舊DVD驅動器沒用了?DIY一個Arduino Mini數控繪圖機吧
編者注:今天的DIY教程是教你如何快速制作一臺數控繪圖機,本項目來自Instructable。
在這個教程中,我會告訴你怎么快速制作屬于自己的廉價 Arduino ?Mini數控繪圖機。 圖中這臺繪圖機是改進版,我對原有繪圖機的結構和準確度都進行了一定的提升。 好好閱讀這篇文章,相信你也能輕松搞定自己的Arduino?Mini繪圖機。
簡述:
? 在X軸和Y軸上,我們要用到兩個步進電機和DVD/CD驅動器上的滑軌。在Z軸上,我們也會用到一個小型的伺服電機,用來驅動繪圖筆上下移動。在安裝基座上,我們則會用到樹脂玻璃。
我本想將它搞成雕刻機和繪圖機的兩用版本,但經過了數次實驗,我發現這臺機器只能掛載繪圖筆,有些可惜了。
基于Arduino開發板的電路使用了ATmega328單片機,2塊L293D集成電路驅動器和USB串行適配器。用Arduino?Uno開發板和一塊面包板就能輕松搞定這一切。
想要打印你的繪圖作品?只要加裝一個藍牙模塊就好。
下面是數控繪圖機的演示視頻:
第一步:所需材料
提示:不懂的部分可以參考圖片。
各部分硬件都購自 www.gearbest.com ,不過相信在萬能的淘寶也可以買齊。
制作電路時你需要:
新手清單:
Arduino?uno
面包板
2臺L293D?集成電路電機驅動器
迷你伺服電機
2個DVD或CD驅動器
老鳥清單:
ATmega328p(刷入Arduino的Bootloader)
28針的DIP集成電路插座
16MHz晶體振蕩器
2塊22pF和1塊100nF的電容
10k的電阻器
USB串行適配器
2塊L293D集成電路
迷你伺服電機
2個DVD或CD驅動器
原型PCB電路板
4個兩針的螺絲端子接頭或2個四針的螺絲端子接頭
你還需要一臺Arduino?UNO來為ATmega328單片機編程。
有了USB串行適配器,就可以像Arduino?Uno那樣連接電腦和電路板了。
為什么還要用到螺絲端子接頭呢?因為在找到正確的組合前我們不愿輕易使用烙鐵,要不然焊錯了可就麻煩了。
制作安裝基座時你需要:
為X軸準備一塊20x16厘米的樹脂玻璃(厚度控制在5毫米左右)。
為Y軸準備兩塊14x4厘米的樹脂玻璃(厚度同上)。
約20個螺母、螺釘和墊片。
一些墊圈。
四個支撐角(最好為塑料材質)
如果沒有樹脂玻璃,你也可以用木頭,金屬或者CD和DVD驅動器的邊角料。
工具:
螺絲刀
烙鐵
焊料
電鉆
切割工具
強力膠
第二步:步進電機
首先,我們要拆掉dvd/cd驅動器,您切將上面的步進電機取下來。如圖1所示,用螺絲刀將其大卸八塊并取下滑軌。
好了,現在我們就有了兩臺步進電機了,下一步要給它焊些線備用。在開始之前,請參閱下圖2。下面我們要找到最好的線路搭配,所以可以請出萬用表了,用兩個鱷魚夾夾住線路(如圖3所示),然后將其放在“短路”功能上。一般來說第一跟第二條線都會使電路閉合,此時LED會亮起,同時警報聲也會響起,但這也意味著我們找到了第一項電機,而第三和第四根線則會引出第二項電機。
在這臺數控繪圖機中,使用線一和線三的步進電機為第一項電機,而使用線二和線四的則為第二項電機。
找好了線路搭配我們就能開始進行下一步了。
第三步:安裝基座,X軸和Y軸
X軸:
先將一個步進電機放在一塊較大的樹脂玻璃上,隨后用馬克筆標出其具體位置,以便隨后為螺絲打孔。請一定確保其位置精確無誤,然后就可用電鉆打孔并用螺絲將電機固定緊。
下一步就輪到我們準備好的四個支撐角了,為它們找好位置并用馬克筆標注,它們之間的間隔為5毫米。隨后如圖二所示,為它們打八個螺絲孔并用螺絲將其固定牢。
Y軸:
將另一個步進電機放在兩塊樹脂玻璃上并用馬克筆標明其詳細位置,隨后重復上面的步驟,在樹脂玻璃上打四個孔以便用螺絲將其固定。
隨后將這兩塊樹脂玻璃放在X軸那塊較大的樹脂玻璃上,接著重復上述步驟將其固定好。
完成裝配:
打好該打的眼,裝好改裝的螺絲,我們的裝配就完成了。我在X軸那塊樹脂玻璃上安了一塊金屬板,它上面會放置便簽紙供繪圖機進行繪制。一般的便簽紙都是75x75毫米的,但我們的繪圖機只能繪出40x40毫米的圖片,所以你要對其尺寸進行相應的修改。記住,這個項目中精度是非常重要的。
第四步:Z軸
這恐怕是結構中最為復雜的部分了。
想將它安裝安裝在Y軸上,你需要一個平面。在這個平面上,你要安裝好伺服電機(Z軸)和筆架。在伺服電機的驅動下,繪圖筆要能正常的上下移動。如果還是不太清楚,請參考上圖進行理解。
提示:充分發揮自己的想象力。
第五步:電路
