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| 本文作者： 大壯旅 | 2015-12-15 14:10 |
編者注：今天的DIY教程是教你如何快速制作一臺(tái)數(shù)控繪圖機(jī)，本項(xiàng)目來自Instructable。
在這個(gè)教程中，我會(huì)告訴你怎么快速制作屬于自己的廉價(jià)Arduino Mini數(shù)控繪圖機(jī)。圖中這臺(tái)繪圖機(jī)是改進(jìn)版，我對(duì)原有繪圖機(jī)的結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)確度都進(jìn)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(jī)。
簡述：
在X軸和Y軸上，我們要用到兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)和DVD/CD驅(qū)動(dòng)器上的滑軌。在Z軸上，我們也會(huì)用到一個(gè)小型的伺服電機(jī)，用來驅(qū)動(dòng)繪圖筆上下移動(dòng)。在安裝基座上，我們則會(huì)用到樹脂玻璃。
我本想將它搞成雕刻機(jī)和繪圖機(jī)的兩用版本，但經(jīng)過了數(shù)次實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)這臺(tái)機(jī)器只能掛載繪圖筆，有些可惜了。
基于Arduino開發(fā)板的電路使用了ATmega328單片機(jī)，2塊L293D集成電路驅(qū)動(dòng)器和USB串行適配器。用Arduino Uno開發(fā)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(gè)藍(lán)牙模塊就好。
下面是數(shù)控繪圖機(jī)的演示視頻：
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(shí)你需要：
新手清單：
Arduino uno
面包板
2臺(tái)L293D 集成電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
迷你伺服電機(jī)
2個(gè)DVD或CD驅(qū)動(dòng)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(jī)
2個(gè)DVD或CD驅(qū)動(dòng)器
原型PCB電路板
4個(gè)兩針的螺絲端子接頭或2個(gè)四針的螺絲端子接頭
你還需要一臺(tái)Arduino UNO來為ATmega328單片機(jī)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?yàn)樵谡业秸_的組合前我們不愿輕易使用烙鐵，要不然焊錯(cuò)了可就麻煩了。
制作安裝基座時(shí)你需要：
為X軸準(zhǔn)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(zhǔn)備兩塊14x4厘米的樹脂玻璃（厚度同上）。
約20個(gè)螺母、螺釘和墊片。
一些墊圈。
四個(gè)支撐角（最好為塑料材質(zhì)）
如果沒有樹脂玻璃，你也可以用木頭，金屬或者CD和DVD驅(qū)動(dòng)器的邊角料。
工具：
螺絲刀
烙鐵
焊料
電鉆
切割工具
強(qiáng)力膠
首先，我們要拆掉dvd/cd驅(qū)動(dòng)器，您切將上面的步進(jìn)電機(jī)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(xiàn)在我們就有了兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)了，下一步要給它焊些線備用。在開始之前，請(qǐng)參閱下圖2。下面我們要找到最好的線路搭配，所以可以請(qǐng)出萬用表了，用兩個(gè)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(huì)使電路閉合，此時(shí)LED會(huì)亮起，同時(shí)警報(bào)聲也會(huì)響起，但這也意味著我們找到了第一項(xiàng)電機(jī)，而第三和第四根線則會(huì)引出第二項(xiàng)電機(jī)。
在這臺(tái)數(shù)控繪圖機(jī)中，使用線一和線三的步進(jìn)電機(jī)為第一項(xiàng)電機(jī)，而使用線二和線四的則為第二項(xiàng)電機(jī)。
找好了線路搭配我們就能開始進(jìn)行下一步了。
X軸：
先將一個(gè)步進(jìn)電機(jī)放在一塊較大的樹脂玻璃上，隨后用馬克筆標(biāo)出其具體位置，以便隨后為螺絲打孔。請(qǐng)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(jī)固定緊。
下一步就輪到我們準(zhǔn)備好的四個(gè)支撐角了，為它們找好位置并用馬克筆標(biāo)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(gè)螺絲孔并用螺絲將其固定牢。
Y軸：
將另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)放在兩塊樹脂玻璃上并用馬克筆標(biāo)明其詳細(xì)位置，隨后重復(fù)上面的步驟，在樹脂玻璃上打四個(gè)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(fù)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(huì)放置便簽紙供繪圖機(jī)進(jìn)行繪制。一般的便簽紙都是75x75毫米的，但我們的繪圖機(jī)只能繪出40x40毫米的圖片，所以你要對(duì)其尺寸進(jìn)行相應(yīng)的修改。記住，這個(gè)項(xiàng)目中精度是非常重要的。
這恐怕是結(jié)構(gòu)中最為復(fù)雜的部分了。
想將它安裝安裝在Y軸上，你需要一個(gè)平面。在這個(gè)平面上，你要安裝好伺服電機(jī)（Z軸）和筆架。在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，繪圖筆要能正常的上下移動(dòng)。如果還是不太清楚，請(qǐng)參考上圖進(jìn)行理解。
