CN203929796U - 一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，包括光电式传感器检测电路模块，光电式传感器检测电路模块连接同步二进制4位计数器，同步二进制4位计数器连接单片机，单片机连接蓝牙模块，220V转12V电源模块连接光电式传感器检测电路模块，220V转5V电源模块连接同步二进制4位计数器和单片机。本实用新型的有益效果是机床转速测速设备结构简单，可实现无人远程测量数据获取。

Description

一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置

技术领域

本实用新型属于数控机床转速采集设备技术领域，涉及一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置。

背景技术

数控系统的维护一直是数控加工制造行业的一个大难题，当数控系统出现故障时，制造厂家和用户都不得不花费较大的物力，财力来维护和修理，造成很多不必要的经济损失，因此，数控加工制造行业迫切需要一种较好的方法来解决数控系统维护的问题。

蓝牙是一种短距离无线通信技术，用于代替数字设备和计算机外设间的电缆连接以及实现数字设备间的无线网络。在通信、网络、芯片，甚至消费类电气和汽车制造等方面等到了广泛的应用。但在工业控制领域的应用还非常有限。研究如何将蓝牙技术应用于数控系统是非常有实用价值的，为实现控制方式的多样性提供了一种新的思路。

中国民航大学周文在其硕士论文中提到：对于蓝牙技术的研究，从理论方面看，国外技术研究热点在于蓝牙散射网组网与路由算法研究，国内对此方面研究较少，只有少数机构开展这方面的研究。目前散射网组研究主要集中拓扑结构和调整策略。常见的拓扑结构包括树型、环型和网状型，等这些算法从蓝牙设备的功耗、通信带宽以及自组织等特性为出发点构建出来。同时，为了配合蓝牙网络技术的研究，一些专用的蓝牙网络模拟软件业应运而生，从而促进了蓝牙拓扑与网络算法的研究。从应用方面看，国外有一些成功应用的案例，并得到较大规模的推广，国内主要集中在消费类的产品的应用上，在工业应用方面较少，至少在一些文献中有提供一些方案，但大部分只是简单的接口转换应用，没有形成规模化的配套产品，也没有看见有价值的相关方案。

近年来短距离无线与移动通信异军突起，WLAN，蓝牙技术，移动AdHoc网以及超宽带(UWB)技术等各种热点技术相继出现，均展现出各自巨大的应用潜力，蓝牙技术作为一种新兴的无线通信技术应用到数据采集系统中，它还可以很方便的连接到Internet/Intranet中，与网络配合来实现远程数据采集与分析，这将极大的节约数据采集的成本，尤其是对现代制造业。同时，智能化的数据采集和控制系统可以很方便地通过Internet/Intranet将通信距离无线扩展。

传统的数据采集系统的采集端和控制端都是以有线的形式连接的，数据分析处理软件多在工控机及PC上实现，存在布线复杂，开发周期长等问题，随着信息技术的发展，分布式数据采集成为工业数据采集与分析的热点，体现了数据采集系统网络化，集中化，分布化，节点智能化的发展趋势，现代数据采集技术的发展对系统的可移动性和无缆性的要求空前提高。

在机床的检测和维修过程中，往往需要对机床各部分数据及参数进行采集，从而更早的发现故障，提高机床的安全性与可靠性。而现阶段主要采用机床自身的自检功能检测故障，而国内很大一部分的数控机床都是国外进口，由于缺乏翔实的资料与相关的技术，检测手段与方法基本上掌握在国外少数厂家。同时国内的制造业处于起步阶段，且大多数数控设备都是国外进口或从国外进口关键部件，现阶段数控机床还比较新，再过几年之后，随着数控机床的老化，数控机床故障的问题将日益凸显，数控机床的故障检测的研究势在必行。综上，数控机床的无线检测技术是未来发展的趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，解决了现有的机床转速测量设备结构复杂，需要现场人员操作的问题。

本实用新型所采用的技术方案是包括光电式传感器检测电路模块，光电式传感器检测电路模块连接同步二进制4位计数器，同步二进制4位计数器连接单片机，单片机连接蓝牙模块，220V转12V电源模块连接光电式传感器检测电路模块，220V转5V电源模块连接同步二进制4位计数器和单片机。

进一步，所述光电式传感器检测电路模块由光敏三极管连接开环运算放大器组成。

进一步，所述同步二进制4位计数器型号为74LS161。

进一步，所述单片机型号为STC89C52RC2

进一步，所述蓝牙模块型号为BlueCore04。

本实用新型的有益效果是机床转速测速设备结构简单，可实现无人远程测量数据获取。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为交流220转直流+5V电路原理图；

