基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具體涉及一種基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)。它主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。它的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，定義了物理層和MAC層，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由Zigbee聯(lián)盟定義，而Zigbee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過(guò)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。
[0003]無(wú)線傳感器(WSN)網(wǎng)絡(luò)，是指大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，綜合了傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式計(jì)算處理技術(shù)等多種技術(shù)的交叉學(xué)科，廣泛應(yīng)用于軍事、交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、衛(wèi)生保健、空間探索等各個(gè)領(lǐng)域。
[0004]監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Computer numerical control machine tools Monitoring System)是一個(gè)以分析工業(yè)復(fù)雜環(huán)境下機(jī)床安全隱患因素為服務(wù)目標(biāo)，以提供具有代表性、實(shí)時(shí)性和可靠性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為核心任務(wù)，運(yùn)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并配以專業(yè)軟件，組成一個(gè)從取采集、分析到數(shù)據(jù)處理及存貯的完整系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。例如機(jī)床這種大型、需要24小時(shí)開(kāi)機(jī)運(yùn)行的重型機(jī)械設(shè)備，需要在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其在線生產(chǎn)的各參數(shù)(如設(shè)備溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、壓力等)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷、維護(hù)及管理機(jī)床的目的，起到降低生產(chǎn)成本、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命的目的。因此研究一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和傳感器技術(shù)構(gòu)成的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是生產(chǎn)的迫切需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)上述的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它實(shí)時(shí)采集機(jī)床的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理的目的，具有低功耗、低成本，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、系統(tǒng)智能化的特點(diǎn)。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)傳輸單元連接后與一監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)連接，所述數(shù)據(jù)傳輸單元為Zigbee通信模塊，用于接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)來(lái)的各參數(shù)數(shù)據(jù)、并發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)；所述數(shù)據(jù)采集單元安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，用于實(shí)時(shí)采集機(jī)床生產(chǎn)的各參數(shù)。
[0008]上述方案中，所述Zigbee通信模塊是型號(hào)為CC2530的射頻模塊電路，主要由芯片最小系統(tǒng)、電源電路、匹配電路天線及外圍電路構(gòu)成，所述電源電路為CC2530射頻模塊電路供電，所述匹配電路天線連接于CC2530上的RF_N和RF_P的輸入管腳。
[0009]上述方案中，當(dāng)系統(tǒng)采用單極天線等不平衡天線時(shí)，為改善電路的性能，所述匹配電路天線上連接有一不平衡變壓器，所述不平衡變壓器主要由電感L3、電感L4、電容C13和電容C17組成。
[0010]上述方案中，所述數(shù)據(jù)采集單元可以包括主控MCU和連接于主控MCU輸入端的數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、噪聲傳感器和電流傳感器。
[0011]上述方案中，所述主控MCU可以為型號(hào)是STC12C5A60S2的單片機(jī)。
[0012]上述方案中，所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器連接有一液晶顯示器，該液晶顯示器采用串行接口與主控MCU連接、并安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用于顯示實(shí)時(shí)采集到的壓力數(shù)據(jù)。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0014]本實(shí)用新型通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)采集機(jī)床的各項(xiàng)參數(shù)，并通過(guò)Zigbee通信模塊發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)，最后在監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)上顯示及監(jiān)控，當(dāng)參數(shù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，能夠及時(shí)觀測(cè)并進(jìn)行處理。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集機(jī)床的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理的目的，具有低功耗、低成本，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、系統(tǒng)智能化的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0016]圖2為數(shù)據(jù)采集單元的組成框圖。
[0017]圖3為Zigbee模塊的CC2530射頻模塊電路。
[0018]圖4為Zigbee模塊的電源轉(zhuǎn)換電路。
[0019]圖5為CC2530的匹配天線電路。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，但不用以限制本實(shí)用新型。
[0021]如圖1所示，基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)傳輸單元連接后與一監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)連接，所述數(shù)據(jù)傳輸單元具體為Zigbee通信模塊，用于接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)來(lái)的各參數(shù)數(shù)據(jù)、并發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)。所述數(shù)據(jù)采集單元安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，用于實(shí)時(shí)采集機(jī)床生產(chǎn)的各參數(shù)。所述監(jiān)控服務(wù)器具體為PC機(jī)。
[0022]如圖2所示，所述數(shù)據(jù)采集單元包括主控MCU和連接于主控MCU輸入端的數(shù)據(jù)采集模塊，所述主控MCU具體為型號(hào)STC12C5A60S2的單片機(jī)。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、電流傳感器、噪聲傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和振動(dòng)傳感器，其中
[0023]溫度傳感器的具體采用的型號(hào)為DS18B20，使用時(shí)將其貼于機(jī)床熱源表面，其測(cè)溫范圍一 55°C?+125°C、固有測(cè)溫分辨率0.5°C ；
