【解读】基于WiFi的无线3D打印机控制器设计

本文摘要：3D打印机技术近几年发展很快，早已普遍应用于航天、国防、医疗设备及教育等领域。针对目前3D打印机主要是使用有线方式打印机，必须电脑等设备，不方便装载，本文设计一种基于wifi的无线3D打印机，可以必要瓦解电脑，构建移动设备无线掌控展开打印机，为用户获取了便捷。 3D打印机归属于较慢成形技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用塑料或粉末状金属等材料，通过逐级打印机的方式来结构物体。 近几年3D打印机技术飞速发展，已普遍应用于航天、国防、医疗设备、教育及制造业。

3D打印机技术近几年发展很快，早已普遍应用于航天、国防、医疗设备及教育等领域。针对目前3D打印机主要是使用有线方式打印机，必须电脑等设备，不方便装载，本文设计一种基于wifi的无线3D打印机，可以必要瓦解电脑，构建移动设备无线掌控展开打印机，为用户获取了便捷。　　3D打印机归属于较慢成形技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用塑料或粉末状金属等材料，通过逐级打印机的方式来结构物体。

近几年3D打印机技术飞速发展，已普遍应用于航天、国防、医疗设备、教育及制造业。但目前的3D打印机大部分仍然使用电脑相连展开操作者打印机，或者使用SD卡存储打印机产品的数据展开打印机，有时为用户用于带给很大不便。手机、平板电脑等移动设备终端早已沦为了人们的生活必备品，这些产品都具有wifi无线传输功能。

本文设计一种可以利用手机、平板等移动末端加装app应用软件构建移动设备wifi无线掌控3D打印机展开打印机的控制器。通过移动末端app软件展开打印机对象的自由选择、传输及打印机掌控。有了wifi操作者，3D打印机就不局限于在电脑上操作者，便利了用户用于，节省了用于成本。本文重点阐释无线式3D打印机控制器和上位机APP应用于界面的设计。

　　1无线式3D打印机控制器设计方案　　控制器的核心CPU搭配ST公司的STM32F103VET6微控制器，控制系统主要已完成接管WiFi模块传输的数据;加载SD卡内存放在的3D模型数据文件;已完成对Q电机的掌控;吸管头和热床的温度控制;吸管头行程掌控等。无线式3D打印机的控制系统总体框图如图1右图。　　如图1右图，手机端的控制软件替换了电脑，通过手机上的wifi将打印机数据和命令传输到3D打印机控制器展开打印机掌控，3D打印机控制器也不会将吸管头及热床温度、打印机当前状态等信息传输到手机末端展开表明，便利用户查阅。

3D打印机控制器通过wifi模块接收数据文件存储到SD卡中，打印机数据存储已完成后，当控制器接收到打印机命令后就可以开始打印机了。两路温度传感器经CPU片内A/D切换地下通道分别检测吸管头和热床的温度;CPU的两路数字信号输入分别掌控吸管头和热床冷却电路的NMOS功率电源管，融合温度传感器构建吸管头和热床温度的掌控;四路Q电机驱动电路分别掌控X、Y、Z这3个轴的Q电机以及吸管头的Q电机;三路行程开关定位X、Y、Z轴的原点和运动比较偏移量。

　　2系统硬件电路设计　　2.1wifi通信电路设计　　本设计中搭配的是ESP8266居多触芯片的wifi模块。ESP8266的wifi模块具备模块非常简单、价格低廉、高效的AT指令，研发更加非常简单等特点。

ESP8266芯片具备一个原始且自成体系的wifi网络解决方案，高度片内构建，还包括天线电源、电源管理转换器，因此只必须很少的外部电路，且还包括前端模块在内的整个电路所占到PCB空间十分小，专为移动设备和物联网应用于设计，可将用户的物理设备相连到wifi无线网络上，展开互联网或局域网通信。WiFi模块使用UART和控制器展开通信。

STM32通过串口TX发送到AT指令对wifi的工作模式、UART波特率、创建相连等涉及参数展开设置。STM32的USART接管端口RX则接管wifi模块从移动末端接管到数据和指令。

