本發(fā)明涉及一種3d打印微滴噴射的測量技術(shù)，特別涉及一種基于單片機(jī)控制模塊，由單片機(jī)系統(tǒng)作為整個測量系統(tǒng)控制核心的微滴噴射測量技術(shù)。

背景技術(shù)：

在微滴噴射系統(tǒng)中，微滴的噴射速度很快，往往完成一個微滴噴射過程所需的時間是在毫秒級，甚至在微秒級。同時微滴噴射所產(chǎn)生的微滴尺寸也非常之小，體積大小一般在幾十皮升，也有達(dá)到飛升級別的。因此，要準(zhǔn)確觀測微滴噴射過程，就必須搭建圖像采集系統(tǒng)，將微滴噴射過程通過高速成像技術(shù)采集起來，這樣微滴噴過程會被一幀幀圖像呈現(xiàn)處理，經(jīng)過圖像處理軟件處理后就可以獲得最直接信息數(shù)據(jù)。

目前的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用中，目前，在微滴噴射過程進(jìn)行參數(shù)測量的方法主要有機(jī)械測量法和光學(xué)測量法。機(jī)械測量法是在微滴噴射沉積后對其進(jìn)行收集，然后利用顯微鏡進(jìn)行觀察和測量，可以得到微滴的直徑，通過測量一定時間內(nèi)沉積產(chǎn)生的微滴的質(zhì)量，可以間接獲得噴嘴內(nèi)的微滴噴射速度。這種方法操作簡單，但是計算誤差大，且不易控制。光學(xué)測量法主要有激光多普勒粒子分析技術(shù)和基于高速采集相機(jī)的圖像技術(shù)。激光多普勒粒子分析技術(shù)的測量精度高，但是進(jìn)行檢測所需的儀器成本高，且對噴射的微滴的透光性有很高的要求，因此測量的局限性很高。采用高速攝像機(jī)采集微滴噴射過程圖像，得到的實驗數(shù)據(jù)精度較高，但是該種方法價格十分昂貴，不利于普及推廣。另外，還有采用以fpga為控制核心的微滴噴射圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行微滴過程采集，但是該方法在鍵控、顯示和系統(tǒng)協(xié)調(diào)方面較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種一種基于單片機(jī)控制模塊的微滴噴射測量方式。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

(1)以單片機(jī)為控制核心的下位機(jī)和上位機(jī)pc等構(gòu)成的微滴噴射控制系統(tǒng)模塊。該模塊作為整個系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生微滴噴射驅(qū)動信號、ccd觸發(fā)信號、光源led的頻閃信號。同時整個控制系統(tǒng)由pc機(jī)控制，pc機(jī)負(fù)責(zé)向單片機(jī)發(fā)送的控制信號包括頻率控制字、延遲時間，同時還發(fā)送微滴噴頭所需的驅(qū)動波形數(shù)據(jù)。pc機(jī)與單片機(jī)之間的通信則選用比較通用、簡單的rs232通信標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)，通過max232芯片實現(xiàn)rs232電平與ttl電平之間的轉(zhuǎn)換。

(2)頻閃模塊。該模塊由微滴噴射控制系統(tǒng)模塊產(chǎn)生特定波形作為驅(qū)動信號驅(qū)動，可接收5v～12v外觸發(fā)脈沖信號，頻率為1800次/min～5400次/min，可完成單次工作時間的設(shè)定與修改。(單次工作時間是指頻閃燈從工作到自動停止的連續(xù)工作時間)停止內(nèi)光燈時，屏幕顯示“pause”字樣，此時按任意鍵重新開始頻閃工作狀態(tài)。關(guān)閉電源開關(guān)，按住方式鍵不放，然后打開電源開關(guān)，顯示屏顯示原來設(shè)定的數(shù)值，每一單位為10秒(如顯示12即為120秒)按+，－鍵修改數(shù)據(jù)值，完成后5秒自動儲存并確認(rèn)。

(3)圖像采集處理模塊。該模塊基于頻閃成像技術(shù)，通過接收由微滴噴射控制系統(tǒng)模塊產(chǎn)生的ttl電平實現(xiàn)操作。微滴噴射系統(tǒng)在同一驅(qū)動信號下的噴射過程是一致的，即重復(fù)性的，這樣保證了每一次頻閃在同一位置所獲得的圖像是一致的。同時微滴噴射的頻率與頻閃頻率是相同的。這樣通過控制光源的照明時間，保證光源照明時間足夠短，就可以將微滴凍結(jié)某一位置上，得到高速運動的微滴的清晰圖像。同時在ccd單次采集時間內(nèi)對微滴運動的同一位置進(jìn)行多次頻閃，使ccd能夠得到足夠的光源而采集到清晰圖像。之后ccd將采集到的圖像傳回pc上位機(jī)端，進(jìn)行后續(xù)的圖像處理。

