CN213904103U - 一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，其技术方案是：包括直线伺服电机驱动器、电机负载、数据采集控制器、激光干涉仪、Lora通信终端、Lora网关、云数据平台以及电机性能分析应用平台，所述数据采集控制器包括串口芯片、Stm32主控芯片、USB3.0接口芯片和储存芯片，所述串口芯片电性连接Lora通讯终端，所述USB3.0接口芯片电性连接激光干涉仪，本实用新型的有益效果是：基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，包含电机性能分析应用平台，能够读取云数据库中的各电机测量位移数据，对其运动过程进行分析计算，输出直线伺服电机快速性、超调量以及稳态精度等动态指标数据，实现直线伺服电机的通信无缆化、并行批量测试。

Description

一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及直线电机伺服控制性能测试技术领域，具体涉及一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统。

背景技术

直线伺服电机是指带有编码器、光栅尺等位置反馈元件的线性运动电机。直线伺服电机不需要任何中间转换结构即可将电能转换成直线运动机械能，避免了齿轮传动等结构带来的摩擦干扰问题，具有响应快、伺服精度高的优点。

直线电机因为其优良的动态性能被普遍应用于对快速性、控制精度要求比较高的场景中，然而，直线伺服电机的快速性导致其动态性能测试数据的实时采集较为困难，此外，多台直线伺服电机批量并行测试时数据的集中存储、显示等会导致测试系统硬件组成比较复杂、线缆交叉较多等问题，因此，研制基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，解决直线伺服电机批量测试中的数据采集与系统复杂度问题具有较大的实用意义。

因此，发明一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统很有必要。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，通过物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，利用Lora通信方式实现直线伺服电机测试过程数据的无线组网传输，保证多电机批量测试时的数据采集效率，并减少大批量测试系统中的电缆交叉，基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，包含云数据平台，能够以标准MQTT物联网接口接收、校验并解析各个电机的测试数据，并将其存储到云数据库，以解决直线伺服电机批量测试中的数据采集与系统复杂度问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，包括直线伺服电机驱动器、电机负载、数据采集控制器、激光干涉仪、Lora通信终端、Lora网关、云数据平台以及电机性能分析应用平台，所述数据采集控制器包括串口芯片、Stm32主控芯片、USB3.0接口芯片和储存芯片，所述串口芯片电性连接Lora通讯终端，所述USB3.0接口芯片电性连接激光干涉仪，所述Stm32主控芯片电性连接直线伺服电机驱动器，所述直线伺服电机驱动器电性连接直线电机定子、直线电机动子和电机负载，所述Lora通信终端电性连接Lora网关，所述Lora网关电性连接云数据平台，所述云数据平台电性连接电机性能分析应用平台。

优选的，所述激光干涉仪与电机负载安装在同一水平线上，所述激光干涉仪输出端对应电机负载。

优选的，所述Lora网关至少连接两组Lora通讯终端。

优选的，所述Lora网关设置为具有自适应信道功能的LoRa网关。

优选的，所述直线伺服电机驱动器设置为数字接口伺服驱动器。

优选的，所述电机性能分析应用平台设置为MES-100控制方式。

本实用新型的有益效果是：设计了专门的数据采集控制器，实现对直线伺服电机的位置控制与激光干涉仪高速数据的同步采集与存储；

基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，其数据采集控制器将单次电机测试过程中的高速位移数据先进行本地存储，然后再以测试过程为单位对数据包进行发送传输；

基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，利用Lora通信方式实现直线伺服电机测试过程数据的无线组网传输，保证多电机批量测试时的数据采集效率，并减少大批量测试系统中的电缆交叉；

基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，包含云数据平台，能够以标准MQTT物联网接口接收、校验并解析各个电机的测试数据，并将其存储到云数据库；

基于物联网的直线伺服电机动态数据采集与测试系统，包含电机性能分析应用平台，能够读取云数据库中的各电机测量位移数据，对其运动过程进行分析计算，输出直线伺服电机快速性、超调量以及稳态精度等动态指标数据。

附图说明

图1为本实用新型提供的直线伺服电机测试单元；

图2为本实用新型提供的多电机并行测试系统原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照附图1-2，本实用新型提供的一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，包括直线伺服电机驱动器、电机负载、数据采集控制器、激光干涉仪、Lora通信终端、Lora网关、云数据平台以及电机性能分析应用平台；

