CN205016055U

CN205016055U - 基于Zigbee的机床数据采集系统

Info

Publication number: CN205016055U
Application number: CN201520741964.1U
Authority: CN
Inventors: 张向利; 曹晓斌; 李建
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2025-09-23

Abstract

本实用新型公开了一种基于Zigbee的机床数据采集系统，包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元与数据传输单元连接后与一监控服务平台连接，所述数据传输单元为Zigbee通信模块，用于接收数据采集单元发来的各参数数据、并发送给监控服务平台；所述数据采集单元安装于机床生产现场中，用于实时采集机床生产的各参数。本实用新型通过数据采集单元实时采集机床的各项参数，并通过Zigbee通信模块发送给监控服务平台，最后在监控服务平台上显示及监控，当参数数据出现异常时，及时进行处理。通过该系统实现了实时采集机床的各项数据，并达到实时监测、管理的目的，具有低功耗、低成本，系统可靠性强、系统智能化的特点。

Description

基于Zigbee的机床数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种数据采集系统，具体涉及一种基于Zigbee的机床数据采集系统。

背景技术

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术。它主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输。它的基础是IEEE802.15.4，定义了物理层和MAC层，对于网络层和应用层由Zigbee联盟定义，而Zigbee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能，为消费者提供更富有弹性、更容易使用的电子产品。

无线传感器(WSN)网络，是指大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。其目的是协作地感知、采集和处理传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，综合了传感技术、微电子技术、网络技术、无线通信技术、嵌入式技术、分布式计算处理技术等多种技术的交叉学科，广泛应用于军事、交通、环境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域。

监测系统(ComputernumericalcontrolmachinetoolsMonitoringSystem)是一个以分析工业复杂环境下机床安全隐患因素为服务目标，以提供具有代表性、实时性和可靠性的监测系统为核心任务，运用无线传感器网络技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取采集、分析到数据处理及存贮的完整系统，从而实现对机床的在线自动监测。例如机床这种大型、需要24小时开机运行的重型机械设备，需要在线实时监测其在线生产的各参数(如设备温度、转速、振动、压力等)，从而达到实时监测、诊断、维护及管理机床的目的，起到降低生产成本、延长设备的使用寿命的目的。因此研究一种基于无线网络和传感器技术构成的机床数据采集系统是生产的迫切需求。

实用新型内容

针对上述的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于Zigbee的机床数据采集系统，它实时采集机床的各项数据，并达到实时监测、管理的目的，具有低功耗、低成本，系统可靠性强、系统智能化的特点。

为解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

基于Zigbee的机床数据采集系统，包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元与数据传输单元连接后与一监控服务平台连接，所述数据传输单元为Zigbee通信模块，用于接收数据采集单元发来的各参数数据、并发送给监控服务平台；所述数据采集单元安装于机床生产现场中，用于实时采集机床生产的各参数。

上述方案中，所述Zigbee通信模块是型号为CC2530的射频模块电路，主要由芯片最小系统、电源电路、匹配电路天线及外围电路构成，所述电源电路为CC2530射频模块电路供电，所述匹配电路天线连接于CC2530上的RF_N和RF_P的输入管脚。

上述方案中，当系统采用单极天线等不平衡天线时，为改善电路的性能，所述匹配电路天线上连接有一不平衡变压器，所述不平衡变压器主要由电感L3、电感L4、电容C13和电容C17组成。

上述方案中，所述数据采集单元可以包括主控MCU和连接于主控MCU输入端的数据采集模块，所述数据采集模块包括温度传感器、振动传感器、转速传感器、噪声传感器和电流传感器。

上述方案中，所述主控MCU可以为型号是STC12C5A60S2的单片机。

上述方案中，所述数据采集模块还包括压力传感器，所述压力传感器连接有一液晶显示器，该液晶显示器采用串行接口与主控MCU连接、并安装于机床生产现场，用于显示实时采集到的压力数据。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过数据采集单元实时采集机床的各项参数，并通过Zigbee通信模块发送给监控服务平台，最后在监控服务平台上显示及监控，当参数数据出现异常时，能够及时观测并进行处理。通过该系统实现了实时采集机床的各项数据，并达到实时监测、管理的目的，具有低功耗、低成本，系统可靠性强、系统智能化的特点。

附图说明

图1为基于Zigbee的机床数据采集系统的系统框图。

图2为数据采集单元的组成框图。

图3为Zigbee模块的CC2530射频模块电路。

图4为Zigbee模块的电源转换电路。

图5为CC2530的匹配天线电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的解释说明，但不用以限制本实用新型。

如图1所示，基于Zigbee的机床数据采集系统，包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元与数据传输单元连接后与一监控服务平台连接，所述数据传输单元具体为Zigbee通信模块，用于接收数据采集单元发来的各参数数据、并发送给监控服务平台。所述数据采集单元安装于机床生产现场中，用于实时采集机床生产的各参数。所述监控服务器具体为PC机。

