CN112230603B - 一种基于数控机床的多传感器数据采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控机床技术领域，公开一种基于数控机床的多传感器数据采集方法及系统。方法包括：获取配置信息，配置信息包括采集通道及与采集通道对应的配置数据，每个采集通道对应每种传感器或数控机床，每个传感器安装于数控机床的相应位置；根据每个采集通道支持的通讯协议，选择与采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据。本方法能够兼容采集多种传感器或机床的数据，并且，用户可以根据自身需要，增删相应采集通道以采集相应数据，各个采集通道可以独立运行，互不干扰，因此，本方法的扩展性比较好。

Description

一种基于数控机床的多传感器数据采集方法及系统

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种基于数控机床的多传感器数据采集方法及系统。

背景技术

随着数控机床的技术发展，数控机床越来越智能化。数控机床可以通过各类传感器采集当前的工作数据，并利用大数据分析方法，分析数控机床的当前加工状态，并根据当前加工状态，可靠安全控制数控机床。

然而，传统数控机床只能采集某一类型的机床或传感器的数据，无法兼容多种机床或多种传感器的数据采集，扩展性比较差，无法满足更加高端化和智能化的加工场景。

发明内容

本发明实施例的一个目的旨在提供一种基于数控机床的多传感器数据采集方法及系统，其能够兼容采集多种传感器或机床的数据。

在第一方面，一种基于数控机床的多传感器数据采集方法，包括：

获取配置信息，所述配置信息包括采集通道及与所述采集通道对应的配置数据，每个所述采集通道对应每种所述传感器或所述数控机床，每个所述传感器安装于所述数控机床的相应位置；

根据每个所述采集通道支持的通讯协议，选择与所述采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据。

可选地，每个所述采集通道对应每个第一环形队列，每个所述第一环形队列用于暂存与每个所述采集通道对应的传感器或数控机床的工作数据。

可选地，所述选择与所述采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据包括：

根据第一预设定时时间，定时读取每个所述第一环形队列的工作数据并将其写入第一数据缓冲区，所述第一预设定时时间由全部所述传感器或所述数控机床中的最小采集频率确定；

将缓存于所述第一数据缓冲区内的各个所述第一环形队列的工作数据封装成数据包；

将每个所述数据包存储于预设数据文件中，和/或，将每个所述数据包传输至第二环形队列进行存储。

可选地，所述数控机床包括显示模块，所述方法还包括：

根据第二预设定时时间，定时读取所述第二环形队列的数据包并将其写入第二数据缓冲区；

对缓存于所述第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理，得到每个所述采集通道的第一降频工作数据；

控制所述显示模块以波形图方式显示每个所述采集通道的第一降频工作数据。

可选地，所述对缓存于所述第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理包括：

解析所述第二数据缓冲区的数据包，得到每个所述采集通道的工作数据；

对每个所述采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第一降频工作数据，所述每组工作数据包括与第一预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据；

依序聚类每个所述采集通道的每个第一降频工作数据。

可选地，所述对缓存于所述第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理还包括：

当计算到目标采集通道中一组工作数据的数据数量小于所述第一预设降频系数时，记录所述第一预设降频系数与所述数据数量的差值；

当对下一个数据包中各个采集通道的工作数据进行计数操作时，在所述目标采集通道中去除与所述差值对应数量的工作数据。

可选地，所述方法还包括：

根据第二预设定时时间，定时读取所述第二数据缓冲区的数据包并将其写入第三环形队列；

对所述第三环形队列内的数据包进行降频处理，得到每个所述采集通道的第二降频工作数据；

上传所述第二降频工作数据至目标设备。

可选地，所述对所述第三环形队列内的数据包进行降频处理包括：

解析所述第三环形队列内的数据包，得到每个所述采集通道的工作数据；

对每个所述采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第二降频工作数据，所述每组工作数据包括与第二预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据；

依序聚类每个所述采集通道的每个第二降频工作数据。

可选地，所述上传所述第二降频工作数据至目标设备包括：

获取所述目标设备发送的连接请求，所述连接请求携带所述目标设备的密钥；

当所述密钥匹配标准密钥时，发送所述第二降频工作数据至所述目标设备。

在第二方面，一种非易失性可读存储介质，所述非易失性可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使一个或多个处理器执行任一项所述的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

