CN104076773B - 一种应用于3d打印设备的模块化zigbee监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，包含依次相连的ZIGBEE监控管理器、ZIGBEE中转网络、上位机，其中ZIGBEE监控管理器与3D打印设备相连接。本发明的系统，即插即用、上位机上不需添加硬件、对3D打印设备有完全的控制和数据读取能力、系统可以选择性地使用或更换各部分、系统具有扩展性。

Description

一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统

技术领域

本发明涉及通信系统技术领域，特别涉及一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统.

背景技术

3D打印是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的制造方式。它具有能简化加工工序、加工周期与结构复杂程度无关、成品免组装、结构复杂性无限制等优点，是未来制造技术的一个重要发展方向。同时满足了个性化、定制化且数量少的产品的制造需求。可以预见，该技术将进一步向个人家庭、大型组织和技术研究等应用领域普及。

3D打印设备的工作方式如下：上位机使用切片软件将STL模型转换为机器码，然后上位机控制软件用一定的规则将这些机器码逐条发送给3D打印设备，当3D打印设备逐条将所有机器码执行完毕后制造过程结束。

但在某些场景中，使用3D打印设备仍然有诸多不便，这妨碍了3D打印技术的普及进程。

而对于工厂用户而言，他们拥有的3D打印设备数量将会很多，所以需要对这些设备进行集中的管理。而ZIGBEE通讯技术由于其能耗低、自组网、配置简单等特性广泛应用于工业生产之中。因此使用ZIGBEE将工厂中大量3D打印设备连接起来集中管理是一种管理3D打印设备的可能方法。而且3D打印设备的工作效果受环境(如温度、湿度、风速)影响很大，工厂用户往往无法根据环境数据来对应地调整制造参数设置，设备的性能无法进一步地发挥。

因此ZIGBEE监控、制造参数设置建议、权限组织管理、数据记录分析、间接观察功能是3D打印技术走向真正普及当前所需要的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，包含依次相连的ZIGBEE监控管理器、ZIGBEE中转网络、上位机，其中ZIGBEE监控管理器与3D打印设备相连接。

所述的ZIGBEE监控管理器，包括顺序相连的环境数据采集模块、数据处理板、串口通信模块，其中数据处理板通过串口连接到3D打印设备，串口通信模块与ZIGBEE中转网络相连。

所述的环境数据采集模块包括摄像头、温湿度传感器、风速传感器。

所述的数据处理板的架构为AVR、ARM、X86中的一种。

所述的上位机为电脑、手机、单片机中的一种。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、它的监控管理功能是基于局域网的监控管理功能，作用范围为局域网覆盖范围。上位机是Client状态主动寻址。监控管理器是Server状态被动连接。权限管理功能集成在上位机功能软件中，数据记录分析功能在上位机进行，ZIGBEE网络范围内(厂方尺度)间接观察。

2、对3D打印设备能做到完全的ZIGBEE监控，不仅能对多个3D打印设备进行集中的组织管理，而且能智能分析环境数据并给出制造参数设置建议。

3、模块化设计：系统即插即用，上位机上不需添加硬件，系统可以选择性地使用或更换或卸载各部分、系统具有扩展性。

4、本系统不需经过任何改动即可应用于数控机床、激光焊接设备、无人全站仪等任何串口设备。本系统强调应用于3D打印设备是因为3D打印设备具有加工时间长、对环境要求高、个性化及定制化制造、数量多、地域上分散等特点，特别适合使用该系统。但这并不代表本发明不可用于其它现有的或未来的串口设备。

