小制作自动绘图仪使用说明（教你自制简单易学的A4图形绘图仪）

在开始时我必须警告你......下面提出的解决方案是非常低效和奇怪的。这个项目中使用了一些愚蠢的技术，例如电机的功率输出级或我自己的PC软件。所有这些都是为了娱乐和获得技能而创建的。克隆它可能相当困难，但无论如何我决定发布它 - 只是想分享我所做的;）。检查上面的视频，看看我的绘图仪是如何工作的！

这个概念

很难想象，但在一些高中你仍然需要手工绘制图形（计算机是魔鬼的工作，当然......）。情况太烦人了，我决定为我建一台机器绘图：D。在绘制任何Inkscape图纸（导出为HPGL格式）时也适用。

事实是，我需要一种特殊的软件 - 不仅用于控制机器，还用于设计图形并保存以供将来使用。这就是为什么我决定编写自己的应用程序而不是使用现有的CNC软件。

我使用ATmega16来控制机器 - 它通过连接到PC的USB端口的USB-RS232转换器（FT232）接收数据。使用我自己的通信协议以帧为单位发送数据，这将在后面解释。对于X和Y轴，我在旧扫描仪中找到了两个步进电机。它们具有集成齿轮，因此可以增加扭矩和分辨率，而不会使控制复杂化。Z轴是一个简单的电磁铁（我想从旧打印机中取出）。所有这些都是由HP打印机的双电压电源供电（逻辑和X轴为 16V，Y和Z为 32V）。

我的主要目标是在建造机器时尽可能多地学习 - 这就是为什么我重新发明轮子的原因;）。

需要的零件和工具

正如我在标题中所提到的，该项目的成本约为25美元（我在波兰购物的所有地方，其他国家的价格可能会有所不同）。这是一个简短的清单（仅供参考 - 我将在后续步骤中描述所有需要的部分）：

• 控制器部件：7美元
• X轴和Y轴有3个滑块：4美元
• 激光切割有机玻璃零件：6美元
• 家具板（绘图仪的基础）：5美元
• 磁箔：3美元
• 一些小零件（钕磁铁，M3螺丝和螺母）：1美元

除此之外，您还需要从其他设备中删除一些部件。我有一些旧东西，这是我拆卸的东西：

• 双极步进电机（M42SP-7） - 旧的Plustek扫描仪
• 单极步进电机（M35SP-7T） - 和以前一样
• 电磁铁（TDS-F06A-03） - 激光打印机
• 双电压电源 16V / 32V（HP 0957-2094） - 一台旧打印机

绘图仪的设计易于构建，无需任何专业工具。你需要：

• 烙铁
• 剪刀
• 砂纸（120-150会好的）
• 热胶枪
• 一些胶水（强力胶，木胶，热胶）
• ------------某宝都有卖

在你进入下一步之前还有一件事 - 我很抱歉可怕的照片^^。我的相机很糟糕，唯一的解决方案是启用闪光灯。无论如何，有些照片是用另一台相机制作的，所以它们看起来更好（我希望）。

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第1步：设计和装配准备

该项目是在Blender完成的。是的，那个3D建模程序。是的，这很奇怪：D。实际上唯一的原因是我很清楚它的界面，重要的是因为我有很多建模，改变，再次建模......然后再改变和重新开始。哦等等......我提到改变了吗？^^

附件（.blend）是在Blender 2.49中创建的，因为我不喜欢较新的界面。我建议你下载这个版本，打开文件并环顾机器 - 基本的移动可以通过使用鼠标滚轮，SHIFT和CTRL来实现。

绿色框是电源，黄色框是控制器，蓝色框是LCD显示屏。

琥珀色部件采用FR4 1mm层压板制成，浅蓝色部件采用激光切割3mm有机玻璃制成。

步进电机，电磁铁和限位开关为深灰色。

还有一些M3螺丝，螺母和垫片。当然还有一个细线。

所有这些都安装在18毫米的家具板上（不能说出那种颜色，对不起......）。

购买零件

首先，你需要一些18毫米的家具板。买你喜欢的任何颜色 - 但就个人而言，有一些黑色的美。这是以cm为单位的尺寸：35x49,21x7,7x7。最后两件将用作电子设备（控制器，LCD和电源）的平台。

