基于zigbee無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，屬于測試測量【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)由下位機(jī)和上位機(jī)組成，下位機(jī)安裝于旋轉(zhuǎn)軸上，隨軸旋轉(zhuǎn)，上位機(jī)置于旋轉(zhuǎn)軸外的靜止位置。下位機(jī)中應(yīng)變橋模塊與信號(hào)調(diào)理模塊相連，信號(hào)調(diào)理模塊與信號(hào)采集模塊相連，信號(hào)采集模塊與下位機(jī)微控制器相連，下位機(jī)微控制器與下位機(jī)ZIGBEE通信模塊相連。上位機(jī)中人機(jī)接口模塊與上位機(jī)微控制器相連，上位機(jī)微控制器與上位機(jī)ZIGBEE通信模塊相連。下位機(jī)與上位機(jī)之間通過ZIGBEE協(xié)議進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸效率高，抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝。本實(shí)用新型可用于各種旋轉(zhuǎn)軸扭矩的動(dòng)態(tài)測量。
【專利說明】基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于測試測量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，可用于各種旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測量。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)軸是各種動(dòng)力設(shè)備的重要構(gòu)件，主要用來傳遞扭矩。旋轉(zhuǎn)軸扭矩的測量對(duì)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和旋轉(zhuǎn)軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。
[0003]根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)姆绞讲煌?，旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量可分為有線方式和無線方式。目前，有線方式以導(dǎo)電環(huán)形式為代表，無線方式以環(huán)形變壓器耦合形式為代表。無論采用導(dǎo)電環(huán)形式，還是環(huán)形變壓器耦合形式，旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量均需要復(fù)雜的信號(hào)傳輸裝置，可靠性較差，成本較高。
[0004]根據(jù)測量原理的不同，旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量主要分為相位差法和應(yīng)變法。相位差法是根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸兩截面之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角來推求扭矩。該方法高度依賴系統(tǒng)安裝精度，扭矩測量精度難以保證，目前已較少使用。應(yīng)變法是根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸表面的應(yīng)變推求旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。該方法測量精度較高，是目前扭矩測量的主要方式。
[0005]經(jīng)專利檢索，目前旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量方法主要有:
[0006]中國專利申請(qǐng)?zhí)?201110366679.2，專利名稱:一種基于光纖的旋轉(zhuǎn)軸扭矩非接觸動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)。該專利屬于相位差法，在旋轉(zhuǎn)軸上相隔一定間距的兩段面處加工條紋色標(biāo)，旋轉(zhuǎn)軸在扭矩作用下，兩條紋色標(biāo)會(huì)產(chǎn)生相位差，光纖獲取此相位差后，即可求得旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩。其不足之處有:光纖及支架的安裝較復(fù)雜，且需較大安裝空間；條紋色標(biāo)的加工精度要求高，且易受附著物的影響。
[0007]中國專利申請(qǐng)?zhí)?200410017197.6，專利名稱:基于視覺的低速旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測量裝置。該專利采用導(dǎo)電環(huán)傳輸信號(hào)，在旋轉(zhuǎn)軸上加工一軸向發(fā)光標(biāo)志線，旋轉(zhuǎn)軸在扭矩作用下，標(biāo)志線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，再由固定在旋轉(zhuǎn)軸上的同速跟蹤觀測系統(tǒng)獲取標(biāo)志線的圖像，根據(jù)標(biāo)志線的變形推求旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。其不足之處有:采用導(dǎo)電環(huán)傳輸信號(hào)可靠性較差，成本較高；發(fā)光標(biāo)志線且易受附著物的影響，成像質(zhì)量不可靠。
