專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域，尤其涉及基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)百米以內(nèi)的短距離控制通過線纜的有線方式實現(xiàn)主控端的信號傳遞，需要大量復(fù)雜的布線，增加成本的同時帶來了安全隱患且不易維護(hù)。而GSM ( Global System for Mobile Communications,全球
移動通信系統(tǒng))等傳統(tǒng)中低頻無線通信技術(shù)雖然適合長距離的通信領(lǐng)域，但是成本高、抗干擾性差，用于工業(yè)現(xiàn)場控制時，極容易受到工業(yè)現(xiàn)場的中低頻段的電磁波的干擾，故中低頻通信技術(shù)不適合工業(yè)領(lǐng)域的無線控制應(yīng)用。另外，若單純使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在某些特定環(huán)境，比如被厚金屬板隔斷的區(qū)域，無線信號難以穿過，主控端和受控端之間無法通信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，既能工作于無線通信方式，又能工作于有線的串口通信方式，在特定環(huán)境也能和主控端進(jìn)行正常通信，并且切換方便。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，包括控制模塊1和與之相連的射頻收發(fā)模塊2、電源模塊3、 1/0擴(kuò)展
模塊8、繼電器驅(qū)動模塊4和串口通信模塊5，以及和串口通信模塊相連的變頻器模塊6，所述控制模塊1上還連接有能和主控端進(jìn)行有線通信的串口7，所述射頻收發(fā)模塊2發(fā)送和接收2.4GHz的無線射頻信號，所述I/O擴(kuò)展模塊8用于擴(kuò)展控制模塊1的輸入/輸出端口， 一端和控制模塊l連接，另一端連接繼電器驅(qū)動模塊4，并有可接收外部輸入控制信號的端口，所述受控端和主控端之間的通信模式可以為無線網(wǎng)絡(luò)通信模式或有線串口通信模式兩種。
本發(fā)明的更詳細(xì)的技術(shù)方案是
所述受控端和主控端之間的通信模式包括無線網(wǎng)絡(luò)通信模式和有線串口通信模式兩種。
所述受控端對焊接機(jī)有兩種控制方式，包括繼電器控制方式和變頻器控制方式。
所述I/0擴(kuò)展模塊8將從控制模塊l輸入的3路控制信號擴(kuò)展為8路控制信號，輸出給繼電器驅(qū)動模塊4，同時將8路外部輸入信號壓縮成3路控制信號，輸出給控制模塊1。
所述控制模塊1包括處理器芯片MC13213。
所述射頻收發(fā)模塊2采用無線射頻芯片CC2590。
所述串口通信模塊5采用芯片754LBC184。
所述變頻器模塊6采用CHF100_1R5G型號的變頻器。
所述I/O擴(kuò)展模塊8采用芯片74LS138、 74LS148和74HC04。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是-
1. 可以用于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸控制信號，不依靠線纜通信，省去了大量復(fù)雜的布線，節(jié)約了成本，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場更整潔，減少了安全隱患和不穩(wěn)定因素；
2. 無線射頻模塊發(fā)送和接收2.4GHz的射頻信號，不會受到工業(yè)現(xiàn)場的中低頻段的電磁波干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾性；
3. 對于受控端無法通過無線信號和主控端進(jìn)行通信的特殊區(qū)域，采用有線的串口通信方式，通過自由切換工作方式來實現(xiàn)控制。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述-
圖1是本發(fā)明的受控端的實施例的結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明的受控端的實施例的控制模塊的連接示意圖3是本發(fā)明的受控端的實施例的射頻收發(fā)模塊的連接示意圖4是本發(fā)明的受控端的實施例的1/0擴(kuò)展模塊的連接示意圖5是本發(fā)明的受控端的實施例的繼電器驅(qū)動模塊的示意圖6是本發(fā)明的受控端的實施例的串口通信模塊的示意圖7是本發(fā)明的受控端的實施例的變頻器模塊的示意圖8是本發(fā)明的受控端的實施例的電源模塊的示意圖9是本發(fā)明的受控端的實施例的工作流程圖。