在第三方面，本发明实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器执行上述基于数控机床的多传感器数据采集方法。

在第四方面，本发明实施例提供一种基于数控机床的多传感器数据采集系统，包括：

数控机床；

传感器模块，包括至少两个传感器，每个所述传感器安装于所述数控机床的相应位置，用于采集所述数控机床加工零件时的相应工作数据；

显示模块，安装于所述数控机床，用于显示配置界面，所述配置界面用于接收配置信息；

通讯模块，安装于所述数控机床，用于与外部设备互相通讯；

控制模块，分别与所述传感器模块、所述显示模块及所述通讯模块电连接，用于执行上述基于数控机床的多传感器数据采集方法。

本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：在本发明实施例提供的基于数控机床的多传感器数据采集方法中，首先，获取配置信息，配置信息包括至少两个采集通道及与每个采集通道对应的配置数据，每个采集通道对应每种传感器或每种数控机床，每个传感器安装于数控机床的相应位置。其次，根据每个采集通道支持的通讯协议，选择与采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据。本方法能够兼容采集多种传感器或机床的数据，并且，用户可以根据自身需要，增删相应采集通道以采集相应数据，各个采集通道可以独立运行，互不干扰，因此，本方法的扩展性比较好。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提供的一种基于数控机床的多传感器数据采集系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于数控机床的多传感器数据采集方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的在一种交叉式环形队列下作频率融合和数据降频的场景示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于数控机床的多传感器数据采集装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种控制模块的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。再者，本发明所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

本发明实施例提供一种基于数控机床的多传感器数据采集系统。请参阅图1，多传感器数据采集系统100包括数控机床11、传感器模块12、显示模块13、通讯模块14及控制模块15。

数控机床11用于加工工件，其可以对工件实施铣削、钻削、铰削、镗削、攻丝或车削等加工方式。在一些实施例中，数控机床11包括任意合适类型机床，例如立式数控机床或卧式数控机床。

传感器模块12用于采集数控机床11加工工件时的工作数据，例如，传感器模块12采集与数控机床11主轴的工作数据，其中，主轴用于带动刀具实施加工作业。工作数据包括用于驱动主控工作的电流信号、电压信号、转矩、电机转差率或功率信号等等。再例如，传感器模块12还可采集数控机床11加工工件时产生的关联信号作为工作数据，工作数据包括加工区域所产生的振动信号或声音信号等等。

在一些实施例中，传感器模块12包括两种或两种以上传感器，不同传感器支持不同通讯协议，例如，传感器为振动传感器，振动传感器可安装在加工区域，振动传感器可以采集振动数据作为工作数据。再例如，传感器为功率传感器，功率传感器可以采集数控机床加工时的功率数据作为工作数据。

可以理解的是，本文所阐述的工作数据可以由传感器模块采集得到，亦可以调用数控机床本地的运行数据作为工作数据。

显示模块13用于显示数控机床11的运行情况，例如，显示模块13显示数控机床11的功率情况，或者，显示数控机床11加工时的振动情况，或者显示数控机床11加工时的主轴刀具的坐标位置等等。

在一些实施例中，显示模块13包括触控屏幕或者非触控屏幕，可以是TFT屏幕(Thin Film Transistor，TFT薄膜场效应晶体管)、TFD屏幕(Thin Film Diode，TFD薄膜二极管)、UFB屏幕(Ultra Fine Bright，UFB)、STN屏幕(Super Twisted Nematic，STN)、OLED屏幕(Organic Light-Emitting Diode，OLED有机发光二极管)、AMOLED屏幕(ActiveMatrix/Organic Light Emitting Diode，AMOLED有源矩阵有机发光二极体面板)，以及等等。

通讯模块14安装于数控机床11，用于与外部设备互相通讯，通讯模块14将工作数据传输至外部设备，外部设备存储工作数据，并利用工作数据完成大数据分析和处理，从而为一些应用开发作好基础。其中，外部设备可以为上位机，亦可以为其它用户指定的设备。

在一些实施例中，通讯模块14包括6G通讯模块、5G通讯模块、4G通讯模块、3G通讯模块、GSM模块、蓝牙模块、wifi模块或Zigbee模块等。

控制模块15分别与传感器模块12、显示模块13及通讯模块14电连接。控制模块作为控制核心，用于执行下文所述的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

