摘 要

激光技术发展至今，在各行各业激光技术都已经开始普及应用。激光加工不但加工质量好速度快而且无污染噪声小，在材料加工领域已经成为众人青眼相加的加工手段。在这些加工方式中，CO2激光器正是一颗冉冉升起的新星。采用激光切割时，激光束打在工件表面，释放大量的能量促使工件融化以及蒸发，从而实现切割和雕刻的目的，其加工成本低，精度高，切割速度快，切割图案自由不受约束，排版自动化，非常节省材料，切口平滑无毛刺等特点，正在逐渐完善或代替于从前的切割工艺设备。

国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。采用德国PA8000LW系统设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。

本次设计选用的是dsPIC33EP256MU806作为主控芯片，同时配合外围的硬件电路，选用ZLG7290B作为按键扫描控制芯片，使用利用MPLAB IDE开发环境实现其代码的编写，再利用RS232总线实现其与上位机之间的数据传输，设计出符合要求及技术发展的控制面板。通过RS232和dsPIC33F单片机设计出的PA8000数控系统控制面板控制PA8000LW数控系统的运行，具有手动、启停、速度倍率、调高控制、激光启停、故障显示的功能。

本系统分为两个部分。一部分是按键的识别，另一部分是与PA系统的通讯部分。 二、本设计要解决的主要问题：上位机PA系统可以读取到面板上的指令;并按照指令执行相应的行动。

关键词：CO2激光器；RS232 ；dsPIC33EP512MC806； PA8000lLW ；控制面板

Design of control panel based on PA system

Abstract

Since the development of laser technology, laser technology in all walks of life have been popularized. Not only the good processing quality of laser processing speed and no pollution low noise, has become a means of processing all barracudinas added in the field of material processing. In the process, CO2 laser is a rising star. Use of laser cutting, laser beam on the surface of the workpiece, the workpiece to release large amounts of energy melting and evaporation, so as to achieve the purpose of cutting and engraving, its low processing cost, high precision, fast cutting speed, cutting pattern free, automatic typesetting, saving material, smooth incision without burr and so on, are gradually improve or replace old equipment in cutting process.

国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。采用德国PA8000LW系统设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。

The domestic high-end CNC laser cutting machine is mainly dependent on imports, such as Germany, Switzerland 100 super TRUMPF. Using the German PA8000LW system design of CNC system with high precision, high reliability, low-cost, flexible, network has a broad application prospect.

本次设计选用的是dsPIC33EP256MU806作为主控芯片，同时配合外围的硬件电路，选用ZLG7290B作为按键扫描控制芯片，使用利用MPLAB IDE开发环境实现其代码的编写，再利用RS232总线实现其与上位机之间的数据传输，设计出符合要求及技术发展的控制面板。通过RS232和dsPIC33F单片机设计出的PA8000数控系统控制面板控制PA8000LW数控系统的运行，具有手动、启停、速度倍率、调高控制、激光启停、故障显示的功能。

With the design of the dsPIC33EP256MU806 as the main chip, at the same time with the external hardware circuit, ZLG7290B is selected as the key scan control chip, the use of the preparation of the code using the MPLAB IDE development environment, using the RS232 bus to realize the data transmission between the host computer and the control panel, designed to meet the requirements and development of technology. Through the control panel of PA8000LW CNC system to control RS232 and dsPIC33F microcontroller designed PA8000 CNC system, with manual, start and stop, speed ratio, height adjusting control, laser start stop, fault display function.

本系统分为两个部分。一部分是按键的识别，另一部分是与PA系统的通讯部分。 二、本设计要解决的主要问题：上位机PA系统可以读取到面板上的指令;并按照指令执行相应的行动;本论文主要是对下位机程序的编写。

This system is divided into two parts. One part is the identification keys, the other part is the PA system and communication part. Two, the main problem of this design is to be solved: the PA system PC can read the instructions on the panel; and in accordance with the instructions to execute the corresponding action.关键词：CO2激光器；RS232 ；dsPIC33EP512MC806； PA8000lLW ；控制面板

