摘 要

本文对拉丝机的流程进行分析，针对3D打印用连续纤维复合材料拉丝机、内外温度、电机转动、加热圈通断等多个工艺参数的协调控制问题，研究拉丝机的参数协调控制关系。设计了软硬件系统，利用LabVIEW实现对拉丝机转速、温度等参数的远程监测与控制。

系统的硬件电路设计包括STM32控制器、温度采集模块、显示模块、电机驱动模块、加热模块。通过温度采集模块采集到的数据由STM32控制器处理后，决定电机驱动模块和加热模块的工作状态。

关键词：STM32单片机；碳纤维复合材料；传感器

Abstract

In this paper, the process of wire drawing machine is analyzed. Aiming at the coordinated control of multiple process parameters such as continuous fiber composite wire drawing machine for 3D printing, internal and external temperature, motor rotation, heating ring on-off, etc., the coordinated control relationship of parameters of wire drawing machine is studied. The software and hardware system is designed, and LabVIEW is used to realize the remote monitoring and control of the speed, temperature and other parameters of the wire drawing machine.

The hardware design of the system includes STM32 controller, temperature acquisition module, display module, motor driver module and heating module. The data collected by the temperature acquisition module is processed by the STM32 controller, which determines the working state of the motor drive module and the heating module..

Key Words：STM32；Carbon fiber composite；sensor

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 1

1.3研究内容及章节安排 2

第2章 系统整体设计 4

2.1 3D打印用纤维复合材料拉丝机控制系统整体设计 4

2.2 本章小结 5

第3章 系统硬件设计 6

3.1 STM32控制器核心电路设计 6

3.1.1 STM32F103ZET6控制器介绍 6

3.1.2 STM32F103ZET6最小系统 7

3.2外围设备 9

3.2.1 OLED屏幕显示 9

3.2.2 USB接口 9

3.3温度采集模块设计 10

3.3.1AD597 11

3.3.2 M8螺钉式K型热电偶及NTC热敏电阻 11

3.4加热模块 12

3.5电机驱动模块设计 12

3.5.1 42步进电机 12

3.5.2 A4988 13

3.6本章小结 13

第4章 控制系统软件设计 14

4.1 温度设计 14

4.1.1内外壁的结构及作用 14

4.1.2温度分析 14

4.2 PWM波的产生及作用 16

4.3步进电机 17

4.4显示模块 17

4.5键盘扫描 18

4.6 ADC配置 19

4.7 温度采集 19

4.8本章小结 20

第5章 仿真及实物演示 21

5.1 LabVIEW 21

5.2串口设置 21

5.3 操作面板 21

5.4 仿真结果 22

5.5实物结构图 22

第6章 总结与展望 24

6.1 全文总结 24

6.2 工作展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1研究背景

碳纤维复合材料的定义是一种由金属、树脂、陶瓷等合成的结构材料。在今年来，碳纤维复合材料中的碳纤维增强材料的使用逐渐广泛，这种材料主要是由热塑热固性树脂作为基本材料和由碳纤维作为增强材料组成的高强的复合材料，拥质量轻、断裂性能优秀、比强度高、比刚度高、抗疲劳等特点^[1]，远超其他类型的纤维复合材料。碳纤维材料的发展在国家大力投入下，其生产规模不断地扩大，生产成本也逐渐降低，这一材料逐渐从航空航天领域逐渐扩展到民用领域，但是由于碳纤维增强复合材料具有表面惰性大、导热性差、硬度大、强度高等特点，其后加工过程十分的繁琐。

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘接材料，通过逐层打印材料的方式来构造物体的技术。并广泛应用在工业制造、医疗、教育、航空航天、消费品制造等诸多领域。3D打印材料作为此项技术的重要物质基础，其发展制约着3D打印技术的发展。目前，传统的FDM 3D打印中，3D打印材料耗材主要为纯热塑性丝材，包括ABS、PLA等，这些材料缺陷比较明显的：机械强度差、韧性低。这些缺陷，严重的制约了3D打印技术的进一步发展。通过使用碳纤维复合材料可解决3D打印材料的性能问题，同时3D打印技术具有增材制造的特点，可以一体成型、不受模型复杂度影响，这一特点可以解决碳纤维复合材料无法成型复杂材料等缺点，因此这二者结合能同时发挥出3D打印技术和碳纤维复合材料的优点，拥有广泛的应用前景。

因此发明一种结构简单，包覆效果好的连续长碳纤维增强树脂复合材料生产装置。本发明的目的是在现有的技术之上，提供一种拉丝直径可变、可以多级塑形、纤维丝能完全浸润、材料温度能实时监控、加热装置密封性好、能实现碳纤维丝束多入单出、且加热装置方便清洗的自动拉丝卷丝装置。拉出的丝与传统的FDM 3D打印机材料相比，具有更好的机械强度和韧性。

1.2研究现状

碳纤维是一种新型的纤维材料，它的含碳量在95%以上，同时具有碳材料本身的特点，又兼具纺织纤维的柔软可加工型，是新一代的增强纤维。复合材料是指由两种或者两种以上不同性质的材料通过物理或者化学的方法组成的新的材料。通常，这两种材料会在性能上取长补短。

碳纤维增强复合材料有很多种不同的制造方法，近年来人们一直在提升各种碳纤维复合材料的性能和改进碳纤维复合材料的加工方法，当今主要制备方法有手糊成型工艺、喷射成型工艺、注射成型、纤维缠绕成型、拉挤成型等。