最后建立，如果不用GUI任务，则最低优先级的任务不能有OS.PendMessageQueue函数，必须为死循环。

任务信息的传递使用PostMessageQueue 和PendMessageQueue 函数
static void * PendMessageQueue (u32 timeout)
/*******************************************************************************
* 函数名 : PendMessageQueue
* 描述    : 等待消息队列，当消息队列为空时，所在任务挂起
* 输入参数  : eventPointer 队列事件块指针，timeout 等待时间，1mS为单位
* 返回参数  :
*******************************************************************************/

static u8 PostMessageQueue (u8 Priority, void *messagePointer)
/*******************************************************************************
* 函数名 : PostMessageQueue
* 描述    : 发送一个消息到消息队列中，处于等待的任务会自动运行
* 输入参数  : eventPointer 队列事件块指针，messagePointer发送消息指针
* 返回参数  : 无
*******************************************************************************/
互斥量使用OSMutexLock 和OSMutexUnLock ，互斥量最大为8个，编号为0-7，其中第7个我用在GUI上了
u8 OSMutexLock (u8 OSMutexNum)

void  OSMutexUnLock (u8 OSMutexNum)
同时MSOS提供软件定时器，提供2种模式，1种由用户指定定时器编号时间间隔为0.1MS（1s需要delay = 10000），1种由系统自动分配定时器编号时间间隔为1ms（1s需要delay = 1000）。
使用
OS.Timer.Start = Start;
OS.Timer.StopAt = StopAt;
OS.Timer.StartAt = StartAt;
OS.Timer.StopAt(u8 id)
/*******************************************************************************
* 函数名 : Stop
* 描述    : 停止某一路的软件定时器
* 输入参数  : id为0、1、2...
* 返回参数  : 无
*******************************************************************************/

OS.Timer.StartAt(u8 id, u32 delay, function registerFunction)
/*******************************************************************************
* 函数名 : StartAt
* 描述    : 启动0.1ms软件定时器，由用户指定软件定时器的编号
* 输入参数  : ID:指定的定时器编号
*          : delay:延时节拍数，以系统节拍为单位
*          : registerFunction: 注册回调执行函数，延时超时后，执行此函数。
* 返回参数  :
*******************************************************************************/
OS.Timer.Start(TimerhandleModeEnum handleMode, u32 delay, function registerFunction)

/*******************************************************************************
* 函数名 : Start
* 描述    : 启动1MS软件定时器由系统指定定时器编号
* 输入参数  : handleMode: 两种处理方式，一种直接在节拍中断中处理，适合费用低的,
*                      另一种在消息中处理，适合处理费用高的。
*          : delay:延时节拍数，以系统节拍为单位
*          : registerFunction: 注册回调执行函数，延时超时后，执行此函数。
* 返回参数  : u8类型，返回ID号，从0开始，若失败则返回invalid(-1)
*******************************************************************************/

由于我没有专用的步进电机控制器，只有原来做小车时的L298N电机驱动模块，它有2个H桥可以驱动1个两相四线制步进电机，在网上找了步进电机的驱动方法
它按A、AB、B、BC、C、CD、D、DA的顺序交替进行线圈的励磁。
   A  B  C  D
T1 1  0  0  0
T2 1  1  0  0
T3 0  1  0  0
T4 0  1  1  0
T5 0  0  1  0
T6 0  0  1  1
T7 0  0  0  1
T8 1  0  0  1

T1－T8表示脉冲周期；ABCD表示电机的各相，1表示此时有一个脉冲，0表示没有脉冲。
但程序编好后下载到开发板，发现步进电机的运行很不平稳，声音很大，且1个步距只有8个脉冲周期，定位的间距很大，出来的效果很不好。再上网查询专用的步进电机驱动器有脉冲分频，可以控制很小的控制角度，所以我就改用正弦波进行驱动，ABCD的正弦波角度差90度，步进电机旋转一圈共需要256个脉冲，这样每个脉冲的步距很小，且运行很平稳。
我的程序中使用TIM3、TIM4、TIM5为PWM脉冲输出，TIM2作为定时器，根据控制需要来设置PWM的脉宽。
这是TIM的初始化程序
[mw_shl_code=c,true]       u16 psc = 49;
      TIMx_Init(TIM2,1023,psc);                //定时时间为72MHz/50/1024=1.4KHz
      TIM3_PWM_Init(1023,psc);                      //使用TIM3-5做PWM单独输出，TIM3 A相；TIM4 B相；TIM5 C相
TIM4_PWM_Init(1023,psc);
      TIM5_PWM_Init(1023,psc);       [/mw_shl_code]

