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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(lái)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(jiǎn)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(lái)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(shù)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(gòu)自www.gearbest.com，不過(guò)相信在萬(wàn)能的淘寶也可以買(mǎi)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(niǎo)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(lái)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(shù)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(shù)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(méi)有樹(shù)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(lái)。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(kāi)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(wàn)用表了，用兩個(gè)鱷魚(yú)夾夾住線路（如圖3所示），然后將其放在“短路”功能上。一般來(lái)說(shuō)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(kāi)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(shù)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(wú)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(shù)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(shù)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(shù)脂玻璃放在X軸那塊較大的樹(shù)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(shù)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(kāi)始制作電路并對(duì)X軸和Y軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行測(cè)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(cè)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(wú)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(guò)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(wú)能為力，你可以在網(wǎng)上搜索相關(guān)教程。
下面是我們測(cè)試X軸和Y軸的代碼，你可以用Codebender將其嵌入Arduino開(kāi)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(kāi)發(fā)板進(jìn)行編程，只要點(diǎn)擊"Run on Arduino"按鈕就可以開(kāi)始了，強(qiáng)烈推薦大家嘗試。
X軸：
在測(cè)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(cè)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(kāi)發(fā)板。
在這一步中，你的繪圖筆會(huì)升上來(lái)。如果它沒(méi)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(kāi)發(fā)板進(jìn)行編程了。
現(xiàn)在我們就可以開(kāi)始繪制我們第一幅畫(huà)作了。不過(guò)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(kāi)它的相關(guān)軟件并點(diǎn)擊“Play”按鈕來(lái)開(kāi)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(lái)，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(wú)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(ài)，還是業(yè)余愛(ài)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(kāi)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(wú)難度。
Inkscape的設(shè)置
首先，打開(kāi)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(kāi)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(lái)，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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