图3为交流220V转直流正负12V电路原理图；

图4为光电式传感器检测电路模块1电路原理图；

图5为同步二进制4位计数器2电路原理图；

图6为STC89C52RC2型单片机最小系统电路原理图；

图7为蓝牙模块电路原理图；

图8为蓝牙模块连接的串口电路原理图。

图中，1.光电式传感器检测电路模块，2.同步二进制4位计数器，3.单片机，4.蓝牙模块，5.220V转12V电源模块，6.220V转5V电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型如图1所示包括光电式传感器检测电路模块1，光电式传感器检测电路模块1连接同步二进制4位计数器2，同步二进制4位计数器2连接单片机3，单片机3连接蓝牙模块4，220V转12V电源模块5连接光电式传感器检测电路模块1，220V转5V电源模块6连接同步二进制4位计数器2和单片机3。光电式传感器检测电路模块1由光敏三极管连接开环运算放大器组成。同步二进制4位计数器2型号为74LS161。单片机3型号为STC89C52RC2。蓝牙模块4型号为BlueCore04。

光电式传感器检测电路模块1完成对转速信号的采集，电路中的开环运算放大器进行电压比较，实现A/D模数转换，转速信号通过电路连接到同步二进制4位计数器2，将计数结果然后送入单片机3，保存在单片机3的ROM中，单片机3和蓝牙模块4连接，控制蓝牙模块4将数据信号通过蓝牙无线方式发送出去。外部可采用带有蓝牙模块4的主机对信号进行接收，从而实现转速信号接收和发送的无线传输。外部的蓝牙接收模块4接收信号，PC机作为主机，可通过RS232串口或USB口与PC机连接。

光电式传感器检测电路模块1以光电效应为基础，是一种将光信号转换成电信号的传感器。光电传感器具有反应快，可实现非接触式的测量，同时具有精度高，分辨率高，可靠性高，结构简单，体积小，重量轻，便于集成等优点。被广泛应用于军事，通信，检测等各个领域。

89系列单片机是80C51系列单片机的典型代表，89系列单片机目前在世界的应用很广泛，可以满足大多数用户的需要。本实用新型采用STC89C52RC2型单片机，在其功能上和其他的51系列单片机可能有些不同，但其基本结构、工作原理和引脚与MCS51系列单片机8051完全兼容。

现阶段计数器的种类非常之多，在本设计中，使用的是74LS161型同步二进制4位计数器，该计数器可以通过串联的方式实现多位计数。

本实用新型采用的BlueCore04蓝牙模块可以应用于各种家电、仪器(如医疗设备)等电子信息产品。作为一种线缆取代方案，他可以直接与单片机或处理器相连，透明的实现设备间的无线数据传输。BlueCore04蓝牙模块有主从之分，一个主设备与一个从设备配套使用，当BlueCore04蓝牙模块硬件电路正确连接，并且加电启动之后，主从设备会自动建立连接，并且识别与记忆对方设备，之后，用户的设备就可以像使用一条串口线一样的使用BlueCore04蓝牙模块。

在系统电路连接好后，单片机3采用的自带软件，只需要对其进行操作执行命令的简单设置，实现其处理数据和控制蓝牙模块4转发数据的功能，设定定时器，记录定时器中断次数，每进入一次定时器中断，timer_num++。设定定时时间为0.05S，当timer_num＝1200时，进入发送函数，根据芯片内的固有计算功能计算出速度。

本实用新型硬件设计电路原理：

电源设计：交流220转直流+5V电路如图2所示。

交流220V转直流正负12V电路如图3所示。

其中，交流220V转直流5V：由于7805的最小输入电压为7.5V，所以经变压器之后的电压应大于7.5V，同时考虑到变压器的二次侧绕组及二极管上的降压，变压器二次侧的电压大约要高出10％，即7.5×1.1＝8.25V，本设计中取10V，则变压器线圈匝数比：同理，7812的最小输入电压为14V，最大输入电压为35V，同时考虑到变压器的二次侧绕组及二极管上的降压，变压器二次侧的电压大约要高出10％，及14×1.1＝15.4V，本设计中取输入电压为22V，则变压器线圈的匝数比：电源中都有二极管整流的电桥，220V转5V的整流电路中，二极管的反向击穿电压为U_RM1,220V转12V的的整流电路中，二极管的反向击穿电压为U_RM2,则有： $U_{\mathrm{RM}1}=10*\sqrt{2}=14V,U_{\mathrm{RM}2}=22*\sqrt{2}=30.8V;$ D1的整流电桥的二极管选择2CZ52A，其反向工作峰值电压为25V>14V，满足设计要求，D2的整流电桥的二极管选择2CZ52B，其反向工作峰值电压为50>30.8V，满足设计要求。在本实用新型中，负载为电子电路，负载电路很小，所以在选用元件时不考虑其最大整流电流。