附图说明

图1为本发明所述的一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统的结构示意图；

图2为图1所述系统的ZIGBEE监控器的结构示意图；

图3为图1所述系统的上位机功能软件界面示意图；

图4为图1所述系统的环境数据信息流示意图；

图5为图1所述系统的3D打印设备状态信息流示意图；

图6为图1所述系统的机器码信息流示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。ZigBee的特点在于自组网和低功耗，特别适用于工业生产。自组网是指ZIGBEE网络每个节点同时可以起上下传和中转的功能，也就是说，ZIGBEE网络不需要像WIFI网络那样布置单独的路由器将网络架构起来。低功耗可以让ZIGBEE在使用电池的状态下也能工作数年之久。这样3D打印工厂就可以直接添加新的打印机，ZIGBEE网络可以自动找到连接这个新打印机的最佳路径；移除打印机后ZIGBEE网络也会自动修复。而且低功耗让通讯模块的电源方案有更多选择，可以轻易提供紧急电源，提高稳定性。

如图1，一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，包含依次相连的ZIGBEE监控管理器、ZIGBEE中转网络、上位机，其中ZIGBEE监控管理器与3D打印设备相连接；

所述的ZIGBEE监控管理器，包括顺序相连的环境数据采集模块、数据处理板2、串口通信模块4，其中数据处理板2通过串口1和接口8连接到3D打印设备9，串口通信模块4与ZIGBEE中转网络相连；

所述的环境数据采集模块包括摄像头10、温湿度传感器、风速传感器7，摄像头10通过接口6与数据处理板2连接。

根据所要处理的数据量，所述的数据处理板2的架构为AVR、ARM、X86中的一种；数据处理板负责将环境数据和3D打印设备发出的指令通过串口信号传送给串口通信模块，并且从串口通信模块接受来自上位机指令，并将指令中的机器码(直接指挥3D打印设备的代码)通过串口连接传递给3D打印设备，串口通信模块通过串口连接数据处理板，通过ZIGBEE协议连接ZIGBEE中转网络；所述串口通信模块的功能是把来自上位机的指令能传递到数据处理板，数据处理板上传的数据传输到ZIGBEE中转网络；

上位机功能软件的功能是虚拟串口、显示环境数据以及数据提取分析。当设备通过串口线连接到上位机，上位机会分配一个串口号(如COM3)给该设备，而上位机控制软件通过连接上这个串口号来与设备发生连接。如果使用该系统，设备没有直接通过串口与上位机相连，所以需要上位机功能软件将非串口连接方式虚拟为串口连接，让上位机分配一个串口号，上位机控制软件就可以通过这个串口号与设备对接。摄像头、温湿度传感器等环境数据采集模块是原有的3D打印设备所不具有的，上位机没有显示相应数据的窗口，所以上位机功能软件需要具备显示对应环境数据的界面。所述数据提取分析是提取服务器中储存的环境数据和设置数据，通过分析环境数据来向用户给出推荐的制造参数或者通过环境数据和设置数据间的对比帮助用户了解制造设置参数与打印效果间的联系。此外，上位机可以是电脑、手机甚至是单片机，在不同平台上的功能软件的形式可能有所不同。

如图4，环境数据是原本上位机和3D打印机都不产生的数据。环境数据由监控管理器上的环境数据采集模块产生，监控管理器的数据处理板2接收到后将其分析整理，串口通讯模块4则将数据的格式由串口转化为ZIGBEE协议5，通过ZIGBEE网络传送到达上位机。

如图5，打印机状态信息是由打印机生成的，原本直接传送到上位机。而本发明则是通过ZIGBEE网络将状态信息传送到上位机。监控管理器读取状态信息，串口通讯模块转换数据格式为ZIGBEE协议，通过ZIGBEE网络最终到达上位机。

如图6，机器码是由上位机生成的命令代码，原本由上位机直接传送到3D打印机。而本发明的则是通过ZIGBEE网络将机器码从上位机发送到3D打印机。串口通讯模块从ZIGBEE网络接受数据转换格式为串口，监控管理器将机器码发给打印机。

