基于WiFi的3D打印机远程控制系统设计

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中文摘要：3D打印技术作为一项新兴技术已经成为传统制造业转型升级的重要力量。其中，FDM3D打印机因为控制系统相对简单，得到了社会的普遍认可。然而国内的FDM3D打印机由于多采用封闭式的自动化生产模式，在与外界的信息交互方面存在一定的缺陷，用户无法随时随地获得打印信息。为进一步改善3D打印机的人机交互系统，本文引入物联网技术来改进FDM3D打印机的信息交互的不足。因此，本文基于ARM+WiFi技术，提出了一种基于WiFi的FDM3D打印机远程控制系统方案。首先，本文根据3D打印机的远程控制功能需求，设计了硬件平台与软件控制系统的整体方案。其中，硬件平台以STM32F4系列的微控制器为控制核心，确定了3D打印所需的外设接口，包括WiFi人机交互模块、步进电机驱动模块、喷头加热控制模块、存储模块。软件控制系统基于ARM平台和RT-Thread实时操作系统实现了3D打印多任务间的同步通信。其次，本文根据各个功能模块完成了软件控制系统的设计。包含4个部分：（1）WiFi人机交互系统，由WiFi模块建立网关，构建本地端与远程端的数据传输通道。为保证数据传输的实时性，上位机基于Android平台，通过socket机制实现UI界面的命令处理，下位机根据特定协议完成3D打印的控制操作。（2）步进电机控制系统，为了实现多路步进电机的协调控制，在电机驱动中融合Bresenham直线插补算法控制电机的速度曲线，提高了电机的步进精度。（3）喷头加热控制系统，针对喷头温度超调现象，采用PID+低通滤波算法滤除高频噪音，提高了温度控制的稳定性。（4）存储模块，依托RT-Thread操作系统的虚拟文件系统接口，实现了U盘和Micro SD卡的文件读取操作。最后，对3D打印机的控制系统进行测试，经实验数据分析表明，喷头温度值的精度高，并长期稳定在设定值；电机控制系统性能稳定，测试的打印模型表面光滑度高；WiFi的测试数据传输稳定，数据丢包率小于2%，能在手机终端实时显示。以上测试结果均在FDM3D打印机的允许误差范围之内。该设计具有打印精确度高，智能操作性强，稳定性好，功耗低等优点。

作者：

靳涛

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关键词：

3D打印机远程控制系统无线保真人机交互 Bresenham直线插补低通滤波

授予学位：

硕士

学科专业：

电子与通信工程

导师：

马杰

学位年度：

2018

学位授予单位：

河北工业大学

语种：

中文

中图分类号：