在一些实施例中，控制模块15可以支持window平台、Qt creator为编程环境等平台环境。

在一些实施例中，控制模块15可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制模块15还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制模块15也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核、或任何其它这种配置。

本发明实施例提供一种基于数控机床的多传感器数据采集方法，请参阅图2，基于数控机床的多传感器数据采集方法S200包括：

S21、获取配置信息，配置信息包括采集通道及与采集通道对应的配置数据；

在本实施例中，配置信息用于指示控制模块配置相应采集通道，并为每个采集通道开辟一个独立采集线程，每个采集通道对应每种传感器或数控机床，每个独立采集线程可以采集和处理由对应传感器或数控机床传输的工作数据，例如，振动传感器采集振动数据，并将振动数据传输至第一采集线程，第一采集线程处理振动数据。再例如，功率传感器采集功率数据，并将功率数据传输至第二采集线程，第二采集线程处理功率数据。再例如，控制模块与数控机床进行通讯，获取数控机床的主轴负载、PLC地址信号、宏变量、轴坐标、报警输出、程序名等机床数据，并将工作数据传输至第三采集线程，第三采集线程处理机床数据。

通过为每个采集通道配置一个独立采集线程，其能够保证数据的实时性，稳定性，确保数据不会丢失。

在本实施例中，每个传感器安装于数控机床的相应位置，例如，振动传感器可以安装在数控机床的加工区域，功率传感器可以安装在用于驱动数控机床工作的功率输入处。

在本实施例中，配置信息由用户在显示模块提供的配置页面进行输入操作而得到，通常的，为了采集某种工作数据，用户需要在数控机床中新增传感器或者监控数控机床的机床数据时，用户可以在配置页面上输入配置信息，以配置新的采集通道。或者，当某种工作数据无需监控或使用时，用户可以在配置页面上删减已有的采集通道。

可以理解的是，本文不对传感器类型作任何限定，只要用户出于业务需求，需要监控数控机床的某种工作变化而需要增加或删减传感器，用户都可以配置或删减相应采集通道。

在本实施例中，配置数据包括需要采集的工作数据、是否启动采集、采集通道数、采集的机床和传感器类型、采集的信号地址、是否保存采集数据、上传数据接口通道等。

在一些实施例中，配置数据的处理通过一个单例类来保证了该类对象的全局唯一，并且保证多线程访问的安全，通过结构体和JSON字符串的相互转换来存储和读取配置数据。

S22、根据每个采集通道支持的通讯协议，选择与采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据。

在本实施例中，控制模块根据modbus、fanuc机床标准协议、opcua等多种通讯协议与不同机床或传感器通讯，由于配置采集通道时，控制模块确定所述采集通道所要采集的工作数据类型及对应的机床类型或传感器类型，因此，控制模块可以根据每个采集通道支持的通讯协议，选择与采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据。

在一些实施例中，工作数据包括机床数据、功率数据或振动数据，机床数据包括主轴负载、PLC地址信号、宏变量、轴坐标、报警输出、程序名等。功率数据包括总功率、输入电压值、显示倍率、基础功率、极限功率、消空程防碰撞开关、开关量输出方式等。

因此，本方法能够兼容采集多种传感器或机床的数据，并且，用户可以根据自身需要，增删相应采集通道以采集相应数据，各个采集通道可以独立运行，互不干扰，因此，本方法的扩展性比较好。并且，采用本方法，其能够提升智能制造技术水平，实现制造过程的数据化、网络化和智能化，提高生产效率，增强生产安全，提高产品品质，数据化管理。

在一些实施例中，每个采集通道对应每个第一环形队列，每个第一环形队列用于暂存与每个采集通道对应的传感器或数控机床的工作数据。

请参阅图3，控制模块开辟3个采集通道，分别对应功率传感器301、数控机床302及振动传感器303，每个传感器皆对应一个第一环形队列304，每个传感器或数控机床的工作数据可以暂存在对应的第一环形队列304。

