摘 要

本文先介绍了关于3D打印技术的基本知识和3D打印机的原理。3D打印的成型技术种类很多，近年来，基于熔融沉积成型（FDM）的3D打印技术得益于其低成本和材料广等特点，应用较为广泛。但也无法掩盖该技术的弊端，成型的速度与精度都相对较低，主要归因于其温度控制与机械结构不够优化。本文根据此背景，提出采用PID算法优化FDM喷头工作的温度稳定性。

本设计以STC89C52单片机为基础，用PID算法控制加热棒，风机作为系统降温反馈环节，建立一套专用于熔融沉积成型的3D打印机的温度控制系统，旨在提升温度控制的稳定性与可靠性。根据系统最优需求，采用热电偶作为系统温度采集前端传感器，保证数据采集的准确性。此外，还应用labview软件平台编写界面，实现数据的实时显示。最后输出相应的系统电路图。由此完成一套实现数据实时检测、自动调节和显示功能的温度控制系统。

本PID温控系统的设计着重于数据的检测与控制环节，优化系统，模拟3D打印的温度曲线，可视化调控过程。

关键词：3D打印；PID算法控制；温度；单片机

Abstract

This article first introduces the basic knowledge of 3D printing technology and the principle of 3D printer. The 3D printing has many kinds of forming technology. In recent years, 3D printing technology based on fused deposition molding (FDM) has been widely used because of its low cost and wide material. But it can not conceal the drawbacks of the technology, the molding speed and accuracy are relatively low, mainly due to its temperature control and mechanical structure is not optimized. Based on this background, the PID algorithm is adopted to optimize the temperature stability of FDM nozzle.

This design is based on STC89C52 microcontroller, using PID algorithm to control the heating rod, fan cooling system as feedback temperature control system to establish a dedicated to the fused deposition modeling 3D printer, designed to enhance the stability and reliability of temperature control. According to the system's best demand, thermocouple is used as the temperature acquisition front-end sensor to ensure the accuracy of data acquisition. In addition, the interface is written with LabVIEW software platform to realize the real-time display of data. Finally, output the corresponding system circuit diagram. Thus, a temperature control system for real time detection, automatic adjustment and display of data is completed.

The design of the PID temperature control system focuses on the detection and control of data, optimizes the system, simulated the temperature curve of 3D printing, and visualized the process of regulation and control.

Key Words：LabVIEW；image processing；image detection；capsules

目录

第1章 绪论 7

1.1 引言 7

1.2 研究目的及意义 8

1.3 国内外研究现状 8

1.4 本文章节内容安排 9

第2章 方案设计 10

2.1 整体方案设计 10

2.2 各模块方案设计 11

2.2.1 温度传感器 11

2.2.2 微处理器 11

2.2.3 温度控制模块 12

2.2.4 上位机 12

第3章 测温模块设计 13

3.1 K型热电偶 13

3.2 MAX6675 13

3.2.1 芯片原理 13

3.2.2 6675转换流程 14

第4章 温度调控算法设计 15

4.1 PID算法设计 15

4.1.1 PID算法原理 15

4.1.2 PID算法流程 16

4.2 反馈控制设计 16

4.2.1 PWM算法原理 16

4.2.2 加热模块 18

4.2.3 降温模块 19

第5章 测温显示设计与调试运行 20

5.1 串口通信 20

5.2 软件设计 21

5.3 系统运行调试 24

第6章 总结与展望 26

6.1 总结 26

6.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 引言

自2014年，3D打印技术的多项关键技术的专利开始解禁，3D打印开始出现爆发式的增长，逐渐开始向多个行业普及。所谓的3D打印技术，即快速成型技术，根据建模软件提供的数字模型文件，运用相应的特殊材料，通过由下而上的逐层进行打印形成物体结构。其最大的特点就是快速性与简易性。无需任何模具或塑形工具的帮助，只需要低成本的材料，大大缩短了产品的生产周期，还降低了成本，提高生产效率。根据研究数据，3D打印可以将生产时间缩短一倍，费用减少三分之二，而所用的原材料仅为原十分之一^[1]。相应的生产流程如下图1.1：

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