[0024]所述電流傳感器具體采用型號(hào)為ACS712的線性電流傳感器，其內(nèi)置有精確低置的線性霍爾傳感電路，能輸出與檢測(cè)的交流和直流電流成正比的電壓，輸出靈敏度為66mV/A ?185mV/A ；
[0025]所述噪聲傳感器采用駐極體電容式拾音頭；
[0026]所述轉(zhuǎn)速傳感器采用霍爾元件來(lái)測(cè)量機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速，具體為在機(jī)床的鉆頭上，按圓周分為四等分、并分別安裝四個(gè)磁鋼。為確保鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)磁鋼經(jīng)過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)都能準(zhǔn)確產(chǎn)生信號(hào)，所述磁鋼置于霍爾開(kāi)關(guān)的正下方。霍爾元件采集到的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形后送入單片機(jī)，開(kāi)始計(jì)數(shù)脈沖，在設(shè)定的檢測(cè)時(shí)間t內(nèi)，轉(zhuǎn)速傳感器所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)m會(huì)與被測(cè)轉(zhuǎn)速η (單位:r/min)成正比，由此可以計(jì)算出轉(zhuǎn)速值；
[0027]所述振動(dòng)傳感器具體為型號(hào)801S的振動(dòng)傳感器。
[0028]所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器連接有一液晶顯示器，該液晶顯示器采用串行接口與主控MCU連接、并安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用于顯示實(shí)時(shí)采集到的壓力數(shù)據(jù)。由于在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)床的壓力測(cè)量部位離其他節(jié)點(diǎn)的部署較遠(yuǎn)，為了布線簡(jiǎn)單、減少硬件空間，壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)在顯示上與上述溫度、電流、噪聲及轉(zhuǎn)速所不同的是:壓力數(shù)據(jù)直接獨(dú)立在液晶顯示器上顯示，而其他參數(shù)值則是通過(guò)主控MCU后發(fā)送至監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)顯示。
[0029]如圖3所示，所述Zigbee通信模塊采用型號(hào)為CC2530的射頻模塊電路，主要由芯片最小系統(tǒng)、電源電路、匹配電路天線及外圍電路構(gòu)成，所述電源電路為CC2530射頻模塊電路供電，其中CC2530的引腳10、21、24、27、28、29、31和39接3.3V電源，并加入了去耦電容。所述匹配電路天線連接于CC2530上的RF_N和RF_P的輸入管腳。
[0030]由于USB和常見(jiàn)的電源插頭等供電方式都是5V，而CC2530的工作電壓范圍為2.0?3.6V，本系統(tǒng)具體使用3.3V供電。為此，所述電源電路加入了如圖4所示的電源轉(zhuǎn)換電路，采用LM1117-3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片來(lái)進(jìn)行5V到3.3V電壓轉(zhuǎn)換。
[0031]如圖5所示，CC2530的匹配天線電路，其中L2、C14、C15可以懸空。在使用單極天線等不平衡天線時(shí)，為了使性能達(dá)到最優(yōu)，應(yīng)當(dāng)使用不平衡變壓器，本實(shí)施例中，所述不平衡變壓器主要由電感L3、電感L4、電容C13和電容C17組成，不平衡變壓器可實(shí)現(xiàn)平衡和不平衡之間的轉(zhuǎn)換。而在使用折疊式偶極天線等平衡天線時(shí)，不平衡變壓器可以保留也可省略。為了使射頻信號(hào)更好的傳輸，還要對(duì)射頻的輸入輸出電路阻抗進(jìn)行匹配，可使用集成的巴倫匹配電路來(lái)進(jìn)行匹配，如2450BM15A0002等2.4GHz巴倫電路，也可使用分立的電容電感來(lái)進(jìn)行匹配。本實(shí)施例具體采用的是SMA彎頭外螺內(nèi)孔天線座和配套的SMA內(nèi)螺內(nèi)針
2.4G折疊天線，天線的增益為3dB。
[0032]當(dāng)然，本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除了可應(yīng)用于機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外，還可用于其他方面的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并不僅限于機(jī)床。
[0033]以上僅為說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)傳輸單元連接后與一監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)連接，所述數(shù)據(jù)傳輸單元為Zigbee通信模塊，用于接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)來(lái)的各參數(shù)數(shù)據(jù)、并發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)；所述數(shù)據(jù)采集單元安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，用于實(shí)時(shí)采集機(jī)床生產(chǎn)的各參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述Zigbee通信模塊是型號(hào)為CC2530的射頻模塊電路，主要由芯片最小系統(tǒng)、電源電路、匹配電路天線及外圍電路構(gòu)成，所述電源電路為CC2530射頻模塊電路供電，所述匹配電路天線連接于CC2530上的RF_N和RF_P的輸入管腳。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述匹配電路天線連接有一不平衡變壓器，所述不平衡變壓器主要由電感L3、電感L4、電容C13和電容C17組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元包括主控MCU和連接于主控MCU輸入端的數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、噪聲傳感器和電流傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述主控MCU采用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器連接有一液晶顯示器，該液晶顯示器采用串行接口與主控MCU連接、并安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用于顯示實(shí)時(shí)采集到的壓力數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于Zigbee的機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)傳輸單元連接后與一監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)連接，所述數(shù)據(jù)傳輸單元為Zigbee通信模塊，用于接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)來(lái)的各參數(shù)數(shù)據(jù)、并發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)；所述數(shù)據(jù)采集單元安裝于機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，用于實(shí)時(shí)采集機(jī)床生產(chǎn)的各參數(shù)。本實(shí)用新型通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)采集機(jī)床的各項(xiàng)參數(shù)，并通過(guò)Zigbee通信模塊發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)，最后在監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)上顯示及監(jiān)控，當(dāng)參數(shù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行處理。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集機(jī)床的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理的目的，具有低功耗、低成本，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、系統(tǒng)智能化的特點(diǎn)。
【IPC分類】G08C17/02, B23Q17/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205016055
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520741964
【發(fā)明人】張向利, 曹曉斌, 李建
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日