2.1　功能及总体设计

本项目通过将图片或文字转换为切割机／打印机通用的路径文件（G Code），Arduino开发板通过串口接收到路径文件后，分别控制X轴和Y轴的步进电机，从而控制笔头在纸上移动，绘出图形。

要实现上述功能需将作品分成两部分进行设计，即软件设计和硬件设计。软件设计包括路径生成模块、传输模块、步进电机控制模块、存储设置模块和运动控制模块等。硬件设计包括绘图仪整体框架设计、步进电机固定设计、笔头固定设计和轴移动设计等。

1．整体框架图

整体框架如图2-1所示。计算机通过串口向Arduino开发板传输数据并供电，Arduino开发板使用CNC Shield扩展板控制两个A4988步进电机驱动并最终控制42步进电机。12V直流电源通过CNC Shield扩展板为两个42步进电机供电。

图2-1　整体框架图

2．系统流程图

系统流程如图2-2所示。计算机使用Grbl Controller操控Arduino开发板，通过串口以115 200的波特率与Arduino开发板建立通信，加载生成路径文件，如果没有现有的路径文件，则需要通过Inkscape和相关插件将图片或文字转化为路径文件。路径文件加载成功之后，通过Grbl Controller看到路线规划，根据路径文件的规格调整步进电机相关的设置后，开始绘图，绘图完成后笔头自动归位，绘图结束。

图2-2　系统流程图

3．总电路图

总电路如图2-3所示。CNC Shield扩展板直接堆叠在开发板上，两个A4988步进电机驱动分别堆叠在CNC Shield扩展板的X轴和Y轴接口。两个42步进电机的2B、2A、1A、1B引脚分别接到CNC Shield上X轴和Y轴的2B、2A、1A、1B引脚。CNC Shield的电源引脚接口外接12V直流电源。引脚连线如表2-1所示。

表2-1　引脚连线表

图2-3　总电路图