您还需要激光剪切附加的PDF文件。别担心，目前它很便宜（即使在波兰：D）。只需确保订购3毫米有机玻璃。

关于X轴和Y轴滑块的说法 - 它们只是普通的滚珠轴承抽屉滑轨。它们便宜且非常精确。只需确保它们与我的尺寸相同（高约9毫米，宽16毫米，长310毫米）。如果电机太弱而无法移动滑块，您也可能需要更换润滑脂。

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第2步：制作控制器

通常，常规CNC控制器只是一个功率放大器。它实际上由PC控制（通过LPT端口）。如您所见，这个控制器要复杂得多。这是因为PC只发送由AVR执行的命令。

外围设备由ATmega16控制。它控制步进电机（带ULN2803和L293D）和电磁铁（带IRLML2502）。它还监视限位开关（JP4）并将数据发送到LCD。

为了与PC通信，我使用了FT232RL芯片（USB-UART转换器）。我使用自己的通信“协议”轻松发送命令和原始数据。这两个TCMT1109光电耦合器用于将PC与控制器电隔离（因为我偶然烧毁了ATmega ^^）。需要使用下面附带的XML文件使用FT Prog对USB-UART转换器进行重新编程。如果不这样做，LED将无法指示它们应该是什么。当所有FT232部件都焊接完毕时，您可以这样做。

PCB上还有4个开关。一个用于重置处理器（它在测试时很有用），但其余部分用于将来用于与用户通信。现在中间开关（“OK”）用于接受启动命令（稍后我会写更多关于它的信息）。

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制作PCB

在蚀刻PCB之后，您可以将其镀锡（例如使用常规焊料）。我用Lichtenberg的合金做到了 - 令人敬畏的水平> 9000：D。我建议你按照图片中的顺序焊接。这是零件清单：

1. 集成电路：

• ATmega16的
• FT232RL
• L293DD
• ULN2803
• TCMT1109 x2
• 7805

1. 电阻器：

• 47
• 100 x3
• 330
• 1k x2
• 2k4 x2
• 4k7 x3
• 10K

2.电容器：

• 22p x2
• 100n x4
• 330N
• 2U2
• 4u7
• 100U

3.晶体管：

• IRLML2502
• BC857 x2

4.二极管：

• LL4148
• LED红色
• LED绿色x2

5.针头：

• 1x2 x4
• 1×3
• 1×5
• 1x6 x2
• 2x4的
• 跳线x2

6.其他：

• 5k电位器
• 16MHz晶振
• 瞬时开关x4
• USB mini B连接器
• AK500 / 3连接器
• 2通道开关
• 16x2 LCD显示屏

最后一张照片显示了我在设计控制器时的错误。我忘记了光电耦合器输出的上拉电阻。这极大地降低了传输速度，所以我不得不焊接2个额外的电阻器。但不要担心，这是固定的，rar中的PCB是完整的。

编程AVR

下面附带的文件包含Eagle中的PCB项目，用C编写的软件，编译的hex文件和FT232RL的XML文件。

如您所见，PCB中有6个额外的焊盘。您可以使用它们对AVR进行编程 - 只需焊接一些电线（它们在Eagle文件中描述，因此请确保连接适配线。在编程芯片之前，将其fusebits设置为：

• 低：0xEE
• 高：0x99

它们只是默认值，CKSEL位改为16MHz外部晶振。

有关源代码的一些信息

仅通过一个AVR来控制所有这些东西并不容易。最困难的部分是当X轴和Y轴都在移动时产生XY运动信号。16MHz的水晶几乎太慢，但最终它的效果非常好。

第二个难点是与PC的沟通。我必须通过UART编写自己的通信协议。它类似于AT命令，但需要更少的内存并且速度更快，因为它的命令代码和参数是单个字节（而不是字符串，如AT中）。