提示：充分發(fā)揮自己的想象力。
搞定了第四步，我們的基礎(chǔ)硬件部分就制作完成了，現(xiàn)在可以開始制作電路并對(duì)X軸和Y軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)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(huì)對(duì)X軸和Y軸的步進(jìn)馬達(dá)進(jìn)行測試。如果它們工作不正常，你就要及時(shí)改變線路的連接方式。
電源：
一個(gè)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(jīng)翻番了。
注意：
如果你想用其他的硬件，如電機(jī)端罩或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等，就得對(duì)以上電路和Arduino代碼進(jìn)行修改。當(dāng)然，具體的修改細(xì)節(jié)我無能為力，你可以在網(wǎng)上搜索相關(guān)教程。
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(fā)板。
Codebender是一個(gè)在線的Arduino IDE，你可以直接在瀏覽器上對(duì)你的Arduino開發(fā)板進(jìn)行編程，只要點(diǎn)擊"Run on Arduino"按鈕就可以開始了，強(qiáng)烈推薦大家嘗試。
X軸：
在測試中，你得確保X軸的電機(jī)能從前方移動(dòng)到后方（上圖中黑色箭頭）。
Y軸：
在測試中，你得確保Y軸的電機(jī)能從左方移動(dòng)到右方（上圖中紅色箭頭）。
下面是我們要用到的主要的數(shù)控代碼，你可以用Codebender將其嵌入Arduino開發(fā)板。
在這一步中，你的繪圖筆會(huì)升上來。如果它沒反應(yīng)，你得修改下penUp和penDown的變量，這樣就可以對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)整（只需點(diǎn)擊Edit編輯按鈕）。
點(diǎn)擊“Run on Arduino”按鈕就可以從瀏覽器上對(duì)你的開發(fā)板進(jìn)行編程了。
現(xiàn)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(gè)名為gctrl.pde的處理程序，它可以將gcode圖片發(fā)送給數(shù)控繪圖機(jī)。
那么什么是gcode呢？其實(shí)它是一個(gè)文檔，其中包含了相關(guān)的X，Y，Z軸坐標(biāo)信息。頭文件的坐標(biāo)值設(shè)定如下：
M300 S30.00（伺服電機(jī)向下）
G1 X20.00 Y10.00 F2500.00
M300 S50.00（伺服電機(jī)向上）
你可以點(diǎn)擊鏈接下載該處理程序，隨后找到能打開它的相關(guān)軟件并點(diǎn)擊“Play”按鈕來開啟程序。
依照上圖的指示：
點(diǎn)擊'p' 并選擇你的Arduino串行端口。
點(diǎn)擊'g'并選擇'TEXT.gcode'或'gear.gcode'文檔。
（如果運(yùn)行出錯(cuò)，請(qǐng)點(diǎn)擊'x'讓繪圖機(jī)停下來，然后再試一次。）
想要制作自己的gcode文檔，你得使用Inkscape。
Inkscape是一款免費(fèi)的專業(yè)的高質(zhì)量矢量圖形軟件，無論是Windows，Mac OS X還是Linux都可以順利運(yùn)行，它不但是專業(yè)設(shè)計(jì)師的最愛，還是業(yè)余愛好者的神器，你可以用該軟件做出插圖，圖標(biāo)，地圖，標(biāo)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(diǎn)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(gè)附加組件，這樣才能將輸出的圖片轉(zhuǎn)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(shè)置
首先，打開Inkscape，進(jìn)入文件菜單并點(diǎn)擊"Document Properties"，隨后按照上圖中圖1的提示進(jìn)行相關(guān)調(diào)整（記得將相關(guān)單位調(diào)為厘米）。設(shè)置好后就可以關(guān)閉該窗口了，下面我們要使用屏幕上4到8厘米的空白區(qū)域（如圖2）。
怎樣繪制文本
文本方面，你可以對(duì)其朝向和大小進(jìn)行修改。步驟：點(diǎn)擊游標(biāo)為文本設(shè)定大?。ㄈ鐖D3所示），在面板上選擇Path并在下拉菜單中點(diǎn)擊"Object to Path"。
請(qǐng)觀看視頻：
怎樣繪制圖片
這一步要比繪制文本難得多，因?yàn)閳D片的背景必須是透明的。將圖片拖曳進(jìn)Inkscape，點(diǎn)擊OK進(jìn)入下一個(gè)界面，現(xiàn)在你就可以調(diào)整圖片尺寸了（如圖4）。步驟：點(diǎn)擊菜單中的Path，并選擇"Trace Bitmap"，隨后按照?qǐng)D5 所示對(duì)其進(jìn)行修改。搞定后點(diǎn)擊OK并關(guān)閉窗口。接著我們要調(diào)整灰度圖并刪除其背景顏色。然后再次點(diǎn)擊Path并選擇"Object to path"，圖6會(huì)教你如何刪除圖像輪廓。
請(qǐng)關(guān)看視頻：
以gcode文檔格式進(jìn)行輸出
最后，返回文件菜單，點(diǎn)擊以gcode文檔保存并在下一個(gè)界面點(diǎn)擊OK，這樣就大功告成了。隨后你就可以開心的用gctrl應(yīng)用在你的Arduino數(shù)控繪圖機(jī)上繪圖了。
如果能按上面的步驟一步步走下來，相信你已經(jīng)制作出自己的數(shù)控繪圖機(jī)了，希望你能喜歡。
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