通常，一些传感器采集的工作数据需要一份多用的，比如，既要通过显示模块将工作数据以波形图呈现出，又要将工作数据传输至下一环节，传统技术可以采用简单的环形队列方法进行读取，然而，在传统环形队列中，某个数据出环形队列后就从缓冲区中清除，导致数据只能使用一次，而其它地方需要使用数据时，传统作法是通过环形队列方法将数据拷贝在内存里。然而，在本实施例中，传感器数量比较多，由于同时采集多传感器的工作数据，并且每种传感器的采集频率可能不同，有些传感器的采集频率比较高，在高频采集数据的情况下，入队和出队的速度就需要极快，不同地方拿取数据的速度又不一致。拷贝数据不仅会增大开销，还可能造成缓存区溢出，导致数据丢失，所用的数据不一致，容易出现时间戳的错位。

在一些实施例，在步骤S22中，首先，控制模块根据第一预设定时时间，定时读取每个第一环形队列的工作数据并将其写入第一数据缓冲区，第一预设定时时间由全部传感器或数控机床中的最小采集频率确定。其次，控制模块将缓存于第一数据缓冲区内的各个第一环形队列的工作数据封装成数据包。最后，控制模块将每个数据包存储于预设数据文件中，和/或，将每个数据包传输至第二环形队列进行存储。

请继续参阅图3，功率传感器的采集频率为4000Hz，振动传感器的采集频率为10000Hz，数控机床的采集频率为8000Hz，系统的数据采集初始化时，功率传感器、振动传感器及数控机床将各自的采集频率上传至各自对应的第一环形队列304，再通过对应的第一环形队列304上传至第一数据缓冲区305，第一数据缓冲区305配置有第一定时器，控制模块根据从各个采集频率中比对出最小采集频率，例如，最小采集频率为功率传感器的采集频率4000Hz，若要保证至少读取到一个由功率传感器采集的工作数据并将该一个工作数据写入第一数据缓冲区305，则至少需要定时0.25毫秒，但是，考虑到误差和保留一定裕量，可以将定时2毫秒，亦即，将第一定时器的第一预设定时时间设置为2毫秒，其能够可靠保证采集到各个传感器或数控机床的工作数据。

因此，控制模块可以在与功率传感器301对应的第一环形队列中读取到8个工作数据，在与数控机床302对应的第一环形队列中读取到16个工作数据，在与振动传感器303对应的第一环形队列中读取到20个工作数据。

接着，控制模块将功率传感器301的8个工作数据、数控机床302的16个工作数据及振动传感器303的20个工作数据封装成一个数据包，并将该数据包存储于预设数据文件306中，以及传输至第二环形队列307进行存储。在一些实施例中，预设数据文件306可以由用户自定义数据格式，其能够通过间隔存储形式，可以同时存储多个采集通道的工作数据，一采集通道存储一种传感器或数控机床的工作数据，后面需要分析多种工作数据时，可以直接使用预设数据文件306即可。由于各种工作数据能够同时存储在同一个预设数据文件306中，相对传统技术需要将各种工作数据分别存储在不同文件的方式，本方法能够避免频繁操作不同文件，提高存储效率。

至此，即使不同传感器或数控机床的采集频率不一致，采用本方法，通过交叉对列的过滤处理后，各个采集通道的工作数据能够进行融合，并且还能够保证由第二环形队列307输出的工作数据的频率是一致相同的，有利于后续环节以相同的频率从第二环形队列307抓取数据。

通常，为了直观观察各个传感器或数控机床的工作状态变化，控制模块还可以控制显示模块，将各个传感器或数控机床的工作状态通过波形图显示出。波形图是由若干坐标点连接组成的动态曲线，在数控机床领域，用户更加关注的是波形图的曲线规律，对波形图曲线中每个坐标点的数据并不是着重关注点，一般都不会对波形图的数据进行分析。一般工业场景是无需采用高分辨率来显示波形图，并且，数控机床领域的显示模块的分辨率不是很高，采用显示模块显示高频数据，其会造成资源浪费，界面刷新缓慢，在运行内存小的情况下，还会造成卡顿。

在一些实施例中，首先，控制模块根据第二预设定时时间，定时读取第二环形队列的数据包并将其写入第二数据缓冲区。请继续参阅图3，第二数据缓冲区308配置有第二定时器，控制模块设置第二定时器的第二预设定时时间设置为2毫秒，定时读取第二环形队列307的数据包并将其写入第二数据缓冲区308。