源代码是用avr-gcc编译的。我想，它评论得很好，但我知道它很容易迷失。实际上还有一些其他功能没有使用 - 例如绘制矩形，弧形或一些文本。我写它只是为了获得一些技巧;）。无论如何，您仍然可以通过PC软件中的“命令行窗口”执行这些命令来查看效果。

是时候建造机器的机械部件......我们将从Z轴开始。

首先，找到第一张图片上的有机玻璃零件。除此之外，您还需要4个M3螺丝和螺母以及3个层压板。用剪刀剪掉它们。它们的尺寸应该相似，但不一定相同。

在第二张图片上，您可以看到零件的切割有多糟糕。显然有人没有考虑激光束的宽度。实际上，所有部件都比我订购的要小一些......无论如何，我不得不用砂纸擦掉这部分的两侧。

让我们开始粘合！我在所有有机玻璃零件上都使用了强力胶。接下来，您需要粘贴较小的层压矩形。它只是有机玻璃和电磁铁之间的间​​距。你可以看到我修改了螺丝孔。正如我所说，零件有点超出规模，电磁铁不合适。现在，留下其余的层压板零件。我们将在下一步中使用它们。

在最后一张照片上，还有一个安装有2个螺丝的附加部件。它将用于保存纸张，但我们稍后会这样做。

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第4步：Y轴

使用之前介绍的技术粘合所有部件。如果您感到迷茫，Blender文件将会很有帮助。

将有机玻璃粘合到滑块上时，使用砂纸使表面更加粗糙。只需确保滑块内没有金属屑。之后，您应该用异丙醇清洁表面（对于金属，您也可以使用丙酮）。

安装齿形带

最简单的方法是使用小拉链。将第一端拉到电磁铁支架上（将皮带穿过这两个矩形孔）。然后，将皮带放在齿轮上，拉伸并拉紧端部，就像第一个一样。确保它不会拉得太松而且太紧。

安装限位开关

粘贴限位开关就像图片上显示的那样（超过有机玻璃约3mm）。这条红棕色电缆被拖到滑块内。现在我们需要上一步的层压部件。将其粘贴到电磁铁盒上，这样它们就可以点击开关。

焊接二极管和一些电缆

正如你在照片中看到的那样，我在线圈附近焊接了一个二极管。当线圈改变其状态时，它可能产生高电压。二极管只是使这个电压尖峰短路。核心焊接导线是非常重要的 - 二极管的阴极必须连接到正电位 - 对我来说它是黄色电缆。

在下一张照片上，有所有电缆的描述和颜色。有步进电机电缆（Y ，Y1，Y2，Y3，Y4），电磁铁电缆（Z ，Z-）和限位开关电缆（2x Ymin，2x Ymax）。Ymin是电机附近的开关。

最后一张照片显示的是12线电缆及其连接说明。红色电缆表示Z 线，这使得错误方向变得更加困难。您可以用胶枪粘贴割台以使其更安全。

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第5步：X轴

这是最困难的一步......

您需要尽可能平行安装两个滑块。首先，打滑滑块的表面。你也可以稍微打磨基地。清洁后，使用木胶（或类似物）将第一个滑块直接粘在底座边缘。上图显示了尺寸。

要粘住第二个滑块，你需要宽度为242毫米的东西。它必须有平行边缘。正如你所看到的，我并不总能解释你需要做什么。只需按照图片:)。

安装Y轴

等一段时间，确保平行滑块粘合良好。之后 - 一如既往 - 打磨并清洁表面。为此使用超级胶水（因为有机玻璃）。要测量直角，请使用家具板底座 - 它应该匹配。尽可能将其粘贴为垂直，因为这会影响所有图纸的外观。重要的是不要移动滑块直到它完全胶合（给它几个小时）。