(4)微滴噴頭驅(qū)動模塊。該部分由微滴噴射控制系統(tǒng)模塊產(chǎn)生驅(qū)動信號實現(xiàn)操作，主要包括d/a轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、電壓幅值調(diào)節(jié)電路和高壓放大電路等幾個部分。該模塊關(guān)鍵技術(shù)在于微滴噴頭的驅(qū)動信號頻率和頻閃光源的控制信號頻率必須要嚴(yán)格保持一致，同時頻閃的控制信號的起始信號與微滴噴頭的驅(qū)動信號的相位必須一致，這樣才能采集指定時間的微滴的運動狀態(tài)圖像。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：解決了傳統(tǒng)的微滴噴射圖像檢測方式存在的計算誤差大，控制難度高，測量局限性大以及成本昂貴等問題，調(diào)節(jié)時序靈活，編程簡單，并具備非接觸性、實時性、靈活性和高可靠性等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體方案示意圖；

圖2是串口模塊電平轉(zhuǎn)換電路圖；

圖3是ccd觸發(fā)模塊電路示意圖。

圖1中，1.pc，2.rs232串口模塊，3.下位機(jī)處理系統(tǒng)，4.ccd相機(jī)，5，微滴噴頭，6，頻閃光源。

圖2中，7.0.1μf電解電容，8.0.1μf電解電容，9.0.1μf電解電容，10.0.1μf電解電容,11.max232芯片，12.db9串口。

圖3中，13.4引腳排阻，14.2kω電阻，15.10μf電解電容，16.at89c1051單片機(jī)，17.102pf電容，18.56ω電阻，19.1kω電阻，20.lm393數(shù)字放大器，21.510pf電容，22.510pf電容，23.1kω電阻，24.1kω電阻，25.led，26.led，27.1kω電阻，28.1kω電阻，29.ccd，30.1kω電阻，31.0.1μf電容，32.10pf電解電容。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例：整個圖像檢測處理進(jìn)行分析可知，以單片機(jī)為控制核心的下位機(jī)和上位機(jī)pc等構(gòu)成的微滴噴射控制系統(tǒng)模塊需要三個信號，分別是微滴噴頭驅(qū)動信號、ccd控制信號、光源頻閃模塊控制信號。詳細(xì)工作步驟如下：

(1)由pc上位機(jī)軟件發(fā)送指令，在上位機(jī)界面中，需要完成波形數(shù)據(jù)和命令控制參數(shù)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換，同時其向下位機(jī)發(fā)生波形數(shù)據(jù)存儲命令、命令控制參數(shù)存儲命令、頻率控制字，延時時間和信號幅值增益等多個信號控制參數(shù)，同時還負(fù)責(zé)向下位機(jī)傳遞波形數(shù)據(jù)，通過rs232串口模塊進(jìn)行rs232電平與ttl電平的轉(zhuǎn)換，發(fā)送到下位機(jī)單片機(jī)上。

(2)以單片機(jī)為控制核心的下位機(jī)首先輸出微滴噴頭的驅(qū)動信號，同時對光源施加頻閃所需的與驅(qū)動信號同頻率的脈沖信號，且延時。只要保證延時時間與所需要的拍攝圖像位置一致。若將頻閃信號時間延時100us，那么經(jīng)過多次頻閃曝光之后將得到這一位置的微滴狀態(tài)圖像。圖像采集模塊能夠工作的關(guān)鍵技術(shù)在于微滴噴頭驅(qū)動信號的頻率與頻閃信號頻率必須要保持嚴(yán)格一致且同步。而頻閃脈沖信號的脈寬應(yīng)該盡量的短，這樣才能盡可能的采集指定時間的微滴的運動狀態(tài)圖像。

(3)ccd相機(jī)的工作觸發(fā)信號需要持續(xù)一段時間的低電平段，觸發(fā)后，攝像機(jī)進(jìn)入曝光狀態(tài)，待曝光完成后通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)讀取到pc機(jī)，然后等待下次觸發(fā)信號的到來。在ccd相機(jī)的每一次曝光過程里，由脈沖信號發(fā)出多次脈沖，受其控制的頻閃光源對驅(qū)動信號同一位置處進(jìn)行多次曝光，從而實現(xiàn)成像所需的要求。之后，ccd相機(jī)將采集到的圖像發(fā)送回pc，進(jìn)行后續(xù)的圖像分析處理和參數(shù)測量。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。