如图2所示，所述数据采集单元包括主控MCU和连接于主控MCU输入端的数据采集模块，所述主控MCU具体为型号STC12C5A60S2的单片机。所述数据采集模块包括温度传感器、电流传感器、噪声传感器、转速传感器和振动传感器，其中

温度传感器的具体采用的型号为DS18B20，使用时将其贴于机床热源表面，其测温范围－55℃～+125℃、固有测温分辨率0.5℃；

所述电流传感器具体采用型号为ACS712的线性电流传感器，其内置有精确低置的线性霍尔传感电路，能输出与检测的交流和直流电流成正比的电压，输出灵敏度为66mV/A～185mV/A；

所述噪声传感器采用驻极体电容式拾音头；

所述转速传感器采用霍尔元件来测量机床主轴的转速，具体为在机床的钻头上，按圆周分为四等分、并分别安装四个磁钢。为确保钻头转动时，每个磁钢经过霍尔开关时都能准确产生信号，所述磁钢置于霍尔开关的正下方。霍尔元件采集到的脉冲信号，经过整形后送入单片机，开始计数脉冲，在设定的检测时间t内，转速传感器所产生的脉冲个数m会与被测转速n(单位:r/min)成正比，由此可以计算出转速值；

所述振动传感器具体为型号801S的振动传感器。

所述数据采集模块还包括压力传感器，所述压力传感器连接有一液晶显示器，该液晶显示器采用串行接口与主控MCU连接、并安装于机床生产现场，用于显示实时采集到的压力数据。由于在实际生产中，机床的压力测量部位离其他节点的部署较远，为了布线简单、减少硬件空间，压力传感器采集到的数据在显示上与上述温度、电流、噪声及转速所不同的是：压力数据直接独立在液晶显示器上显示，而其他参数值则是通过主控MCU后发送至监控服务平台显示。

如图3所示，所述Zigbee通信模块采用型号为CC2530的射频模块电路，主要由芯片最小系统、电源电路、匹配电路天线及外围电路构成，所述电源电路为CC2530射频模块电路供电，其中CC2530的引脚10、21、24、27、28、29、31和39接3.3V电源，并加入了去耦电容。所述匹配电路天线连接于CC2530上的RF_N和RF_P的输入管脚。

由于USB和常见的电源插头等供电方式都是5V，而CC2530的工作电压范围为2.0～3.6V，本系统具体使用3.3V供电。为此，所述电源电路加入了如图4所示的电源转换电路，采用LM1117-3.3电压转换芯片来进行5V到3.3V电压转换。

如图5所示，CC2530的匹配天线电路，其中L2、C14、C15可以悬空。在使用单极天线等不平衡天线时，为了使性能达到最优，应当使用不平衡变压器，本实施例中，所述不平衡变压器主要由电感L3、电感L4、电容C13和电容C17组成，不平衡变压器可实现平衡和不平衡之间的转换。而在使用折叠式偶极天线等平衡天线时，不平衡变压器可以保留也可省略。为了使射频信号更好的传输，还要对射频的输入输出电路阻抗进行匹配，可使用集成的巴伦匹配电路来进行匹配，如2450BM15A0002等2.4GHz巴伦电路，也可使用分立的电容电感来进行匹配。本实施例具体采用的是SMA弯头外螺内孔天线座和配套的SMA内螺内针2.4G折叠天线，天线的增益为3dB。

当然，本数据采集系统除了可应用于机床现场生产参数的实时监测外，还可用于其他方面的参数实时监测，并不仅限于机床。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于Zigbee的机床数据采集系统，其特征在于：包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元与数据传输单元连接后与一监控服务平台连接，所述数据传输单元为Zigbee通信模块，用于接收数据采集单元发来的各参数数据、并发送给监控服务平台；所述数据采集单元安装于机床生产现场中，用于实时采集机床生产的各参数。

2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的机床数据采集系统，其特征在于：所述Zigbee通信模块是型号为CC2530的射频模块电路，主要由芯片最小系统、电源电路、匹配电路天线及外围电路构成，所述电源电路为CC2530射频模块电路供电，所述匹配电路天线连接于CC2530上的RF_N和RF_P的输入管脚。

3.根据权利要求2所述的基于Zigbee的机床数据采集系统，其特征在于：所述匹配电路天线连接有一不平衡变压器，所述不平衡变压器主要由电感L3、电感L4、电容C13和电容C17组成。

4.根据权利要求1所述的基于Zigbee的机床数据采集系统，其特征在于：所述数据采集单元包括主控MCU和连接于主控MCU输入端的数据采集模块，所述数据采集模块包括温度传感器、振动传感器、转速传感器、噪声传感器和电流传感器。

5.根据权利要求4所述的基于Zigbee的机床数据采集系统，其特征在于：所述主控MCU采用型号为STC12C5A60S2的单片机。

6.根据权利要求4或5所述的基于Zigbee的机床数据采集系统，其特征在于：所述数据采集模块还包括压力传感器，所述压力传感器连接有一液晶显示器，该液晶显示器采用串行接口与主控MCU连接、并安装于机床生产现场，用于显示实时采集到的压力数据。