基于LC的數(shù)控機(jī)床信號顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

尤東升

(江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，江蘇　無錫　214153 )

0　引言

當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床人機(jī)對話(信息交流)主要通過數(shù)控系統(tǒng)顯示屏和信號指示燈來實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)的顯示屏一般都在15英寸以下，操作者需近距離觀察才能獲取信息，系統(tǒng)擴(kuò)展性受限，信息表達(dá)受制,且信號(指示)燈內(nèi)容單一，主要通過閃爍來顯示報(bào)警或加工狀態(tài)。在數(shù)控機(jī)床上，成功設(shè)計(jì)并植入一款多角度、彩色三維立體顯示裝置，不但能拓寬操作員的設(shè)備管理區(qū)域，而且有助于操作員分批處理設(shè)備的各類報(bào)警故障。

1　基于LC的數(shù)控機(jī)床信號顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床信號顯示系統(tǒng)主要通過64個(gè)LED構(gòu)成4×4×4的三維立體顯示點(diǎn)陣組成光立方體Light Cube(簡稱LC)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該顯示系統(tǒng)原理是通過數(shù)控系統(tǒng)中的PMC(FANUC數(shù)控系統(tǒng)的可編程控制器)模塊的I/O接口和ATmega1280芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，芯片控制行/列驅(qū)動(dòng)器向LED點(diǎn)陣(如圖2所示)發(fā)出信號，由所有信號組成圖案來表達(dá)信息。

圖1顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2LED點(diǎn)陣示意圖

1.1　驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路分為豎面驅(qū)動(dòng)和層面驅(qū)動(dòng)。LED立體顯示是由4層4×4點(diǎn)陣屏組成，每一層都由一個(gè)層面驅(qū)動(dòng)控制，將每層的LED所有陰極相互連接在一起組成共陰極層；再將LED每個(gè)豎面的共陽極連接到相應(yīng)豎面驅(qū)動(dòng)對應(yīng)引腳(見圖3)，ATmega1280芯片將內(nèi)置程序(見圖4)通過PIN3引腳輸出信號至點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊，再由Q3輸出至LED3指示燈。

圖3信號傳輸圖圖4信號輸出程序

1.2　PMC控制程序設(shè)計(jì)

LED立體顯示點(diǎn)陣共有64個(gè)輸出信號，為了經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可選擇三基色中的R(紅)和B(藍(lán))兩種顏色，所有信號分配成8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)有8個(gè)信號輸出，例如 Y6.0～Y6.7的8個(gè)信號為1個(gè)字節(jié)。PMC程序主要通過格林碼與二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換程序來實(shí)現(xiàn)信號傳輸，信號轉(zhuǎn)換梯形圖如圖5所示。

1.3　功能控制指令定義

通過圖5的梯形圖將數(shù)控系統(tǒng)二進(jìn)制信號F0054.0～F0054.7傳給PMC寄存器R0400；然后通過PMC的邏輯運(yùn)算轉(zhuǎn)換成格林碼；最后把格林碼通過ATmega1280輸出給立體點(diǎn)陣LED燈。數(shù)控機(jī)床操作者可以通過對宏變量編程來控制對應(yīng)信號，信號F0054與宏變量對應(yīng)表見表1。

我們選取一個(gè)未被定義的M代碼作為斷點(diǎn)定位指令代碼，例如M20定義指令格式為M20 EQ_，在參數(shù)6071中設(shè)定值為20，指令M20中E參數(shù)按FANUC系統(tǒng)格式設(shè)定如下：自變量I地址為E，宏變量為#8；自變量II地址為Q，宏變量為#17。加工中斷狀態(tài)的顯示信號輸出是通過給參數(shù)#1101賦值方法來實(shí)現(xiàn)的，其操作功能程序及其注釋見表2。

圖5　信號轉(zhuǎn)換梯形圖

#7#6#5#4#3#2#1#0宏變量#1107#1106#1105#1104#1103#1102#1101#1100PMC信號F0054.7F0054.6F0054.5F0054.4F0054.3F0054.2F0054.1F0054.0寄存器RR0400.7R0400.6R0400.5R0400.4R0400.3R0400.2R0400.1R0400.0

表2　操作功能程序及其注釋

表2中，O9001程序在系統(tǒng)運(yùn)行M20指令時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，操作方法如下：若要選用該功能，操作者僅需在MDI模式或Auto模式下輸入M20 E**Q**(其中**可以設(shè)定參數(shù))即可。其中M20為LED立體顯示指令，其在運(yùn)行時(shí)直接調(diào)用O9001程序運(yùn)行，既方便又易用。

2　功能實(shí)施流程及制作

信號傳輸流程如圖6所示，執(zhí)行指令M20后，信號按序輸出至LED燈，接著下一組數(shù)據(jù)以相同的方式傳入，直到第4組數(shù)據(jù)傳完，再從頭循環(huán)。

該顯示裝置可以按照寫入的程序進(jìn)行各種圖形的變化，簡單模式可以是一層一層或一列一列變化；復(fù)雜模式可以像LED顯示屏一樣流動(dòng)顯示出設(shè)定的字母或者旋轉(zhuǎn)變化，甚至可以產(chǎn)生曲面的搖擺、扭動(dòng)、發(fā)散、聚合等效果。設(shè)計(jì)與制作難度更高的512個(gè)LED構(gòu)成8×8×8靜態(tài)顯示圖如圖7所示。

圖6　信號傳輸流程

圖7　8×8×8靜態(tài)顯示圖

3　結(jié)語

根據(jù)需要我們在做出方形LED立體顯示點(diǎn)陣裝置的基礎(chǔ)上，下一步將開始制作類似伸縮球的圓形LED立體顯示點(diǎn)陣裝置。光立方具有節(jié)能、直觀及視覺效果好的特點(diǎn)，能給數(shù)控設(shè)備信息的遠(yuǎn)距離觀察帶來極大方便，這也是在節(jié)約能源、邁向綠色加工方面的小小嘗試。

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