进一步地，所述数据采集控制器包括串口芯片、Stm32主控芯片、USB3.0接口芯片和储存芯片，所述串口芯片电性连接Lora通讯终端，所述USB3.0接口芯片电性连接激光干涉仪，所述Stm32主控芯片电性连接直线伺服电机驱动器，所述直线伺服电机驱动器电性连接直线电机定子、直线电机动子和电机负载，所述Lora通信终端电性连接Lora网关，所述Lora网关电性连接云数据平台，所述云数据平台电性连接电机性能分析应用平台，具体的，数据采集控制器以stm32芯片为主控芯片，另外包含存储芯片、USB3.0接口以及串口芯片，存储芯片设置为ASIC技术实现存储芯片，ASIC是专用集成电路，可以大幅度地提高系统处理能力，加快产品研发速度以外，ASIC更适于大批量生产的产品，根椐固定需求完成标准化设计，在存储行业，ASIC通常用来实现存储产品技术的某些功能，被用做加速器，或缓解各种优化技术的大量运算对CPU造成的过量负载所导致的系统整体性能的下降，存储芯片用于存储电机单次位置控制中的全过程数据，USB 3.0就是新一代的USB接口，特点是传输速率非常快，理论上能达到5Gbps，USB3.0接口用于接收激光干涉仪输出的高速数据，串口芯片设置为IT8687R，串口芯片用于数据采集控制器向Lora通信终端发送单次测量数据包，Lora通信终端节点是LoRa网络的部分，进行感应或控制，这些终端节点使用LoRaWAN网络协议与Lora网关或者集中器与基站建立通信，Lora通信终端主要接收数据采集控制器通过串口发送过来的电机单次测试数据包，并将数据包无线发送给Lora网关，云数据平台是基于云计算商业模式应用的数据集成、数据分析、数据整合、数据分配、数据预警的技术与平台的总称，云数据平台对Lora网关发送的数据进行校验解析，并将有效数据存储到云端数据库中，stm32芯片设置为STM32F2，stm32芯片对存储芯片、USB3.0接口以及串口芯片具有控制作用；

进一步地，所述激光干涉仪与电机负载安装在同一水平线上，所述激光干涉仪输出端对应电机负载，具体的，激光干涉仪设置为单频激光干涉仪，从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹，当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L，激光干涉仪与电机负载安装在同一水平线上，主要测量电机负载在运动过程中的位移变化，并将数据实时发送给数据采集控制器进行存储；

进一步地，所述Lora网关至少连接两组Lora通讯终端；

进一步地，所述Lora网关设置为具有自适应信道功能的LoRa网关；

进一步地，所述直线伺服电机驱动器设置为数字接口伺服驱动器，具体的，直线伺服电机驱动器主要功能是驱动直线伺服电机，控制电机按照给定控制输入实现相应运动状态；

进一步地，所述电机性能分析应用平台设置为MES-100控制方式，具体的，MES-100运动控制平台由电机及加载系统、电机驱动程序调试系统、数据采集和电源系统组成，从电机到驱动构建出完整的硬件软件实验环境，提供全开放式的软硬件接口，可做电机识别，堵转，电机效率测试，电机参数测定，电机T-N曲线测试，电机运动控制及编码器矢量转矩，无感矢量速度分析等测试，电机性能分析应用平台读取云数据库中的各电机位移数据，然后分析各电机快速性、超调量、稳态精度等动态性能指标；

本实用新型的使用过程如下：本领域技术人员首先将直线伺服电机固定在测试平台上，将电机动子部分与测试负载进行固定连接；以stm32为主控芯片的数据采集控制器同步发送电平触发信号给激光干涉仪和直线电机驱动器，电机驱动器控制直线伺服电机固定位置控制的同时激光干涉仪开始采集其在动作过程中的位移数据，并将数据通过USB3.0接口发送存储到数据采集控制器中的数据存储芯片中；当直线伺服电机运动结束后，存储芯片中存储的动态位移数据通过物联网通信终端发送到云平台；最后网络应用端读取云数据库中的全过程位移数据，分析直线电机伺服控制的快速性、超调量以及稳态精度等各项动态性能；

此外，物联网终端采用具备自组网功能的Lora通信模块，可将如上所述的多个直线伺服电机测试单元的采集数据组网发送至Lora网关，实现多个直线伺服电机的并行测试与数据采集。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本实用新型加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本实用新型的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，包括直线伺服电机驱动器、电机负载、数据采集控制器、激光干涉仪、Lora通信终端、Lora网关、云数据平台以及电机性能分析应用平台，其特征在于：所述数据采集控制器包括串口芯片、Stm32主控芯片、USB3.0接口芯片和储存芯片，所述串口芯片电性连接Lora通讯终端，所述USB3.0接口芯片电性连接激光干涉仪，所述Stm32主控芯片电性连接直线伺服电机驱动器，所述直线伺服电机驱动器连接直线电机定子、直线电机动子和电机负载，所述Lora通信终端电性连接Lora网关，所述Lora网关电性连接云数据平台，所述云数据平台电性连接电机性能分析应用平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，其特征在于：所述激光干涉仪与电机负载安装在同一水平线上，所述激光干涉仪输出端对应电机负载。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，其特征在于：所述Lora网关至少连接两组Lora通讯终端。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，其特征在于：所述Lora网关设置为具有自适应信道功能的LoRa网关。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，其特征在于：所述直线伺服电机驱动器设置为数字接口伺服驱动器。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的直线伺服电机动态数据采集系统，其特征在于：所述电机性能分析应用平台设置为MES-100控制方式。

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