其次，控制模块对缓存于第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理，得到每个采集通道的第一降频工作数据。最后，控制模块控制显示模块以波形图方式显示每个采集通道的第一降频工作数据。

因此，采用本方法，通过对数据包中每个采集通道的工作数据进行降频处理，一方面，此做法更加贴切数控机床领域的工业场景，既能够大致呈现各个传感器或数控机床的工作状态，又能够无需耗费大量运行资源进行显示，并且提高界面刷新效率和流畅性。

在一些实施例中，控制模块对缓存于第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理时，首先，控制模块解析第二数据缓冲区的数据包，得到每个采集通道的工作数据。其次，控制模块对每个采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第一降频工作数据，每组工作数据包括与第一预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据。最后，控制模块依序聚类每个采集通道的每个第一降频工作数据。

举例而言，请继续参阅图3，第二数据缓冲区308的数据包包括功率传感器、数控机床及振动传感器三者各自对应的采集通道的工作数据，具体的，功率传感器的8个工作数据为{A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8}，数控机床的16个工作数据为{B1,B2,B3,……B14,B15,B16}，振动传感器的20个工作数据为{C1,C2,C3,……C18,C19,C20}。

在本实施例中，控制模块控制计数器309对每个采集通道的工作数据进行计数操作，其中，计数器309被配置有第一预设降频系数，第一预设降频系数由用户自定义，例如，第一预设降频系数为3。于是，计数器309对每个采集通道的工作数据进行计数操作时，每3个工作数据为一组工作数据，例如，功率传感器的一组工作数据{A1,A2,A3}，数控机床的一组工作数据{B1,B2,B3}，振动传感器的一组工作数据{C1,C2,C3}。

控制模块控制计数器309挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第一降频工作数据，例如，在功率传感器的一组工作数据{A1,A2,A3}中，挑选A1作为第一降频工作数据，同理可得，挑选B1与C1作为第一降频工作数据。

最后，控制模块依序聚类每个采集通道的每个第一降频工作数据，例如，聚类功率传感器对应的采集通道的每个第一降频工作数据{A1,A4,A7}，聚类数控机床对应的采集通道的每个第一降频工作数据{B1,B4,B7,B10,B13,B16}，聚类振动传感器对应的采集通道的每个第一降频工作数据{C1,C4,C7,C10,C13,C16,C19,C20}。

在一些实施例，对缓存于第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理时，在第二数据缓冲区内，当其中一条采集通道对应的工作数据的数量不是第一预设降频系数的倍数时，亦即，当计算到目标采集通道中一组工作数据的数据数量小于第一预设降频系数时，记录第一预设降频系数与数据数量的差值。当对下一个数据包中各个采集通道的工作数据进行计数操作时，在目标采集通道中去除与差值对应数量的工作数据。

举例而言，目标采集通道为功率传感器对应的采集通道，第一预设降频系数为3，控制模块控制计算器309计算到第三组工作数据{A7，A8}时，检测到第三组工作数据{A7，A8}的数据数量小于3，于是，控制模块记录差值1＝3-2。后续，第二数据缓冲区308再次缓存到下一个数据包，控制模块对所述下一个数据包进行解析，得到每个所述采集通道的工作数据，其中包括目标采集通道的工作数据，假设此处目标采集通道的工作数据为{D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8}，于是，控制模块在目标采集通道的工作数据{D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8}中取出1个工作数据，亦即，去除D1，最后，控制模块再对目标采集通道的工作数据{D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8}进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第一降频工作数据。

在一些实施例中，控制模块还可以进一步降频，并将再次降频后的工作数据上传至目标设备，以供目标设备进行监控分析。

在一些实施例中，首先，控制模块根据第二预设定时时间，定时读取第二数据缓冲区的数据包并将其写入第三环形队列。请继续参阅图3，第二数据缓冲区308的第二定时器定时读取第二环形队列307的数据包并将其写入第三环形队列310。其次，控制模块对第三环形队列内的数据包进行降频处理，得到每个采集通道的第二降频工作数据。最后，控制模块上传第二降频工作数据至目标设备，目标设备包括上位机、手机、移动终端、本地服务器或云端服务器。

举例而言，对第三环形队列内的数据包进行降频处理时，首先，控制模块解析第三环形队列内的数据包，得到每个采集通道的工作数据，对每个采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第二降频工作数据，每组工作数据包括与第二预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据，依序聚类每个所述采集通道的每个第二降频工作数据。