[0008]中國專利申請(qǐng)?zhí)?99103344.2，專利名稱:激光動(dòng)態(tài)扭矩測量儀。該專利由激光發(fā)射器、光學(xué)反射器、激光接收器、信號(hào)檢測系統(tǒng)組成，激光發(fā)射器發(fā)射兩束激光照射在光學(xué)反射鏡上，反射激光束被激光接收器接收，產(chǎn)生兩列光電信號(hào)，信號(hào)檢測系統(tǒng)測量這兩列信號(hào)的相位差及其周期，微機(jī)系統(tǒng)根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。其不足之處有:激光發(fā)射器、反射鏡、激光接收器安裝精度要求較高，且需較大的安裝空間；信號(hào)檢測裝置較復(fù)雜，易受環(huán)境光影響，可靠性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量方法存在的不足，提供一種基于ZIGBEE無線通信旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)。本實(shí)用新型采用基于ZIGBEE協(xié)議的無線通信方式傳輸信號(hào)，避免了導(dǎo)電環(huán)和環(huán)形變壓器傳輸信號(hào)的不足；采用應(yīng)變橋直接測量旋轉(zhuǎn)軸表面的應(yīng)變，確保了測量精度，且易于安裝。
[0010]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0011]基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，由下位機(jī)和上位機(jī)組成，下位機(jī)安裝于旋轉(zhuǎn)軸上，隨軸旋轉(zhuǎn)，上位機(jī)置于旋轉(zhuǎn)軸外的靜止位置，下位機(jī)與上位機(jī)之間通過ZIGBEE協(xié)議進(jìn)行無線通信。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制指令，并接收下位機(jī)發(fā)送的扭矩測量結(jié)果；下位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，并向上位機(jī)發(fā)送扭矩測量結(jié)果；上位機(jī)控制下位機(jī)測量旋轉(zhuǎn)軸扭矩，并接收測量結(jié)果。
[0012]進(jìn)一步，所述下位機(jī)包括電源模塊、應(yīng)變橋模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊、下位機(jī)微控制器模塊和下位機(jī)ZIGBEE通信模塊；應(yīng)變橋模塊與信號(hào)調(diào)理模塊相連，信號(hào)調(diào)理模塊與信號(hào)采集模塊相連，信號(hào)采集模塊與下位機(jī)微控制器模塊相連，下位機(jī)微控制器模塊與下位機(jī)ZIGBEE通信模塊相連。
[0013]所述電源模塊包括電池和多個(gè)穩(wěn)壓芯片；電池通過穩(wěn)壓芯片為應(yīng)變橋模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)米集模塊、下位機(jī)微控制器模塊和下位機(jī)ZIGBEE通信模塊供電。
[0014]所述信號(hào)采集模塊可以是獨(dú)立的信號(hào)采集芯片或芯片內(nèi)部集成的信號(hào)采集模塊。
[0015]所述下位機(jī)微控制器模塊可以是獨(dú)立的微控制器芯片或芯片內(nèi)部集成的微控制器模塊。
[0016]所述下位機(jī)ZIGBEE通信模塊可以是獨(dú)立的ZIGBEE通信芯片或芯片內(nèi)部集成的ZIGBEE通信模塊。
[0017]進(jìn)一步，所述上位機(jī)包括人機(jī)接口模塊、上位機(jī)微控制器模塊和上位機(jī)ZIGBEE通信模塊，人機(jī)接口模塊與上位機(jī)微控制器模塊相連，上位機(jī)微控制器模塊與上位機(jī)ZIGBEE通信模塊相連。
[0018]所述人機(jī)接口模塊可以是鍵盤和顯示器或帶有串口的計(jì)算機(jī)。
[0019]所述鍵盤和顯示器與上位機(jī)微控制器模塊相連，鍵盤觸發(fā)扭矩測量控制指令，顯示器顯示扭矩測量結(jié)果。
[0020]所述計(jì)算機(jī)與上位機(jī)微控制器模塊相連，計(jì)算機(jī)通過串口發(fā)送扭矩測量控制指令，并接收測量結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)顯示器顯示測量結(jié)果。
[0021]所述上位機(jī)微控制器模塊可以是獨(dú)立的微控制器芯片或芯片內(nèi)部集成的微控制器模塊。
[0022]所述上位機(jī)ZIGBEE通信模塊可以是獨(dú)立的ZIGBEE通信芯片或芯片內(nèi)部集成的ZIGBEE通信模塊。
[0023]采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0024]I)本實(shí)用新型采用基于ZIGBEE協(xié)議的無線通信方式，避免了導(dǎo)電環(huán)和環(huán)形變壓器傳輸信號(hào)的不足。導(dǎo)電環(huán)通過機(jī)械接觸方式傳輸信號(hào)，易磨損，可靠性差，成本也較高。環(huán)形變壓器的安裝較復(fù)雜，且影響傳輸效率，另外環(huán)形變壓器的重量對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)行也有一定影響?；赯IGBEE協(xié)議的無線通信方式，傳輸效率高，傳輸距離較遠(yuǎn)，抗干擾強(qiáng)，安裝方便，成本很低。