这个是PWM对应4相的脉宽计算

[mw_shl_code=c,true]#define MAICHONG       128                      //每相马达的脉冲数量，总脉冲数为256个
#define MAICHONG1       MAICHONG/4                      //马达的脉冲数量
#define MAICHONG2       MAICHONG/2                      //马达的脉冲数量
#define MAICHONG3       MAICHONG/4*3                      //马达的脉冲数量
const u16  Sin[]={       //128个脉冲的时序,用正弦波函数发生器产生的，自己懒得去减0x3FF,在计算每相脉冲时自动计算
0x3FF,0x431,0x463,0x495,0x4C7,0x4F8,0x528,0x558,0x587,0x5B5,0x5E1,0x60D,0x638,0x661,0x688,0x6AE
,0x6D3,0x6F5,0x716,0x735,0x752,0x76D,0x786,0x79C,0x7B1,0x7C3,0x7D2,0x7E0,0x7EB,0x7F3,0x7FA,0x7FD
,0x7FE,0x7FD,0x7FA,0x7F3,0x7EB,0x7E0,0x7D2,0x7C3,0x7B1,0x79C,0x786,0x76D,0x752,0x735,0x716,0x6F5
,0x6D3,0x6AE,0x688,0x661,0x638,0x60D,0x5E1,0x5B5,0x587,0x558,0x528,0x4F8,0x4C7,0x495,0x463,0x431
};
u16 Moto_A1[MAICHONG];
u16 Moto_A2[MAICHONG];
u16 Moto_B1[MAICHONG];
u16 Moto_B2[MAICHONG];
/********************************************
函数：JiSuan
功能：计算马达4个控制端的正弦波查表数据
参数：无
返回：无
说明：
********************************************/
void JiSuan(void)
{
      u8 i;
      for(i=0;i<100;i++)
      {
            if(i<MAICHONG1)
            {
            Moto_A1 = Sin-0x3ff;
            Moto_A2 = 0;
            Moto_B1 = 0;
            Moto_B2 = Sin[i+MAICHONG1]-0x3ff;
            }
            else if(i<MAICHONG2)
            {
            Moto_A1 = Sin-0x3ff;
            Moto_A2 = 0;
            Moto_B1 = Sin[i-MAICHONG1]-0x3ff;
            Moto_B2 = 0;
            }
            else if(i<MAICHONG3)
            {
            Moto_A1 = 0;
            Moto_A2 = Sin[i-MAICHONG2]-0x3ff;
            Moto_B1 = Sin[i-MAICHONG1]-0x3ff;
            Moto_B2 = 0;
            }
            else if(i<MAICHONG)
            {
            Moto_A1 = 0;
            Moto_A2 = Sin[i-MAICHONG2]-0x3ff;
            Moto_B1 = 0;
            Moto_B2 = Sin[i-MAICHONG3]-0x3ff;
            }
      }
}       [/mw_shl_code]
这个是步进电机数据的结构体
[mw_shl_code=c,true]typedef struct
{
      u8 Flag;             //需要脉冲输出标志
      u8 Dir;                      //步进电机方向
      u32 Step;             //步进电机需要的脉冲数量
      s32 Current;       //步进电机当前位置
      s32 Target;             //步进电机目标位置
}MOTO_Struct;[/mw_shl_code]
具体的步进电机控制在TIM2中断中实现，具体的函数如下
[mw_shl_code=c,true]void TIM2_IRQHandler(void)//定时器中断函数
{
      u16 t;                               //当前脉冲位置的临时变量
      if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET)       //判断是否定时中断
      {
            if(Moto_X.Flag)
            {
                     if(Moto_X.Step > 0)
                     {
                              Moto_X.Step--;
                              if(Moto_X.Dir)
                              {
                                    Moto_X.Current++;
                              }
                              else
                              {
                                    Moto_X.Current--;
                              }
                              t= Moto_X.Current%MAICHONG;
                              TIM_SetCompare1(TIM4,Moto_A1[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare2(TIM4,Moto_A2[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare3(TIM4,Moto_B1[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare4(TIM4,Moto_B2[t]); //改变PWM占空比