Keywords: CO2 laser; RS232; dsPIC33EP512MC806; PA8000lLW; control panel

目 录

1 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 激光设备国内外研究现状 1

1.3 本课题的研究内容及来源 2

1.4 论文主要内容 3

1.5 本章小结 3

2 控制面板总体结构设计 4

2.1 系统需求分析 4

2.2 设计硬件架构 5

2.3 上位机及主芯片DSPIC33EP806 5

2.3.1 PA8000系统 5

2.3.2 芯片选择DSPIC33EP806 6

2.4 控制面板设计目标 6

2.5 控制面板涉及的协议 7

2.6 本章小结 7

3 控制面板设计 8

3.1 控制面板各按键功能 8

3.2 dsPIC33EP256MU806介绍以及引脚图 8

3.3 ZLG7290的选用和I2C协议 10

3.4 控制面板按钮原理图 14

3.5 TD301D232H简介以及RS232协议 14

3.6 电源模块 15

3.7 无线接收模块以及SPI协议 16

3.8 信号指示灯模块 17

3.9 本章小结 18

4 控制面板的软件设计 19

4.1 控制面板的软件总体设计 19

4.2 安装MPLABIDE和C30编译器 20

4.3 I/O端口引脚配置 20

4.4 通讯异步收发器(UART)相关设置 21

4.4.1 波特率配置 21

4.4.2 UART相关寄存器设置 22

4.5 无线接收模块24L01配置 23

4.6 键盘扫描芯片zlg7290的软件设置 24

4.7 本章总结 25

5 总结 27

6 致谢 28

1 绪论

1.1 研究的目的和意义
激光加工：激光集中照射在材料上，材料吸收激光释放的能量,产生一系列的物理化学反应，从而完成研究者需要的变化。材料在激光作用下吸收激光能量，表面温度迅速上升至熔化直至汽化温度,从而出现汽化汽化产生的蒸汽继续吸收激光能量,使其温度进一步升高,形成蒸汽等离子体[^[1]]。通过这样的方式实现切割和雕刻的目的，加工成本低，精度高，切割速度快，切割图案自由不受约束，排版自动化，非常节省材料，切口平滑无毛刺.激光切割正在逐渐完善或代替于从前的切割工艺设备。国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。采用德国PA8000LW系统设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。选用dsPIC33EP256MU806作为主控芯片，同时配合外围的硬件电路，选用ZLG7290B作为按键扫描控制芯片，使用利用MPLAB IDE开发环境实现其代码的编写，再利用RS232总线实现其与上位机之间的数据传输，设计出符合要求及技术发展的控制面板。通过RS232和dsPIC33F单片机设计出的PA8000数控系统控制面板控制PA8000LW数控系统的运行，具有手动、启停、速度倍率、调高控制、激光启停、故障显示的功能。这样的背景下，采用工业成本较低的硬件配合软件弥补硬件的不足从而设计出基于PA系统的控制面板便成为当前的必要任务。

1.2激光设备国内外研究现状

激光技术最早起源于国外，1957年中国建立起第一所光学专业机构，开始了中国对激光技术的研究。相比较于国外，中国的激光技术还是有着一定的差距，但是值得庆幸的是中国对激光技术的研究投入了巨大的精力，现在正在以相当快的速度发展着，也取得了相当多的专利，控制面板的设计，便是其中一项。激光加工产业在国内具有极其广阔的前景。作为制造业大国，中国国内机械加工设备必定逐步升级。当前激光设备行业的发展势头非常好。尤其是汽车、半导体和电子制造产业的迅猛发展，激光技术的发展在中国非常有潜力。中国国内已经如雨后春笋般出现了多家从事研制、生产和经营激光器和激光加工设备的研发机构和企业。到现在已经有了五个国家级激光技术研究中心，十多个产品研发机构[²]。 激光技术应用研究所建立了相当一部分的激光加工制造企业，大概有100多家企业；同时新兴的私人拥有的民营激光公司也应运而生。目前国内比较有名的激光器生产公司主要分布在一线城市如上海等。这些公司如今生产的激光加工系统设计内容很多，如切割，焊接，表面处理等。这些公司已成为国内激光加工市场的主力，他们制造的工业激光器、元器件和激光加工系统（激光标记、划线、微调、切割、焊接、表面处理、微加工、直接成型）约占国内总市场90%以上份额[³]。与国际激光销售额相比，我国的比例略低，主要是因为技术还不够先进。主要表现为：高档激光加工系统不多，甚至没有；主力激光器不过关；微细激光加工装备缺口较大等。我国的一些生产企业正在积蓄力量稳步进入，有着很广阔的前景市场 [⁴]。国内各大激光企业各有所偏重。例如国内市场占有率高达70～80%深圳大族激光以生产激光打标设备出名，楚天激光国内市场占有率约50%。其擅长研发和生产激光医疗设备。团结激光对切割设备的研发较为熟悉。

与德美相比，我们在激光方面还落后不少，很多方法值得学习借鉴，要加强和技术先进国家的交流[⁵]。 纵观整个激光产业，我国还处于产业链的低端，在多种因素的影响下，又受制于核心技术储备的严重不足，自主创新能力薄弱。所以，面对这个现实，我国的激光产业只有通过技术的创新才能推动产业不断向前的发展[⁶]。

1.3 本课题的研究内容及来源

虽然PA也可以通过鼠标来进行操作，但是添加一个面板后，PA的很多操作将会更加方便便捷，从一定意义上来说，缩短了加工中的一些时间，提高了了工件加工的效率。面板和PA是通过RS232来连接的。通过制定相应的通讯协议，来让PA识别和执行按键的功能。比如启停、速度倍率、调高控制。当PA确认收到信号后将返回一个信号。面板通过识别该信号的含义，来点亮相应面板上的灯。这样就可以让操的操作更加直观，减小了误操作的可能。