[0025]2)本實(shí)用新型在旋轉(zhuǎn)軸表面粘貼應(yīng)變橋，直接測量旋轉(zhuǎn)軸扭矩，避免了間接測量方法的不足。間接測量方法通過獲取條紋的相位差或標(biāo)志線的變形，計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸扭矩。條紋和標(biāo)志線均易受附著物影響，抗干擾性差，且信號(hào)獲取裝置安裝復(fù)雜，測量精度不高?；趹?yīng)變橋的直接測量方法，測量精度高，抗干擾性強(qiáng)，易于安裝。
[0026]【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成示意圖；
[0028]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)組成示意圖；
[0029]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的下位機(jī)工作流程圖；
[0030]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的上位機(jī)工作流程圖。
[0031]附圖中各標(biāo)號(hào)分別為:下位機(jī)1，應(yīng)變橋模塊11，信號(hào)調(diào)理模塊12，信號(hào)采集模塊13，下位機(jī)微控制器模塊14，下位機(jī)ZIGBEE通信模塊15，電源模塊16，上位機(jī)2，人機(jī)接口模塊21，上位機(jī)微控制器模塊22，上位機(jī)ZIGBEE通信模塊23。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例做進(jìn)一步說明。
[0033]如圖2所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)組成示意圖，其由下位機(jī)和上位機(jī)兩部分組成。下位機(jī)安裝于旋轉(zhuǎn)軸上，隨軸旋轉(zhuǎn)；上位機(jī)置于旋轉(zhuǎn)軸外靜止位置，與下位機(jī)的距離應(yīng)小于ZIGBEE的有效傳輸距離。
[0034]本實(shí)施例中的下位機(jī)包括應(yīng)變橋模塊11，信號(hào)調(diào)理模塊12,信號(hào)米集模塊13,下位機(jī)微控制器模塊14，下位機(jī)ZIGBEE通信模塊15，電源模塊16。信號(hào)采集模塊13采用德州儀器(TI)的CC2530芯片內(nèi)部集成的AD采樣模塊；下位機(jī)微控制器模塊14采用德州儀器(TI)的CC2530芯片內(nèi)部集成的微控制器模塊；下位機(jī)ZIGBEE通信模塊15采用德州儀器(TI)的CC2530芯片內(nèi)部集成的ZIGBEE通信模塊。電源模塊16包括鋰電池和穩(wěn)壓芯片，分別為應(yīng)變橋模塊11，信號(hào)調(diào)理模塊12和CC2530芯片供電。信號(hào)調(diào)理模塊12將應(yīng)變橋模塊11輸出的應(yīng)變信號(hào)放大調(diào)理至0-3.3V，供CC2530內(nèi)部集成AD采樣模塊(信號(hào)采集模塊13)米樣。CC2530內(nèi)部集成的微控制器模塊(下位機(jī)微控制器模塊14)控制下位機(jī)的信號(hào)采集，以及與上位機(jī)的通信。
[0035]本實(shí)施例中的上位機(jī)包括人機(jī)接口模塊21，上位機(jī)微控制器模塊22，上位機(jī)ZIGBEE通信模塊23。人機(jī)接口模塊21采用計(jì)算機(jī)；上位機(jī)微控制器模塊22采用德州儀器(TI)的CC2530芯片內(nèi)部集成的微控制器模塊；上位機(jī)ZIGBEE通信模塊23采用德州儀器(TI)的CC2530芯片內(nèi)部集成的ZIGBEE通信模塊。計(jì)算機(jī)(人機(jī)接口模塊21)通過串口與CC2530芯片相連，發(fā)送控制指令，并接收測量結(jié)果。
[0036]本實(shí)施例下位機(jī)的工作流程如圖3所示，主要步驟如下:
[0037]步驟一:下位機(jī)上電初始化；
[0038]步驟二:下位機(jī)進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)，以節(jié)約電能；
[0039]步驟三:上位機(jī)發(fā)送控制指令字符，觸發(fā)下位機(jī)的無線接收中斷，下位機(jī)由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)；
[0040]步驟四:下位機(jī)對(duì)接收到的控制字符進(jìn)行判斷，如果控制字符為“1”，則啟動(dòng)應(yīng)變信號(hào)AD采樣，并通過ZIGBEE模塊發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；如果控制字符為“0”，則停止應(yīng)變采樣，并轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。
[0041]本實(shí)施例上位機(jī)的工作流程如圖4所示，主要步驟如下:[0042]步驟一:上位機(jī)上電初始化；