搞定了第四步,我們的基礎硬件部分就制作完成了,現在可以開始制作電路并對X軸和Y軸的步進電機進行測試了。
上圖為面包板的電路圖。
完成這一步需要你的耐心。下一步中我們還會對X軸和Y軸的步進馬達進行測試。如果它們工作不正常,你就要及時改變線路的連接方式。
電源:
一個USB接口可無法提供足夠的電流,所以你還得再加一根USB線。接上電源后,電壓依然為5V,不過電流已經翻番了。
注意:
如果你想用其他的硬件,如電機端罩或步進電機驅動電路等,就得對以上電路和Arduino代碼進行修改。當然,具體的修改細節我無能為力,你可以在網上搜索相關教程。
第六步:在X軸和Y軸測試步進電機
下面是我們測試X軸和Y軸的代碼,你可以用Codebender將其嵌入Arduino開發板。
Codebender是一個在線的Arduino?IDE,你可以直接在瀏覽器上對你的Arduino開發板進行編程,只要點擊"Run?on?Arduino"按鈕就可以開始了,強烈推薦大家嘗試。
X軸:
在測試中,你得確保X軸的電機能從前方移動到后方(上圖中黑色箭頭)。
代碼下載
Y軸:
在測試中,你得確保Y軸的電機能從左方移動到右方(上圖中紅色箭頭)。
代碼下載
第七步:數控代碼
下面是我們要用到的主要的數控代碼,你可以用 Codebender 將其嵌入Arduino開發板。
在這一步中,你的繪圖筆會升上來。如果它沒反應,你得修改下penUp和penDown的變量,這樣就可以對伺服電機進行調整(只需點擊Edit編輯按鈕)。
點擊“Run?on?Arduino”按鈕就可以從瀏覽器上對你的開發板進行編程了。
代碼下載
第八步:GCTRL程序
現在我們就可以開始繪制我們第一幅畫作了。不過在這里我們還需要一個名為gctrl.pde的處理程序,它可以將gcode圖片發送給數控繪圖機。
那么什么是gcode呢?其實它是一個文檔,其中包含了相關的X,Y,Z軸坐標信息。頭文件的坐標值設定如下:
M300?S30.00(伺服電機向下)
G1?X20.00?Y10.00?F2500.00
M300?S50.00(伺服電機向上)
你可以 點擊鏈接 下載該處理程序,隨后找到能打開它的相關軟件并點擊“Play”按鈕來開啟程序。
依照上圖的指示:
點擊'p'?并選擇你的Arduino串行端口。
點擊'g'并選擇'TEXT.gcode'或'gear.gcode'文檔。
(如果運行出錯,請點擊'x'讓繪圖機停下來,然后再試一次。)
第九步:怎樣制作自己的gcode文檔
想要制作自己的gcode文檔,你得使用Inkscape。
Inkscape是一款免費的專業的高質量矢量圖形軟件,無論是Windows,Mac?OS?X還是Linux都可以順利運行,它不但是專業設計師的最愛,還是業余愛好者的神器,你可以用該軟件做出插圖,圖標,地圖,標志等。Inkscape的原生格式為W3C?open?standard?SVG,此外它還是一款開源軟件。你可以點擊鏈接下載該軟件(記得要下載0.48.5版本)。
下載完成后你需要安裝一個附加組件,這樣才能將輸出的圖片轉為gcode文檔。下面是該附加組件的下載鏈接,該軟件有安裝提示,上手無難度。
Inkscape的設置
首先,打開Inkscape,進入文件菜單并點擊"Document?Properties",隨后按照上圖中圖1的提示進行相關調整(記得將相關單位調為厘米)。設置好后就可以關閉該窗口了,下面我們要使用屏幕上4到8厘米的空白區域(如圖2)。
怎樣繪制文本
文本方面,你可以對其朝向和大小進行修改。步驟:點擊游標為文本設定大小(如圖3所示),在面板上選擇 Path 并在下拉菜單中點擊"Object?to?Path"。
請觀看視頻:
怎樣繪制圖片
這一步要比繪制文本難得多,因為圖片的背景必須是透明的。將圖片拖曳進Inkscape,點擊OK進入下一個界面,現在你就可以調整圖片尺寸了(如圖4)。步驟:點擊菜單中的Path,并選擇"Trace?Bitmap",隨后按照圖5?所示對其進行修改。搞定后點擊OK并關閉窗口。接著我們要調整灰度圖并刪除其背景顏色。然后再次點擊Path并選擇"Object?to?path",圖6會教你如何刪除圖像輪廓。
請關看視頻:
以gcode文檔格式進行輸出
最后,返回文件菜單,點擊以gcode文檔保存并在下一個界面點擊OK,這樣就大功告成了。隨后你就可以開心的用gctrl應用在你的Arduino數控繪圖機上繪圖了。
第十步:完工
如果能按上面的步驟一步步走下來,相信你已經制作出自己的數控繪圖機了,希望你能喜歡。
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