光电式传感器检测电路模块1电路原理为：光敏三极管感受到光源之后，处于导通状态，发射极接上拉电阻，使发射极的电位提高，输出电压接开环运算放大器的同向输入端，进行电压比较，当大于比较电压时，输出+12V电压，小于比较电压时，输出－12V，在运算放大的输出端接一个二极管，保证后面输出给或非的电压是正电压，经过或非运算后，其输出电压完全符合数字电路的电压要求。在光电器件检测到光信号之后，光敏元件的亮电流会使电路导通，但光的强弱会影响亮电流的大小，其产生的信号是模拟信号，而计数器更希望识别数字信号，所以，需要将模拟信号变换成数字信号。这时，开环运算放大器就成了关键，它在开环状态下，处于比较器的状态，我们设定好他的比较电压，就可以很轻松的把模拟信号变换成矩形波，利用二极管的单向导通和串联电阻的分压原理，使之变成高低电平的数字信号，使他成为真正的能被单片机识别的数字信号。从保险和计数器工作的角度，我们在其连接到单片机的输出端又加了一个或非门，使其输出电压可以更稳定，即使电压波动大，将或门烧毁，也能保证计数器和后面电路的安全。光电式传感器检测电路模块1电路如图4所示。

(1)D1发光二极管，点亮电流10～20mA。R1＝750Ω。Q1为3DU1型光敏三极管。R2＝5.1kΩ。输出电压V_out＝(2.55～5.1)V，在后面的基准电压设置时，保证输出的电压能有一半以上大于基准电压(基准电压设为3.3V)。

(2)R8和C11构成一个低通滤波器，R8＝3.3kΩ，C11＝0.1uF。

(3)U6处于开环状态，属于比较器，在本设计中用于电压比较，产生脉冲信号，R7和R8的阻值设定和比较电压的基准电压有关，在本设计中，比较器的基准电压取3.3V，则R7＝8.2kΩ。另外，运算放大器的外加电压，选择12V。

(4)二极管D4用于整流，使输出电流的方向是单向的，不因为比较器输出反向电压而改变电源的极性。二极管在反向截止状态下承受12V的反向电压，放大器耐压值应大于12V，则D4的整流电桥的二极管选择2CZ52A，其反向工作峰值电压为25V>12V，满足设计要求。二极管D4和R12、R13构成检测部分的输出，如果输出电压为5V，则有取R12＝5.6kΩ，R13＝4.7kΩ，U7是一个TTL或非运算的门电路，确保输出的电平信号为数字电路的电平信号方便计数器计数。

如图5所示为同步二进制4位计数器2电路原理图：speed为整形型的16位数，但在本设计中，对转速的最高设定值为2400，最多使用12bit的存储器就能表示清楚。所以，使用3个4位二进制同步计数器。当第一个计数器发送进位后，第二个计数器开始计数，同理，启动其三个计数器，单片机的定时器发送中断时，单片机控制这三个计数器，使其保持现有状态，当单片机采集完各个位的状态之后单片机控制这三个计数清零，让其重新计数。计数器电路连接原理图如图4所示。最小系统中的各个元器件的选择。C5＝C8＝22pF，通常选取20～30pF。Y1＝11.0592MHz，频率可为0～33MHz，89C51单片机的晶振默认情况下取11.0592MHz，C2＝C4＝22pF，R3＝R4＝1kΩ，RST为复位输入端，C2、C4，R3、R4的选择是根据在该引脚输入2个机器周期的高电平，将使得单片机复位。EA：当外部的高电平的时候访问片内存储器，本实用新型中，单片机内的ROM已经足够，无需使用偏外ROM。

实用新型的核心处理器STC89C52RC2型单片机最小系统如图6所示。蓝牙模块的电路原理如图7所示。

如图8所示为常用的蓝牙无线模块转RS232串口电路原理图，在图7中，4个极性电容起是去耦电容，防止因外部的浪涌电压击穿芯片。电容值大小的确定，是根据其芯片说明文档里给出的典型接法确定的。

`任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，其特征在于：包括光电式传感器检测电路模块(1)，光电式传感器检测电路模块(1)连接同步二进制4位计数器(2)，同步二进制4位计数器(2)连接单片机(3)，单片机(3)连接蓝牙模块(4)，220V转12V电源模块(5)连接光电式传感器检测电路模块(1)，220V转5V电源模块(6)连接同步二进制4位计数器(2)和单片机(3)。

2.按照权利要求1所述一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，其特征在于：所述光电式传感器检测电路模块(1)由光敏三极管连接开环运算放大器组成。

3.按照权利要求1所述一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，其特征在于：所述同步二进制4位计数器(2)型号为74LS161。

4.按照权利要求1所述一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，其特征在于：所述单片机(3)型号为STC89C52RC2。

5.按照权利要求1所述一种基于蓝牙无线传输的转速采集装置，其特征在于：所述蓝牙模块(4)型号为BlueCore04。