基于LC的數控機床信號顯示系統的設計與實現

尤東升

(江蘇信息職業技術學院 ，江蘇　無錫　214153 )

0　引言

當前，數控機床人機對話(信息交流)主要通過數控系統顯示屏和信號指示燈來實現，這種設計的顯示屏一般都在15英寸以下，操作者需近距離觀察才能獲取信息，系統擴展性受限，信息表達受制,且信號(指示)燈內容單一，主要通過閃爍來顯示報警或加工狀態。在數控機床上，成功設計并植入一款多角度、彩色三維立體顯示裝置，不但能拓寬操作員的設備管理區域，而且有助于操作員分批處理設備的各類報警故障。

1　基于LC的數控機床信號顯示系統設計

本文設計的數控機床信號顯示系統主要通過64個LED構成4×4×4的三維立體顯示點陣組成光立方體Light Cube(簡稱LC)，其結構框圖如圖1所示。該顯示系統原理是通過數控系統中的PMC(FANUC數控系統的可編程控制器)模塊的I/O接口和ATmega1280芯片進行數據交換，芯片控制行/列驅動器向LED點陣(如圖2所示)發出信號，由所有信號組成圖案來表達信息。

圖1顯示系統結構框圖圖2LED點陣示意圖

1.1　驅動控制電路設計

驅動電路分為豎面驅動和層面驅動。LED立體顯示是由4層4×4點陣屏組成，每一層都由一個層面驅動控制，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每個豎面的共陽極連接到相應豎面驅動對應引腳(見圖3)，ATmega1280芯片將內置程序(見圖4)通過PIN3引腳輸出信號至點陣驅動模塊，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控制程序設計

LED立體顯示點陣共有64個輸出信號，為了經濟實用，可選擇三基色中的R(紅)和B(藍)兩種顏色，所有信號分配成8個字節，每個字節有8個信號輸出，例如 Y6.0～Y6.7的8個信號為1個字節。PMC程序主要通過格林碼與二進制碼轉換程序來實現信號傳輸，信號轉換梯形圖如圖5所示。

1.3　功能控制指令定義

通過圖5的梯形圖將數控系統二進制信號F0054.0～F0054.7傳給PMC寄存器R0400；然后通過PMC的邏輯運算轉換成格林碼；最后把格林碼通過ATmega1280輸出給立體點陣LED燈。數控機床操作者可以通過對宏變量編程來控制對應信號，信號F0054與宏變量對應表見表1。

我們選取一個未被定義的M代碼作為斷點定位指令代碼，例如M20定義指令格式為M20 EQ_，在參數6071中設定值為20，指令M20中E參數按FANUC系統格式設定如下：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。加工中斷狀態的顯示信號輸出是通過給參數#1101賦值方法來實現的，其操作功能程序及其注釋見表2。

圖5　信號轉換梯形圖

#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程序在系統運行M20指令時自動執行，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**可以設定參數)即可。其中M20為LED立體顯示指令，其在運行時直接調用O9001程序運行，既方便又易用。

2　功能實施流程及制作

信號傳輸流程如圖6所示，執行指令M20后，信號按序輸出至LED燈，接著下一組數據以相同的方式傳入，直到第4組數據傳完，再從頭循環。

該顯示裝置可以按照寫入的程序進行各種圖形的變化，簡單模式可以是一層一層或一列一列變化；復雜模式可以像LED顯示屏一樣流動顯示出設定的字母或者旋轉變化，甚至可以產生曲面的搖擺、扭動、發散、聚合等效果。設計與制作難度更高的512個LED構成8×8×8靜態顯示圖如圖7所示。

圖6　信號傳輸流程

圖7　8×8×8靜態顯示圖

3　結語

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

參考文獻：

[1]虞滄.基于單片機的光立方系統設計[J].電子測試，2015(6)：28-30.

[2]溫才，唐麗紅.晶格結構三維模型“LED光立方”的設計與制作[J].大學物理實驗，2014(4)：52-56.

[3]王欣，馬青玉.基于Arduino的LED光立方設計[J].南京師范大學學報，2013(4)：24-28.

[4]陳婕羽，林青彪.視覺暫留原理3D光立方設計[J].中國新通信，2015(9)：10.

[5]董淵哲，李曉玲，姚磊，等.面向神經工效學的觸控顯示系統人機交互評價方法[J].西安交通大學學報，2014,48(5)：123-128.

[6]楊永剛.3D光立方的設計與制作[J].電子世界，2014(6)：129.

[7]康志強，汪佳，湯勇明.基于FPGA的3D光立方設計[J].電子器件，2012,35(6)：683-686.

[8]吳永德.基于STC15F2K60S2單片機的LED光立方設計[J].電腦編程技巧與維護，2015(11)：81-84.