CN215813840U - 一种基于ZigBee的数控铣床振动监测*** - Google Patents
一种基于ZigBee的数控铣床振动监测*** Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，***基于嵌入式实时操作***Free RTOS，由数据采集节点、数据接收基站和上位机组成。数据采集节点通过IIC接口驱动三轴加速度传感器MPU6050，获取振动信号数据；数据接收基站通过串口实现各节点与上位机的数据传递。上位机基于C#开发，主要负责数据的展示、保存和远程采集频率参数下发。该***能稳定实现数控铣床振动数据的无线实时采集和监测的功能，解决了传统有线监测布线繁琐、扩展性差、易受干扰的缺点，提高了监测***的适用性与灵活性。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械设备振动监测领域，特别是涉及一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***。
背景技术
机械设备的故障与否与机械设备的振动参数密切相关，机械设备振动参数的改变常预示着故障的产生，振动参数作为判断机械设备健康状态的重要参数之一，它的准确有效测量具有重要的现实意义。现如今，传统机械设备通常以有线的方式进行振动监测，这种方式有布线繁琐、扩展性差、灵活性差、易受干扰等缺点。因此，需要提出有效的方案来解决以上问题。
实用新型内容
为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提出一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***来解决现有技术中的技术问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，包括数据采集节点模块、数据接收基站模块、上位机；所述数据采集节点模块采集数控铣床上的振动数据发送至ZigBee无线模块；所述数据接收基站模块通过驱动所述 ZigBee无线模块接收所述数据采集节点模块发送的振动数据；所述数据接收基站模块通过串口将振动数据传递给所述上位机，所述上位机将接收的振动数据进行展示、保存、采集频率参数下发，实现对数控铣床振动数据的无线实时采集与监测和远程参数下发的功能。
进一步地，所述数据采集节点模块包括STM32F103RET6数据采集节点主控芯片、加速度传感器、ZigBee无线模块；所述STM32F103RET6数据采集节点主控芯片通过IIC接口驱动所述加速度传感器获取振动信号数据；所述STM32F103RET6数据采集节点主控芯片通过USART接口发送指令驱动所述 ZigBee无线模块接收振动信号数据。
进一步地，所述数据采集节点模块可配置为Router模式或End Device模式；所述两种模式下均可通过独立按键自动加入网络。
进一步地，所述数据接收基站模块的主控芯片为STM32F103RET6，所述数据接收基站模块被固定配置为Coordinator，驱动ZigBee无线模块接收振动数据，为数据采集网络的核心节点，所述数据接收基站模块通过串口通信实现与上位机的数据传递。
进一步地，所述加速度传感器为MPU6050传感器，实现采集振动数据，通过IIC通信协议与所述数据采集节点模块之间进行数据传输，进行进一步的处理。
进一步地，所述数据接收基站模块与USB转TTL电路模块通过TXD和 RXD两个IO口进行串口通信。
进一步地，所述数据采集节点模块、所述数据接收基站模块均与电源电路模块连接，所述电源电路模块通过锂电池供电，其输出电压为3.3V。
进一步地，所述模块之间利用Altium Designer进行电路设计，所述模块之间利用Keil uVision进行软件编写。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，将多跳自组织组网技术应用到了机械设备振动监测领域，ZigBee组网技术应用于数控铣床振动监测***，形成大规模，灵活加减的无线监测节点，提高了监测的扩展性、灵活性、稳定性。***通过将振动加速度数据进行传输，最终在PC端通过上位机实现对数控铣床振动信号情况进行实时显示与存储，实现工作人员对机械设备运行情况进行在线监控与对采样频率的修改和远程下发。另外本***软件设计以FreeRTOS操作***为基础，使得***的实时性更高。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***的总结构框图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***的数据采集节点结构框图；
图3是本实用新型具体实施方式提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***的数据接收基站结构框图；
图4是本实用新型具体实施方式提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***的上位机界面图；
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
如图1所示，本实用新型提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，数据采集节点模块采集数控铣床上的振动数据发送至ZigBee无线模块；数据接收基站模块通过驱动所述ZigBee无线模块接收数据采集节点模块发送的振动数据；数据接收基站模块通过串口将振动数据传递给上位机，上位机将接收的振动数据进行展示、保存、采集频率参数下发，实现对数控铣床振动数据的无线实时采集与监测和远程参数下发的功能。