[0043]步驟二:上位機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；
[0044]步驟三:計(jì)算機(jī)通過串口將控制字符發(fā)送至CC2530，CC2530將控制字符以無線方式通過ZIGBEE模塊發(fā)送到下位機(jī)；
[0045]步驟四:如果控制字符為“1”，則啟動(dòng)無線接收，接收下位機(jī)發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)；如果控制字符為“0”，則關(guān)閉無線接收，停止接收下位機(jī)發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。
[0046]上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其它實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的提示，對(duì)本發(fā)明做出的修改和改進(jìn)都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:由下位機(jī)和上位機(jī)組成，下位機(jī)安裝于旋轉(zhuǎn)軸上，隨軸旋轉(zhuǎn)，上位機(jī)置于旋轉(zhuǎn)軸外的靜止位置；下位機(jī)與上位機(jī)之間通過ZIGBEE協(xié)議進(jìn)行無線通信；上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制指令，并接收下位機(jī)發(fā)送的扭矩測量結(jié)果；下位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，并向上位機(jī)發(fā)送扭矩測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機(jī)包括電源模塊、應(yīng)變橋模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊、下位機(jī)微控制器模塊和下位機(jī)ZIGBEE通信模塊；應(yīng)變橋模塊與信號(hào)調(diào)理模塊相連，信號(hào)調(diào)理模塊與信號(hào)采集模塊相連，信號(hào)采集模塊與下位機(jī)微控制器模塊相連，下位機(jī)微控制器模塊與下位機(jī)ZIGBEE通信模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊包括電池和多個(gè)穩(wěn)壓芯片；電池通過穩(wěn)壓芯片為應(yīng)變橋模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊、下位機(jī)微控制器模塊和下位機(jī)ZIGBEE通信模塊供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)采集模塊可以是獨(dú)立的信號(hào)采集芯片或芯片內(nèi)部集成的信號(hào)采集模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機(jī)微控制器模塊可以是獨(dú)立的微控制器芯片或芯片內(nèi)部集成的微控制器模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機(jī)ZIGBEE通信模塊可以是獨(dú)立的ZIGBEE通信芯片或芯片內(nèi)部集成的ZIGBEE通信模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)包括人機(jī)接口模塊、上位機(jī)微控制器模塊和上位機(jī)ZIGBEE通信模塊，人機(jī)接口模塊與上位機(jī)微控制器模塊相連，上位機(jī)微控制器模塊與上位機(jī)ZIGBEE通信模塊相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述人機(jī)接口模塊可以是鍵盤和顯示器，也可以是帶有串口的計(jì)算機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述鍵盤和顯示器與上位機(jī)微控制器模塊相連，鍵盤觸發(fā)扭矩測量控制指令，顯示器顯示扭矩測量結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)與上位機(jī)微控制器模塊相連，計(jì)算機(jī)通過串口發(fā)送扭矩測量控制指令，并接收測量結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)顯示器顯示測量結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)微控制器模塊可以是獨(dú)立的微控制器芯片或芯片內(nèi)部集成的微控制器模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于ZIGBEE無線通信的旋轉(zhuǎn)軸扭矩動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)ZIGBEE通信模塊可以是獨(dú)立的ZIGBEE通信芯片或芯片內(nèi)部集成的ZIGBEE通信模塊。
【文檔編號(hào)】G01L3/22GK203432724SQ201320553718
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】沈滿德, 李程, 任歡歡, 姜清秀 申請(qǐng)人:武漢紡織大學(xué)