                     }
                     else
                     {
                              Moto_X.Flag = 0;
                              TIM_SetCompare1(TIM4,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare2(TIM4,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare3(TIM4,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare4(TIM4,0); //改变PWM占空比
                     }
            }




            if(Moto_Y.Flag)
            {
                     if(Moto_Y.Step > 0)
                     {
                              Moto_Y.Step--;
                              if(Moto_Y.Dir)
                              {
                                    Moto_Y.Current++;
                              }
                              else
                              {
                                    Moto_Y.Current--;
                              }
                              t= Moto_Y.Current%MAICHONG;
                              TIM_SetCompare1(TIM3,Moto_A1[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare2(TIM3,Moto_A2[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare3(TIM3,Moto_B1[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare4(TIM3,Moto_B2[t]); //改变PWM占空比

                     }
                     else
                     {
                              Moto_Y.Flag = 0;
                              TIM_SetCompare1(TIM3,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare2(TIM3,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare3(TIM3,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare4(TIM3,0); //改变PWM占空比
                     }
            }

            if(Moto_Z.Flag)
            {
                     if(Moto_Z.Step > 0)
                     {
                              Moto_Z.Step--;
                              if(Moto_Z.Dir)
                              {
                                    Moto_Z.Current++;
                              }
                              else
                              {
                                    Moto_Z.Current--;
                              }
                              t= Moto_Z.Current%MAICHONG;
                              TIM_SetCompare1(TIM5,Moto_A1[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare2(TIM5,Moto_A2[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare3(TIM5,Moto_B1[t]); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare4(TIM5,Moto_B2[t]); //改变PWM占空比

                     }
                     else
                     {
                              Moto_Z.Flag = 0;
                              TIM_SetCompare1(TIM5,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare2(TIM5,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare3(TIM5,0); //改变PWM占空比
                              TIM_SetCompare4(TIM5,0); //改变PWM占空比
                     }
            }
      }


      TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_FLAG_Update);//必须清除中断标志位否则一直中断
}             [/mw_shl_code]

q27488 · 发表于 2016-1-30 09:05:29

厉害，我们学校有个老师接了个打孔机的项目，很久都没做出来

it_do_just · 发表于 2016-1-27 22:31:52

赞！！！！！！

夜猫煮茶 · 发表于 2016-1-27 22:38:54

不得不说，楼主太厉害了，膜拜ＩＮＧ...........

solo · 发表于 2016-1-28 08:37:15

不错，顶顶

龙之谷 · 发表于 2016-1-28 08:54:14

厉害.....