本实用新型公开的数控铣床振动监测***基于嵌入式实时操作***Free RTOS，***由数据采集节点模块、数据接受基站模块和上位机组成，数据采集节点模块以STM32F103RET6为主控芯片，通过IIC接口驱动三轴加速度传感器MPU6050，获取振动信号数据；通过USART接口发送指令驱动ZigBee无线模块DRF1609H；初步处理振动信号数据并通过ZigBee发出，数据采集节点模块可配置为Router模式，为其他节点自动提供路由，进行收发数据；也可配置为End Device模式，进行收发数据，但没有自动路由，可以进入休眠状态，两种模式下均可通过按键自动加入网络。数据接受基站模块的主控芯片为 STM32F103RET6，驱动ZigBee无线模块DRF1609H，数据接收基站模块被固定配置为Coordinator，是数据采集网络各节点信息的汇聚点，是数据采集网络的核心节点，负责组建、维护和管理数据采集网络，并通过串口通信实现与上位机的数据传递，上位机基于C#开发，主要负责数据的展示、保存、采集频率参数下发。现场测试结果表明，该***能实现对数控铣床振动数据的无线实时采集与监测和远程参数下发的功能，解决了传统有线监测布线繁琐、扩展性差、易受干扰的缺点，提高了监测***的适用性与灵活性。
用户在获得数据采集节点、数据接收基站和上位机后，首先分别将多个振动数据采集节点安装在数控铣床主轴箱上、轴承上、导轨上，夹具上；在数控铣床加工过程中，主轴箱内各齿轮啮合容易产生振动，各轴承配合过程也容易产生振动，导轨的磨损容易产生振动，夹具和工件加工过程也容易产生振动，因此，将多个振动数据采集节点安装在这些位置采集振动数据。其次将数据接收基站通过USB接口与PC端连接，通过连按三次数据采集节点的独立按键，会自动寻找数据接收基站(Coordinator)加入网络，进行振动数据传输，数据接收基站将振动数据传递给PC端上位机进行测试工作，上位机将振动数据进行展示、保存、采集频率参数下发。该***能实现对数控铣床振动数据的无线实时采集与监测和远程参数下发的功能，解决了传统有线监测布线繁琐、扩展性差、易受干扰的缺点，提高了监测***的适用性与灵活性。
与现有技术相比，本实用新型提供的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，在传统有线数控铣床振动监测***上进行改进，将ZigBee组网技术应用于数控铣床振动监测***设计，形成规模大且可灵活增减的检测节点群，提高检测的范围与精度，能实现对数控铣床振动数据的无线实时采集与监测和远程参数下发的功能，避免了有线振动监测***中因长电缆带来的扰动，解决了传统有线监测布线繁琐、扩展性差、易受干扰的缺点，提高了监测***的适用性与灵活性。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，包括数据采集节点模块、数据接收基站模块、上位机；其特征在于：所述数据采集节点模块采集数控铣床上的振动数据发送至ZigBee无线模块；所述数据接收基站模块通过驱动所述ZigBee无线模块接收所述数据采集节点模块发送的振动数据；所述数据接收基站模块通过串口将振动数据传递给所述上位机，所述上位机将接收的振动数据进行展示、保存、采集频率参数下发，实现对数控铣床振动数据的无线实时采集与监测和远程参数下发的功能。
2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述数据采集节点模块包括STM32F103RET6数据采集节点主控芯片、加速度传感器、ZigBee无线模块；所述STM32F103RET6数据采集节点主控芯片通过IIC接口驱动所述加速度传感器获取振动信号数据；所述STM32F103RET6数据采集节点主控芯片通过USART接口发送指令驱动所述ZigBee无线模块接收振动信号数据。
3.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述数据采集节点模块可配置为Router模式或End Device模式；所述Router模式和所述End Device模式两种模式下均可通过独立按键自动加入网络。
4.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述数据接收基站模块的主控芯片为STM32F103RET6，所述数据接收基站模块被固定配置为Coordinator，驱动ZigBee无线模块接收振动数据，为数据采集网络的核心节点，所述数据接收基站模块通过串口通信实现与上位机的数据传递。
5.如权利要求2所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述加速度传感器为MPU6050传感器，实现采集振动数据，通过IIC通信协议与所述数据采集节点模块之间进行数据传输，进行进一步的处理。
6.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述数据接收基站模块与USB转TTL电路模块通过TXD和RXD两个IO口进行串口通信。
7.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述数据采集节点模块、所述数据接收基站模块均与电源电路模块连接，所述电源电路模块通过锂电池供电，其输出电压为3.3V。
8.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的数控铣床振动监测***，其特征在于：
所述模块之间利用Altium Designer进行电路设计，所述模块之间利用Keil uVision进行软件编写。
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