举例而言，控制模块控制计数器311对每个采集通道的工作数据进行计数操作，其中，计数器311被配置有第二预设降频系数，第二预设降频系数由用户自定义，例如，第二预设降频系数为3。于是，计数器311对每个采集通道的工作数据进行计数操作时，每3个工作数据为一组工作数据。此处计数原理同上所述，在此不赘述。

可以理解的是，由于传感器的采集频率偶尔出现轻微波动，导致采集的数据的数量不是固定的，后续，每个数据包中每个采集通道的工作数据的数量可能是变化的，例如，每个采集通道每小时的数据数量可能不等于理论数量，然而，每个工作数据都有对应的坐标时间，其中，每个工作数据的坐标时间＝起始时间+累计数量*周期，周期＝1/采集频率。如果系统按照上述公式来确定每个工作数据的坐标时间，随着累计数量越来越大，坐标时间的误差也会越大。为了减小此误差，在本实施例中，控制模块按照预设周期重置其实时间和累计数量，例如，每半个小时重置一次起始时间和累积数量。

采用此种方式，其能够提高每个工作数据与时间的对应性，增强波形图显示效果，并且有利于后续根据工作数据进行可靠地分析。

总体而言，本方法利用交叉式环形队列分别完成了数据包的频率融合和工作数据的降频，满足多种传感器的数据采集需要，又满足其它应用场景的需要。

通常，出于控制数控机床的安全性和可靠性，多传感器数据采集系统与目标设备之间的数据传输需要连续和快速，速度可以达到微妙级别，在如此快速的传输过程中，数据也是不能丢失的。若目标设备收到空包，则目标设备是无法精准地监控数控机床的工作状态，无法及时发出警报。

在一些实施例中，目标设备的数量可以为多个，亦即，不同目标设备可以访问多传感器数据采集系统，为了防止一些非法设备伪装成目标设备，恶意攻击多传感器数据采集系统，恶意截取多传感器数据采集系统与目标设备的数据，使得在传输数据时出现空包状态。因此，在一些实施例中，上传第二降频工作数据至目标设备时，控制模块获取目标设备发送的连接请求，连接请求携带目标设备的密钥，当密钥匹配标准密钥时，发送第二降频工作数据至目标设备。

在一些实施例中，控制模块存储各个目标设备的身份信息，每个目标设备首次请求多传感器数据采集系统时，控制模块验证目标设备的身份信息，若验证通过，则控制模块随机生成一个密钥并将其返回给目标设备，且还将发送给所述目标设备的工作数据进行加密，以禁止其它目标设备访问此工作数据，至此，控制模块已对所述目标设备完成初始化连接的设置。后期，目标设备再次请求多传感器数据采集系统时，可以将密钥封装在此次请求中。

在一些实施例中，目标设备与多传感器数据采集系统都有互相匹配的加密算法，目标设备或多传感器数据采集系统每次成功建立连接后，目标设备根据加密算法，重新生成客户端密钥，控制模块根据加密算法，也重新生成所述客户端密钥。因此，当目标设备与多传感器数据采集系统在传输数据时被恶意攻击而泄露密钥时，对方也仅获得已失效密钥，从而降低对方持着已失效密钥连续截取数据的概率。

在一些实施例中，在预设时长内，当检测到未与目标设备建立请求连接时，控制模块删除所述目标设备对应的密钥，并将所述目标设备的工作数据进行解密，从而将工作数据释放。

总体而言，本方法具有以下优势：1、配置界面灵活。即使工业应用场景比较复杂，但是本方法可以根据不同需求，增删采集通道，结合各种传感器进行数据采集，从而实现数控机床的多种工作状态的监控。2、兼容性强。本方法可以采集多种工作数据，并且不同协议的工作数据的采集独立运行，互不干扰。3、采集速度快。采集效率只受运行环境和采集硬件的影响，在工业电脑全速采集的情况下，采集速度能达到200KHZ。4、实时性强。对异常信号的响应时间在100ms以内精度高，能够及时有效的做出异常处理。5、安装操作流程简单。安装只需要按照流程一步一步点击即可，采集时只需要打开软件进行需求配置，无其余复杂操作。