其中1控制模塊；2射頻收發(fā)模塊；3電源模塊；4繼電器驅(qū)動模塊；5串口通信模塊；6變頻器模塊；7連接主控的串口； 81/0擴(kuò)展模塊；9第一片74HC04芯片；10第二片74HC04芯片；11第三片74HC04芯片。
具體實施例方式
實施例本實施例的用于焯接機(jī)系統(tǒng)的受控端的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括
控制模塊1和與之相連的射頻收發(fā)模塊2、電源模塊3、 1/0擴(kuò)展模塊8、繼電器驅(qū)動模塊4和串口通信模塊5，以及和串口通信模塊相連的變頻器模塊6，所述控制模塊1上還連接有能和主控端進(jìn)行有線通信的串口 7，所述射頻收發(fā)模塊2發(fā)送和接收2.4GHz的射頻信號，I/O擴(kuò)展模塊8 —端連接控制模塊l，另一端輸出連接繼電器驅(qū)動模塊4。
所述受控端和主控端之間的通信模式包括無線網(wǎng)絡(luò)通信模式和有線串口通信模式兩種。主控端選擇無線發(fā)射時，會發(fā)送控制信號給受控端，使受控端采用無線網(wǎng)絡(luò)通信模式，主控端選擇有線通信時，受控端采用有線串口通信模式。在無線網(wǎng)絡(luò)通信模式下，通過射頻收發(fā)模塊2接收主控端發(fā)來的射頻控制信號，或在有線模式下通過TTL串口與主控端進(jìn)行通信接收命令。然后由控制模塊1對信號的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，輸出繼電器控制信號給繼電器驅(qū)動模塊4或者通過串口通信模塊5發(fā)送至變頻器模塊6。
如圖2所示，本實施例中的控制模塊1采用飛思卡爾公司的處理器芯片MC13213,其中PA_CTRL、 HGM和CT_Bias是控制模塊1給射頻收發(fā)模塊2的控制信號，RFIN—P和RFI^LM是與射頻收發(fā)模塊2的射頻傳輸信號，Out8 Out19是MC13213向繼電器驅(qū)動模塊4的輸出信號，Al、 Bl和Cl是MC13213向I/O擴(kuò)展模塊的輸出信號，IN9 IN10和A0、 B0、 C0是MC13213的輸入信號，E0和El是MC13213的控制信號。TXD1和RXD1是與主控端進(jìn)行串口傳輸模式時的接口信號；TXD2、 RXD2、 PTC4和PTC5是與串口通信模塊5的接口信號，其中，TXD2和RXD2是數(shù)據(jù)信號，PTC4和PTC5是控制信號。
如圖3所示，本實施例的射頻收發(fā)模塊2采用芯片CC2590，其中PA—CTRL、 HGM、 CT—Bias是CC2590的控制信號，由控制模塊l提供控制信號。RFIN—P、 RFIN—M是與MC13213進(jìn)行射頻傳輸?shù)男盘柦涌?，其中RFIN_P是控制模塊1的輸出信號，RFIN_M是控制模塊1的輸入信號。CC2590的ANT腳與外部天線連接，發(fā)送和接收2.4GHz無線射頻信號。
由于焊接機(jī)的功能繁多，比如急停、縱縫、環(huán)縫、升降、伸縮、臺車、
5回轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、焊啟、焊停、送絲、退絲、微調(diào)上、微調(diào)下、微調(diào)左、 微調(diào)右等多種功能，因此本實施例中需要多個不同的繼電器使能信號，由于 控制模塊的端口數(shù)有限，通過I/O擴(kuò)展模塊來增加使能信號的輸入/輸出端
口 ，通過繼電器使能信號有序地對繼電器的開啟或關(guān)閉來控制焊接機(jī)的運(yùn)
作。控制模塊1的3路輸出信號Al、 Bl、 Cl經(jīng)I/0擴(kuò)展模塊8后輸出8路 控制信號OutO Out7給繼電器驅(qū)動模塊4;繼電器的另外12個控制信號 Out8 Out19直接由控制模塊1輸出。
另外I/O擴(kuò)展模塊上可輸入8個外部輸入的限位信號IN1 IN8，經(jīng)I/O 擴(kuò)展模塊中的譯碼器轉(zhuǎn)換后，輸出A0、 B0、 C0的3路控制信號給控制模 塊1。信號控制模塊上可直接輸入2個外部輸入的限位信號IN9 IN10，用于 輸入外部設(shè)備的控制信號。IN1 IN10可分別對應(yīng)IO種焊接機(jī)控制功能， 比如升降限位、伸縮限位、臺車進(jìn)退限位、回轉(zhuǎn)限位、松開檢測、焊接聯(lián)動 等功能。1/0擴(kuò)展模塊起到了擴(kuò)展控制模塊的輸入輸出端口的作用。
如圖4所示，本實施例的，I/O擴(kuò)展模塊8選用芯片74LS138、 74LS148 及3片74HC04滿足多輸出輸入口控制的需要。Al、 Bl、 Cl是MC13213 的輸出信號，經(jīng)此模塊擴(kuò)展后，輸出繼電器使能信號OntO Oiit7;外部輸入 信號IN1 IN8經(jīng)此模塊壓縮后，輸出信號A0、B0、C0，然后輸入至MC13213; E0和E1是使能信號，由MC13213控制。