具体到本实施例，进一步地讲：

联网监控管理器的内部结构和连接方式如图2所示。3D打印设备串口接口8原本通过USB接口连接上位机。使用系统时需将USB插头插在数据处理板串口通讯接口A1。然后再将监控管理器配置通过ZIGBEE协议连接上ZIGBEE中转网络即可。

上位机功能软件的界面如图3所示。功能软件内部对上位机控制软件进行了关联，使用时只需打开上位机功能软件就可以同步打开上位机控制软件。然后功能软件的界面边框会自动与控制软件的界面边框锁定，从而给用户一个集成化的上位机软件环境。在其中一种上位机功能软件界面设计中，软件分为三部分功能，分别是实时视频监控、环境数据的呈现以及制造参数设置建议以及历史数据的提取和分析。

以下是该系统应用的一个场合：

对于工厂等大量拥有3D打印设备的用户，当他们需要统一管理这些设备时就可以引入这个系统。使用系统需要：购买与设备数量对应的ZIGBEE监控器，对其配置连接上家庭电脑，将3D打印设备蓝牙监控器的串口线连接到3D打印设备，安装上位机功能软件。这样组织内部人员就可以统一管理3D打印设备了。另外，用户可以随时根据自己的需要升级、添加、转让或卸载系统的模块，大幅降低设备或系统升级换代的成本。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，其特征在于：包含依次相连的ZIGBEE监控管理器、ZIGBEE中转网络、上位机，其中ZIGBEE监控管理器与3D打印设备相连接；

所述的ZIGBEE监控管理器，包括顺序相连的环境数据采集模块、数据处理板、串口通信模块，其中数据处理板通过串口连接到3D打印设备，串口通信模块与ZIGBEE中转网络相连；

所述数据处理板负责将环境数据和3D打印设备发出的指令通过串口信号传送给串口通信模块，并且从串口通信模块接受来自上位机指令，并将指令中的机器码通过串口连接传递给3D打印设备，串口通信模块通过串口连接数据处理板，通过ZIGBEE协议连接ZIGBEE中转网络；所述串口通信模块的功能是把来自上位机的指令能传递到数据处理板，数据处理板上传的数据传输到ZIGBEE中转网络；

所述上位机是用于提供虚拟串口、显示环境数据以及提取分析数据；当3D打印设备通过串口线连接到上位机，上位机会分配一个串口号给该3D打印设备，而上位机的控制软件通过连接上这个串口号来与该3D打印设备发生连接；如果使用ZIGBEE监控系统，3D打印设备没有直接通过串口与上位机相连，所以需要上位机将非串口连接方式虚拟为串口连接，让上位机分配一个串口号，上位机控制软件就能够通过这个串口号与设备对接；

所述提取分析数据是提取服务器中储存的环境数据和设置数据，通过分析环境数据来向用户给出推荐的制造参数或者通过环境数据和设置数据之间的对比帮助用户了解制造设置参数与打印效果间的联系；

所述环境数据由监控管理器上的环境数据采集模块产生，监控管理器的数据处理板接收到后将其分析整理，串口通讯模块则将数据的格式由串口转化为ZIGBEE协议，通过ZIGBEE网络传送到达上位机；

所述3D打印设备，其状态信息是通过ZIGBEE网络将状态信息传送到上位机；监控管理器读取状态信息，串口通讯模块转换数据格式为ZIGBEE协议，通过ZIGBEE网络最终到达上位机；

所述机器码是通过ZIGBEE网络将机器码从上位机发送到3D打印机；串口通讯模块从ZIGBEE网络接受数据转换格式为串口，监控管理器将机器码发给打印机。

2.根据权利要求1所述的应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，其特征在于：所述的环境数据采集模块包括摄像头、温湿度传感器、风速传感器。

3.根据权利要求1所述的应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，其特征在于：所述的数据处理板的架构为AVR、ARM、X86中的一种。

4.根据权利要求1所述的应用于3D打印设备的模块化ZIGBEE监控系统，其特征在于：所述的上位机为电脑、手机、单片机中的一种。