需要说明的是，在上述各个实施方式中，上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序，本领域普通技术人员，根据本发明实施方式的描述可以理解，不同实施方式中，上述各步骤可以有不同的执行顺序，亦即，可以并行执行，亦可以交换执行等等。

作为本发明实施方式的另一方面，本发明实施方式提供一种基于数控机床的多传感器数据采集装置。其中，基于数控机床的多传感器数据采集装置可以为软件模块，所述软件模块包括若干指令，其存储在存储器内，处理器可以访问该存储器，调用指令进行执行，以完成上述各个实施方式所阐述的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

在一些实施方式中，基于数控机床的多传感器数据采集装置亦可以由硬件器件搭建成的，例如，基于数控机床的多传感器数据采集装置可以由一个或两个以上的芯片搭建而成，各个芯片可以互相协调工作，以完成上述各个实施方式所阐述的基于数控机床的多传感器数据采集方法。再例如，基于数控机床的多传感器数据采集装置还可以由各类逻辑器件搭建而成，诸如由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合而搭建成。

请参阅图4，基于数控机床的多传感器数据采集装置400包括配置模块41与采集模块42，配置模块41用于获取配置信息，配置信息包括采集通道及与采集通道对应的配置数据，每个采集通道对应每种传感器或数控机床，每个传感器安装于数控机床的相应位置；采集模块42用于根据每个采集通道支持的通讯协议，选择与采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据。

因此，本装置能够兼容采集多种传感器或机床的数据，并且，用户可以根据自身需要，增删相应采集通道以采集相应数据，各个采集通道可以独立运行，互不干扰，因此，本装置的扩展性比较好。

在一些实施例中，每个采集通道对应每个第一环形队列，每个第一环形队列用于暂存与每个采集通道对应的传感器或数控机床的工作数据。

在一些实施例中，采集模块42用于根据第一预设定时时间，定时读取每个第一环形队列的工作数据并将其写入第一数据缓冲区，第一预设定时时间由全部传感器或数控机床中的最小采集频率确定；将缓存于第一数据缓冲区内的各个第一环形队列的工作数据封装成数据包；将每个数据包存储于预设数据文件中，和/或，将每个数据包传输至第二环形队列进行存储。

在一些实施例中，数控机床包括显示模块，请继续参阅图4，基于数控机床的多传感器数据采集装置400还包括第一定时读取模块43、第一降频模块44及显示模块45。

第一定时读取模块43用于根据第二预设定时时间，定时读取所述第二环形队列的数据包并将其写入第二数据缓冲区；第一降频模块44用于对缓存于第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理，得到每个采集通道的第一降频工作数据；显示模块45用于控制显示模块以波形图方式显示每个采集通道的第一降频工作数据。

在一些实施例中，第一降频模块44具体用于解析第二数据缓冲区的数据包，得到每个采集通道的工作数据；对每个采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第一降频工作数据，每组工作数据包括与第一预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据；依序聚类每个采集通道的每个第一降频工作数据。

在一些实施例中，第一降频模块44还具体用于当计算到目标采集通道中一组工作数据的数据数量小于第一预设降频系数时，记录第一预设降频系数与数据数量的差值；当对下一个数据包中各个采集通道的工作数据进行计数操作时，在目标采集通道中去除与差值对应数量的工作数据。

在一些实施例中，请继续参阅图4，基于数控机床的多传感器数据采集装置400还包括第二定时读取模块46、第二降频模块47及上传模块48。

第二定时读取模块46用于根据第二预设定时时间，定时读取第二数据缓冲区的数据包并将其写入第三环形队列；第二降频模块47用于对第三环形队列内的数据包进行降频处理，得到每个采集通道的第二降频工作数据；上传模块48用于上传第二降频工作数据至目标设备。

在一些实施例中，第二降频模块47具体用于解析第三环形队列内的数据包，得到每个采集通道的工作数据；对每个采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第二降频工作数据，每组工作数据包括与第二预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据；依序聚类每个采集通道的每个第二降频工作数据。