安装X步进电机和限位开关

同时，您可以安装X电机。只需按照图片即可。灰色12线电缆可用木胶粘在底座上。

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第6步：Fineliner结束和纸架

老实说，这一步是我即兴创作的。这种白色“臂”由5mm泡沫PVC制成。它可以由任何东西组成，我没有别的东西可以做到这一点。

层压板部件有一个8毫米的孔，非常适合我的细线。用热胶枪安装。应将细线系统轻轻按压在纸张上（由于弹簧位于电磁铁的背面）。您可能需要多次重复粘合。

完成第一个层压板部件后，放置PVC臂和第二个部件并粘合。胶水冷却后，您应该能够稍微拉一下手臂。然后将其粘在电磁铁的末端。

安装纸架

该部件旨在防止纸张起皱。正如我所说 - 我在这一步中即兴创作:)。跟着我！

重要的笔记

，我决定安装磁性箔作为工作区。它具有比家具板更光滑的表面，现在我可以用小钕磁铁固定板材。如果您还想这样做，那么您应该在开始此步骤之前安装箔片。不幸的是我忘记拍了一张照片......

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第7步：安装在一起

在第二张照片上，您可以看到由层压板制成的“桥” - 它是由于滑块可能会卡在电缆上而制成的。还有两个5W 150欧姆的电阻与X步进电机的线圈串联焊接。我不得不降低电机的电流，但我稍后移动了这些电阻（如最后两张照片所示）。只需连接上面提到的每个goldpin插座。

安装纸张支架

纸张需要固定在恒定位置。用剪刀在层压板上切割这些“角落”并将它们打磨至约0.2mm高度。我用双面胶带安装它们，设置准确的位置，然后用超级胶水粘合。要确定位置，您需要从每个轴的开始到结束绘制线条（只需移除齿形带，插入笔并沿每个轴手动移动）。

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第8步：PC软件

正如我在介绍中提到的那样，我必须编写自己的软件。这是我在Visual C＃中的第一个应用程序，所以我认为它充满了错误^^。我从来没有编写多线程应用程序，我几乎可以肯定我的许多解决方案都是“更多的单线程”。

该应用程序编写为简单设计多个图表并通过虚拟COM端口与控制器通信。在附件中，有一个完整的项目可以在Visual C＃中打开。评论很好 - 但不幸的是，只有波兰语。整个应用程序也很流行。翻译太多了，我很确定没有人会使用这个解决方案：D。

以下是命令行窗口中可用命令的列表：

• returnxy - 返回到原始位置setz z - 降低（z = 0）或升高（z = 1）笔
• setxy xy - 将笔移动到指定位置（mm）
• _setxy xy - 将笔移动到指定位置（步骤，检查应用程序设置）
• getz - 如果引发笔则返回1，否则返回0
• getxy - 返回笔的位置（以mm为单位）
• selectpen - 等待用户单击“确定”按钮
• rect x1 y1 x2 y2 - 根据2个相对的顶点绘制一个矩形（单位为mm）
• arc xyr a1 a2 t - 绘制一个圆弧，其中心位于（x，y），半径r，开始角度a1和结束角度a2（从水平方向）; 绘制规则弧（t = 0）或饼（t = 1） - 以mm和度为单位的值
• text xy size spacing text - 在（x，y）处绘制一些给定大小和字符间距的文本

差点忘了。要运行该应用程序，您需要安装.NET Framework 4。

根据您的要求，我决定翻译该申请。好吧，也许它并不完美，但大多数功能现在都是英文版。

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第9步：最后的想法

这种指导显示了CNC控制的另一种方式。我不敦促任何人使用前面步骤中提供的解决方案。我刚刚做了一些东西，我发现它很有趣，可以在这里展示。但它并没有改变这台机器无效的事实。在做这个项目时我学到了很多东西。这太棒了（有时令人讨厌）。我很高兴我完全靠自己的（奇怪的）想法做了一台拉丝机。

顺便说一下 - 我证明了ATmega16和最简单的功率输出级足以绘制A4图纸！您甚至不需要计算机（如果您获得第二个AVR来读取和解析SD卡中的数据）。

无论如何，应该改进控制步进电机。它会产生大量的热量。有人建议我在电机不动时（例如等待命令时）发送PWM信号。它非常好，但是这个项目在下一天编码时不值得。;）

好的，是时候结束了。我很乐意回答你的问题。如果你对这个项目感兴趣，也许你会喜欢我的其他人。看看这个：https：//www.youtube.com/user/mopsiok。

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