本實施例的更具體的連接方式是控制模塊MC13213的第2 4腳輸入 A0、 B0、 C0信號；第58、 55、 54腳輸出Al、 Bl、 Cl信號；第53、 52、 51、 50、 49、 48、 47、 43、 62、 63、 64、 59腳分另'J輸出Out8 Out19的信 號；第57、 56腳分別輸入IN9和IN10信號；第20和21腳輸出TXD1和 RXD1用于和主控端進(jìn)行有線串口通信；第34、42和44腳分別輸出CT一Bias、 HGM、和PA—CTRL信號；第36腳輸出RFIn_P信號，第35腳輸入RFIn—M 信號；MC13213的第12 17腳分別輸出TXD2、 RXD2、 El、 E0、 PTC4和 PTC5。
RFIN_P和RFIN一M分別串聯(lián)一個電感，然后接入射頻收發(fā)模塊的 CC2590的第2、4腳，第2和第4腳之間還串聯(lián)有 一 個電容；CT—Bias、 HGM、 和PA—CTRL信號分別接入第3、 7、 6 (5)腳；ll腳ANT通過電感、電容
組成的匹配電路外接天線。在I/0擴(kuò)展模塊，Al、 Bl、 Cl和El信號分別從74LS138的SEL A、 SEL B、 SEL C和EN 1 口輸入，IN1 IN6從第一片74HC04芯片9的1A 6A口輸入，IN7和IN8分別從第二片74HC04芯片10的3A、 4A口輸入， OutO Out5從第三片74HC04芯片11的1Y 6Y 口輸出，Out6、 Out7分 別從第二片74HC04芯片10的1Y、 2Y 口輸出，E0信號輸入74LS148的 E0主控端口 ， 74LS148的A0、 Al、 A2分別輸出A0、 B0、 C0信號。第三 片74HC04芯片11的1A 6A連接74LS138的Y0 Y5，第二片74HC04芯 片10的1A、 2A連接74LS138的Y6、 Y7 口 ， 3Y、 4Y 口連接74LS148的6、 7 口 。第一片74HC04芯片9的1Y 6Y分別連接74LS148的0 5 口 。74LS148 的EI端口接地。
串口通信模塊5的75LBC184的第1到第4腳分別連接控制模塊 MC13213的第13、 16、 17和12腳，第6腳輸出A信號給變頻器模塊，第7 腳從變頻器模塊輸入B信號。
如圖5所示，本實施例的繼電器驅(qū)動模塊4采用三極管驅(qū)動，繼電器選 用型號VERT73-S-1C，繼電器的1、 2腳為線圈兩端，3、 4腳為常開組開關(guān)。 當(dāng)由控制模塊1輸出的繼電器使能信號OutO Out19為開啟命令時(高電 平)繼電器的第3腳COM和第4腳Out導(dǎo)通，即常開開關(guān)閉合，控制焊接 機(jī)運(yùn)作。OutO Outl9可分別對應(yīng)20種焊接機(jī)控制功能，繼電器的開關(guān)直接 控制焊接機(jī)的運(yùn)作。
如圖6所示，串口通信模塊5采用485芯片75LBC184,將TTL電平轉(zhuǎn) 換成485串口信號。RXD2、 TXD2是從控制模塊1輸出的TTL電平信號； PTC4和PTC5是從控制模塊l輸出的75LBC184的控制信號。PTC4和PTC5 兩者同時為高電平信號時，輸出485信號A，反之，接收485信號B。 A和 B是75LBC184與變頻器模塊6的通信接口 。
本實施例的變頻器模塊6如圖7所示，采用英威騰的CHF100_1R5G型 號的變頻器，和75LBC184的通信接口為A和B， A從75LBC184輸入信號， B向75LBC184輸出信號；輸出端子R、 S、 T是輸出的三相電機(jī)信號，與焊 接機(jī)相連。串口通信模塊5與變頻器模塊6之間的串口通訊基于國際標(biāo)準(zhǔn)的 ModBus通訊協(xié)議。通過變頻器可以實現(xiàn)對焊接機(jī)的控制。
如圖8所示，本實施例的電源模塊3采用電源芯片LM2576，該芯片可將7.0V-40V的電壓轉(zhuǎn)換成3.3V、 5V、 12V、 15V。本系統(tǒng)利用LM2576將 12V電源轉(zhuǎn)換成5V工作電壓VCC5，使用該模塊能得到穩(wěn)定的工作電壓， 而不會遇到一上電欠壓的情況。