这样，当移动末端和3D打印机终端创建无线连接后，就可以构建数据双向通信了。　　2.2Q电机驱动电路设计　　对于小型打印机一般使用两互为四线42系列的Q电机。

STM32掌控Q电机要借助电机驱动电路，在3D打印机中一般使用A4988芯片作为Q电机驱动，但A4988芯片仅次于只有16细分，输入仅次于电流为2A。而TI公司的DRV8825Q电机驱动芯片最低可以超过32细分，驱动电流可以输入2.5A，较低至0.2欧的导通电阻，确保了芯片较好的风扇性等优势。

另外芯片还构建了较慢号召的短路、短路、欠压及交叉传导维护功能电路，需要检测故障状况，并很快截断H桥，从而为电机和驱动芯片获取维护。本设计自由选择DEV8825作为Q电机驱动芯片。图2为Q电机驱动电路和冷却及温度检测电路与STM32的模块。

图2中P1为两互为四线Q电机和DRV8825驱动电路的模块，芯片的STEPQ和DIR方向掌控管脚相连到STM32的PC0和PC1管脚展开掌控。本设计中在驱动电路硬件设计时早已将细分设置为1/32，休眠状态、废黜等都失能，这样可以节省STM32的GPIO端口，如果控制器芯片管脚够用，可以通过程序控制这些管脚展开更加多功能的Q电机掌控。

　　2.3吸管头温度检测及冷却电路设计　　3D打印机过程中吸管头和热床都必须维持比较恒定的温度，如果使用的是PLA打印机材料一般将吸管头冷却温度设置为175-200度，热床温度设置为40-60度。电路中温度检测使用MAX6675数字温度切换芯片将热敏电阻的温度切换为数字量由STM32朗读。吸管头和热床温度可根据明确用于环境确认实际温度值，吸管头和热床温度检测和冷却电路是完全相同的，这里以吸管头温度检测和冷却电路解释其冷却原理，电路如图2右图。

　　JP27为加热管的接线端子，相连直流痉挛芯，R41和D13构成指示灯电路，MOS管Q3导通时，指示灯D13暗，痉挛芯冷却。U4为热敏电阻温度切换芯片，切换已完成的温度数字量通过STM32的3个管脚根据MAX6675操作者时序朗读。STM32将朗读的温度值和原作的温度值展开较为，构成对系统，使用PID算法构建温度的恒定。

　　3系统软件设计　　3.1手机末端APP软件设计　　移动端的应用程序主要构建3D打印文件的自由选择、证实、3D打印机状态表明以及wifi的相连等。应用程序使用Android编程，构建打印机数据文件的加载，并掌控wifi展开数据的传输，还需要设置3D打印机的打印头温度、热床温度，并且可以接管打印头和热床温度展开表明，以及所用材料类型及使用量信息展开表明。

移动末端应用程序主要页面设计如图3右图。　　　　首先在应用程序首页自由选择要打印机的STL文件，转入下一界面展开预览，预览证实后可以启动打印机，在打印机界面可以自由选择停止，并需要表明当前打印机的速度、热床和吸管头温度等信息。

　　3.2主程序流程图　　软件程序具备通信、数字信号的掌控和数据加载与处置等功能，根据设计拒绝，软件程序流程图设计如图4右图：　　　　首先，3D打印机终端对wifi、电机及冷却等模块初始化已完成后，开始等候移动末端收到的打印机命令。一旦移动末端收到打印机命令，接收端接管到命令后，开始接收数据，为节省时间，在接管打印机数据的同时，对断裂头及热床展开加压。当检测到数据接管已完成，温度等超过预设值后，启动打印机，并将打印机速率、断裂头及热床温度等信息动态返传遍手机的应用软件上展开表明，直到打印机已完成。　　4结束语　　随着3D打印机和手机、平板电脑等移动终端的普及，使用移动终端对3D打印机展开掌控是未来3D打印机的发展方向。

本文就构建3D打印机的无线打印机，得出了明确构建原理及程序流程，使用STM32微控制器提升了处理速度，冷却电路通过PID调节，确保了温度恒定，增加了断丝、笔画失衡现象，提升了打印质量。经实际检验，需要构建手机等移动终端对3D打印机的掌控，并且本设计提升了打印质量。无线打印机，为用户用于3D打印机获取了便利。

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