picturehero · 发表于 2016-1-28 09:01:49

厉害，我现在做图片显示、屏触摸处理跟串口发送相关数据用来控制继电器实现部分功能。。。LZ很强大。。。

FantaSy_ · 发表于 2016-1-28 10:47:22

这么6！！！

ofourme · 发表于 2016-1-28 11:19:40

good，本论坛也有人玩雕刻机了。

xuande · 发表于 2016-1-28 11:41:44

不错，应当加精华。

LTKKS · 发表于 2016-1-28 11:56:13

不错！

LTKKS · 发表于 2016-1-28 11:56:16

不错！

1062328689 · 发表于 2016-1-28 15:14:14

66666666666

FreeRTOS · 发表于 2016-1-28 19:20:25

666666

nngogogo · 发表于 2016-1-28 19:27:28

厉害创新的音响和我家里的是一样的哈哈

草帽 · 发表于 2016-1-28 20:17:09

66666666666

负西弱 · 发表于 2016-1-28 20:36:09

66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666

zgp0518 · 发表于 2016-1-28 21:53:17

本帖最后由 zgp0518 于 2016-1-28 21:55 编辑

1

grant · 发表于 2016-1-29 17:03:43

本帖最后由 grant 于 2016-1-29 17:15 编辑

好牛啊马达控制的那么好，算法新颖啊是不是这个电路

zgp0518 · 发表于 2016-1-29 17:39:43

grant 发表于 2016-1-29 17:03
好牛啊马达控制的那么好，算法新颖啊是不是这个电路

没有用L297，STM32直接控制L298N

che12580 · 发表于 2016-1-29 20:47:13

楼主用了3个l298n? z轴装个高速马达可以做pcb了

wgh1990 · 发表于 2016-1-29 20:53:33

66666666

zgp0518 · 发表于 2016-1-30 01:10:33

che12580 发表于 2016-1-29 20:47
楼主用了3个l298n? z轴装个高速马达可以做pcb了

我现在用的是l9110s功能和l298n一样。用了3个。正在考虑是否要去买个高速马达。

章辰羽 · 发表于 2016-1-30 22:07:44

厉害啊

逼死仙人球 · 发表于 2016-9-10 14:05:48

楼主厉害！！手下膝盖！！！！

STM129 · 发表于 2016-9-10 14:34:05

光驱的步进感觉好大！电火花的路过

pbxywyq · 发表于 2016-9-10 15:35:00

这个牛逼，配个稍大点的激光头可以刻木头了。

月无缺 · 发表于 2016-9-11 00:02:44

6得不行。

xujian468 · 发表于 2016-9-11 13:20:42

强啊

wuxixiaoli · 发表于 2016-9-11 14:07:19

chuck__chee · 发表于 2016-9-12 08:56:15

学习学习

775647194 · 发表于 2016-11-4 20:07:40

你好，我想请问一下，步进电机不是有个控制DIR的脚吗，我看你的程序里并没有定义引脚来控制DIR那要怎么控制方向呢？方留个QQ吗，最近导师刚好让弄个雕刻机，想请教你一些问题，谢谢

CallMeWater · 发表于 2016-11-5 08:53:40

楼主太牛了。。。。。。

42coder · 发表于 2016-11-5 09:46:53

学习了我的楼主

dreamARM · 发表于 2016-11-5 15:32:26

楼主怎么做到的三轴联动，是依赖于操作系统分配吗？如果是裸机是不是做不出来联动？

zgp0518 · 发表于 2016-11-7 09:10:31

775647194 发表于 2016-11-4 20:07
你好，我想请问一下，步进电机不是有个控制DIR的脚吗，我看你的程序里并没有定义引脚来控制DIR那要怎么控制 ...

我没有使用步进电机的控制器，是用的9110S电机控制芯片来直接控制电机的，通过给出的脉冲顺序来控制正反转

zgp0518 · 发表于 2016-11-7 09:11:17

dreamARM 发表于 2016-11-5 15:32
楼主怎么做到的三轴联动，是依赖于操作系统分配吗？如果是裸机是不是做不出来联动？

我是在TIM中定时器控制的，裸机可以控制

LDZ2012 · 发表于 2016-11-7 10:17:24

请问楼主G代码转换成电机运动坐标怎么实现的？
上学时自己做过3D打印机，没有系统，没有SD卡，没有G代码，没有插补，没有加减速（设计好了没用上

），用12864显示屏，完全裸机，四轴配合只能打印非常简单的形状。

zgp0518 · 发表于 2016-11-7 10:44:32

LDZ2012 发表于 2016-11-7 10:17
请问楼主G代码转换成电机运动坐标怎么实现的？
上学时自己做过3D打印机，没有系统，没有SD卡，没有G代码， ...

相对坐标位置的距离和脉冲数量对应，插补的时候X轴Y轴的每一步对应固定的脉冲，行程也对应了

LDZ2012 · 发表于 2016-11-7 11:17:35

zgp0518 发表于 2016-11-7 10:44
相对坐标位置的距离和脉冲数量对应，插补的时候X轴Y轴的每一步对应固定的脉冲，行程也对应了

请问有木有详细讲解插补和电机的加减速实现的入门资料推荐下，谢谢。

Sun_Fly · 发表于 2016-11-7 12:04:30

mark

游学者冬夜 · 发表于 2017-3-20 22:37:19

请问gcode sender 的应答规则是什么？？

正点原子 · 发表于 2017-4-7 18:10:43

之前还没看到，赞一个
cool

shuimuyaori · 发表于 2017-4-8 17:07:13

顶一个，酷！

显示全部楼层 · 发表于 2017-4-8 21:04:51

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

arao和xiaomi · 发表于 2017-4-8 21:50:48

厉害了我的哥，顶一个

回忆总是虐心菂 · 发表于 2017-6-2 20:43:35

我想问一下你是怎么用STM32控制步进电机去到规定的位置？

rjp0817 · 发表于 2017-7-22 19:53:14

楼主，用的那个软件是什么软件呀

tao23 · 发表于 2017-7-22 20:55:18

66666666

回忆总是虐心菂 · 发表于 2017-7-25 21:04:44

楼主，有没有走坐标的代码吗？如果有，就发我一份吧，谢谢

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单人鱼该用户已被删除	发表于 2017-4-8 21:04:51 \| 显示全部楼层提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽
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我自己做的微型雕刻机

原子哥极力推荐 /2