本實施例的受控端的工作流程如圖9所示，上電后進(jìn)行一系列的初始 化，首先判斷受控端的接收模式是無線網(wǎng)絡(luò)通信模式還是有線串口通信模 式，然后分別進(jìn)入偵聽模式，循環(huán)偵聽是否收到數(shù)據(jù)，在無線網(wǎng)絡(luò)通信模式 下，通過射頻收發(fā)模塊2接收無線數(shù)據(jù)，在有線模式下通過TTL串口與主 控端進(jìn)行通信接收數(shù)據(jù)。若偵聽到數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否正確并給主控端回復(fù) 信息，正確的回復(fù)確認(rèn)幀，錯誤的回復(fù)否認(rèn)幀，在無線網(wǎng)絡(luò)通信模式下，通 過射頻收發(fā)模塊2發(fā)送射頻信號，在有線串口通信模式下，通過串口有線傳 輸給主控端，然后再根據(jù)需要，選擇焊接機(jī)的控制模式，繼電器控制方式控 制或是變頻器控制方式，通過控制模塊直接發(fā)送控制信號給繼電器驅(qū)動模 塊，或者是控制模塊通過串口通信模塊控制變頻器模塊工作。
以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能以此限定本發(fā)明實施的范 圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡單的變換，皆應(yīng)仍屬于本發(fā) 明覆蓋的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，包括控制模塊(1)和與之相連的射頻收發(fā)模塊(2)、電源模塊(3)、I/O擴(kuò)展模塊(8)、繼電器驅(qū)動模塊(4)和串口通信模塊(5)，以及和串口通信模塊相連的變頻器模塊(6)，其特征在于所述控制模塊(1)上還連接有能和主控端進(jìn)行有線通信的串口(7)，所述射頻收發(fā)模塊(2)發(fā)送和接收2.4GHz的無線射頻信號，所述I/O擴(kuò)展模塊(8)用于擴(kuò)展控制模塊(1)的輸入/輸出端口，一端和控制模塊(1)連接，另一端連接繼電器驅(qū)動模塊(4)，并有可接收外部輸入控制信號的端口，所述受控端和主控端之間的通信模式可以為無線網(wǎng)絡(luò)通信模式或有線串口通信模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述受控端對焊接機(jī)有兩種控制方式，包括繼電器控制方式和變頻器控制方式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述I/0擴(kuò)展模塊(8)將從控制模塊(1)輸入的3路控制信號擴(kuò)展為8路控制信號，輸出給繼電器驅(qū)動模塊(4)，同時將8路外部輸入信號壓縮成3路控制信號，輸出給控制模塊(1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述控制模塊(1)包括處理器芯片MC13213。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述射頻收發(fā)模塊(2)包括無線射頻芯片CC2590。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述串口通信模塊(5)包括芯片754LBC184。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述變頻器模塊(6)包括CHF100—1R5G型號的變頻器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或3中所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，其特征在于所述I/O擴(kuò)展模塊(8)用芯片74LS138、 74LS148和74HC04組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用于焊接機(jī)系統(tǒng)的受控端，包括控制模塊和與之相連的射頻收發(fā)模塊、電源模塊、I/O擴(kuò)展模塊、繼電器驅(qū)動模塊和串口通信模塊，以及和串口通信模塊相連的變頻器模塊，所述控制模塊上還連接有能和主控端進(jìn)行有線通信的串口，所述I/O擴(kuò)展模塊用于擴(kuò)展控制模塊的輸入/輸出端口，一端和控制模塊連接，另一端連接繼電器驅(qū)動模塊，并有可接收外部輸入控制信號的端口。所述受控端和主控端之間的通信模式包括無線網(wǎng)絡(luò)通信模式和有線串口通信模式兩種。本發(fā)明抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，既能工作于無線通信方式，又能工作于有線串口通信方式，在特定環(huán)境也能和主控端進(jìn)行通信，并且切換方便。
文檔編號G05B19/02GK101655692SQ200910144990
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者軒 張, 琳 陳 申請人:蘇州博聯(lián)科技有限公司