在一些实施例中，上传模块48用于获取目标设备发送的连接请求，连接请求携带目标设备的密钥；当密钥匹配标准密钥时，发送第二降频工作数据至目标设备。

需要说明的是，上述基于数控机床的多传感器数据采集装置可执行本发明实施方式所提供的基于数控机床的多传感器数据采集方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在基于数控机床的多传感器数据采集装置实施方式中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施方式所提供的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种控制模块的电路结构示意图。如图5所示，控制模块500包括一个或多个处理器51以及存储器52。其中，图5中以一个处理器51为例。

处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器52作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于数控机床的多传感器数据采集方法对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行基于数控机床的多传感器数据采集装置的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例提供的基于数控机床的多传感器数据采集方法以及上述装置实施例的各个模块或单元的功能。

存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器52中，当被所述一个或者多个处理器51执行时，执行上述任意方法实施例中的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图5中的一个处理器51，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行任一项所述的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

以上所描述的装置或设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于数控机床的多传感器数据采集方法，其特征在于，包括：

获取配置信息，所述配置信息包括采集通道及与所述采集通道对应的配置数据，每个所述采集通道对应每种所述传感器或所述数控机床，每个所述传感器安装于所述数控机床的相应位置，每个所述采集通道对应每个第一环形队列，每个所述第一环形队列用于暂存与每个所述采集通道对应的传感器或数控机床的工作数据；

根据每个所述采集通道支持的通讯协议，选择与所述采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据，其中，所述选择与所述采集通道对应的传感器或数控机床进行通讯，以获得相应的工作数据包括：

根据第一预设定时时间，定时读取每个所述第一环形队列的工作数据并将其写入第一数据缓冲区，所述第一预设定时时间由全部所述传感器或所述数控机床中的最小采集频率确定；

将缓存于所述第一数据缓冲区内的各个所述第一环形队列的工作数据封装成数据包；

将每个所述数据包存储于预设数据文件中，和/或，将每个所述数据包传输至第二环形队列进行存储。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数控机床包括显示模块，所述方法还包括：

根据第二预设定时时间，定时读取所述第二环形队列的数据包并将其写入第二数据缓冲区；

对缓存于所述第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理，得到每个所述采集通道的第一降频工作数据；

控制所述显示模块以波形图方式显示每个所述采集通道的第一降频工作数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对缓存于所述第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理包括：

解析所述第二数据缓冲区的数据包，得到每个所述采集通道的工作数据；

对每个所述采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第一降频工作数据，所述每组工作数据包括与第一预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据；

依序聚类每个所述采集通道的每个第一降频工作数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对缓存于所述第二数据缓冲区内的数据包进行降频处理还包括：

当计算到目标采集通道中一组工作数据的数据数量小于所述第一预设降频系数时，记录所述第一预设降频系数与所述数据数量的差值；

当对下一个数据包中各个采集通道的工作数据进行计数操作时，在所述目标采集通道中去除与所述差值对应数量的工作数据。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

根据第二预设定时时间，定时读取所述第二数据缓冲区的数据包并将其写入第三环形队列；

对所述第三环形队列内的数据包进行降频处理，得到每个所述采集通道的第二降频工作数据；

上传所述第二降频工作数据至目标设备。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述第三环形队列内的数据包进行降频处理包括：

解析所述第三环形队列内的数据包，得到每个所述采集通道的工作数据；

对每个所述采集通道的工作数据进行计数操作，挑选每组工作数据中的首个工作数据作为第二降频工作数据，所述每组工作数据包括与第二预设降频系数一致的一个或两个以上工作数据；

依序聚类每个所述采集通道的每个第二降频工作数据。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述上传所述第二降频工作数据至目标设备包括：

获取所述目标设备发送的连接请求，所述连接请求携带所述目标设备的密钥；

当所述密钥匹配标准密钥时，发送所述第二降频工作数据至所述目标设备。

8.一种基于数控机床的多传感器数据采集系统，其特征在于，包括：

数控机床；

传感器模块，包括至少两个传感器，每个所述传感器安装于所述数控机床的相应位置，用于采集所述数控机床加工零件时的相应工作数据；

显示模块，安装于所述数控机床，用于显示配置界面，所述配置界面用于接收配置信息；

通讯模块，安装于所述数控机床，用于与外部设备互相通讯；

控制模块，分别与所述传感器模块、所述显示模块及所述通讯模块电连接，用于执行如权利要求1至7任一项所述的基于数控机床的多传感器数据采集方法。

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