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：
本實(shí)用新型屬于工業(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(shí)現(xiàn)主控
端的信號(hào)傳遞，需要大量復(fù)雜的布線，增加成本的同時(shí)帶來了安全隱患且不易維護(hù)。而 GSM(Global System for Mobile Communications,全球移動(dòng)通信系統(tǒng))等傳統(tǒng)中低頻無線
通信技術(shù)雖然適合長(zhǎng)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(chǎng)控制時(shí)，極 容易受到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)難以穿過，主控端和受控端之間無法通信。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(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。 本實(shí)用新型的技術(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(dòng) 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(hào)，所述1/0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(dòng)模塊4，并有可接收外部輸入控制信號(hào)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。 本實(shí)用新型的更詳細(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(duì)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1/0擴(kuò)展模塊8將從控制模塊1輸入的3路控制信號(hào)擴(kuò)展為8路控制信號(hào)， 輸出給繼電器驅(qū)動(dòng)模塊4，同時(shí)將8路外部輸入信號(hào)壓縮成3路控制信號(hào)，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CHF100jR5G型號(hào)的變頻器。所述1/0擴(kuò)展模塊8采用芯片74LS138、74LS148和74HC04。[0014] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是 1.可以用于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸控制信號(hào)，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(chǎng)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(hào)，不會(huì)受到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的中低頻段 的電磁波干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾性； 3.對(duì)于受控端無法通過無線信號(hào)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(shí)現(xiàn)控制。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的控制模塊的連接示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的射頻收發(fā)模塊的連接示意圖； 圖4是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的I/O擴(kuò)展模塊的連接示意圖； 圖5是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的繼電器驅(qū)動(dòng)模塊的示意圖； 圖6是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的串口通信模塊的示意圖； 圖7是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的變頻器模塊的示意圖； 圖8是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)施例的電源模塊的示意圖； 圖9是本實(shí)用新型的受控端的實(shí)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(dòng)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(shí)施方式實(shí)施例本實(shí)施例的用于焊接機(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、 I/O擴(kuò)展模塊8、繼電器驅(qū)動(dòng)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(hào)，I/0擴(kuò)展模塊 8 —端連接控制模塊1，另一端輸出連接繼電器驅(qū)動(dòng)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(shí)，會(huì)發(fā)送控制信號(hào)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(shí)，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(hào)，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(duì)信號(hào)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，輸出繼電器控制信號(hào)給 繼電器驅(qū)動(dòng)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(shí)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(hào)，RFIN_P和RFIN_ M是與射頻收發(fā)模塊2的射頻傳輸信號(hào)，0ut8 0utl9是MC13213向繼電器驅(qū)動(dòng)模塊4的輸 出信號(hào)，A1、B1和Cl是MC13213向I/O擴(kuò)展模塊的輸出信號(hào)，IN9 IN10和AO、BO、CO是MC13213的輸入信號(hào)，E0和El是MC13213的控制信號(hào)。TXD1和RXD1是與主控端進(jìn)行串口 傳輸模式時(shí)的接口信號(hào)；TXD2、 RXD2、 PTC4和PTC5是與串口通信模塊5的接口信號(hào)，其中， TXD2和RXD2是數(shù)據(jù)信號(hào)，PTC4和PTC5是控制信號(hào)。 如圖3所示，本實(shí)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(hào)，由控制模塊1提供控制信號(hào)。RFIN_P、RFIN_M是與MC13213進(jìn)
行射頻傳輸?shù)男盘?hào)接口，其中RFIN_P是控制模塊1的輸出信號(hào)，RFIN—M是控制模塊1的輸
入信號(hào)。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(hào)。 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(tái)車、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(shí)施例中需
要多個(gè)不同的繼電器使能信號(hào)，由于控制模塊的端口數(shù)有限，通過1/0擴(kuò)展模塊來增加使
能信號(hào)的輸入/輸出端口，通過繼電器使能信號(hào)有序地對(duì)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(hào)Al、 Bl、 Cl經(jīng)I/O擴(kuò)展模塊8后輸出8路控制信號(hào)
OutO Out7給繼電器驅(qū)動(dòng)模塊4 ;繼電器的另外12個(gè)控制信號(hào)Out8 Outl9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(gè)外部輸入的限位信號(hào)IN1 IN8，經(jīng)I/O擴(kuò)展模塊 中的譯碼器轉(zhuǎn)換后，輸出AO、BO、CO的3路控制信號(hào)給控制模塊1。信號(hào)控制模塊上可直接 輸入2個(gè)外部輸入的限位信號(hào)IN9 IN10，用于輸入外部設(shè)備的控制信號(hào)。IN1 IN10可 分別對(duì)應(yīng)10種焊接機(jī)控制功能，比如升降限位、伸縮限位、臺(tái)車進(jìn)退限位、回轉(zhuǎn)限位、松開 檢測(cè)、焊接聯(lián)動(dòng)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(shí)施例的，1/0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(hào)，經(jīng)此模塊擴(kuò)展 后，輸出繼電器使能信號(hào)OutO Out7 ;外部輸入信號(hào)IN1 IN8經(jīng)此模塊壓縮后，輸出信 號(hào)AO、 BO、 CO，然后輸入至MC13213 ;EO和El是使能信號(hào)，由MC13213控制。 本實(shí)施例的更具體的連接方式是控制模塊MC13213的第2 4腳輸入AO、BO、CO 信號(hào)；第58、55、54腳輸出Al、 Bl、 Cl信號(hào)；第53、52、51、50、49、48、47、43、62、63、64、59腳 分別輸出0ut8 0utl9的信號(hào)；第57、56腳分別輸入IN9和IN10信號(hào)；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C乙Bias、HGM、和 PA—CTRL信號(hào)；第36腳輸出RFIn_P信號(hào)，第35腳輸入RFIn_M信號(hào)；MC13213的第12 17 腳分別輸出TXD2、 RXD2、 El、 E0、 PTC4和PTC5。 RFIN_P和RFIN_M分別串聯(lián)一個(gè)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(gè)電容；CT_Bias、 HGM、和PA_CTRL信號(hào)分別接入第3、7、 6(5)腳；11腳ANT通過電感、電容組成的匹配電路外接天線。 在1/0擴(kuò)展模土央，A1、B1、C1和El信號(hào)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 0ut5從第三片74HC04芯片11的1Y 6Y 口輸出，0ut6、 0ut7分別從第二片74HC04芯片10的1Y、2Y 口輸出，E0信號(hào)輸入74LS148 的E0主控端口，74LS148的A0、A1、A2分別輸出A0、B0、C0信號(hào)。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
5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(hào)給變頻器模塊，第7腳從變頻器模塊輸入B信號(hào)。 如圖5所示，本實(shí)施例的繼電器驅(qū)動(dòng)模塊4采用三極管驅(qū)動(dòng)，繼電器選用型號(hào) 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l輸出的繼 電器使能信號(hào)0ut0 0utl9為開啟命令時(shí)(高電平)繼電器的第3腳C0M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 0utl9可分別對(duì)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(hào)。RXD2、TXD2是從控制模塊1輸出的TTL電平信號(hào)；PTC4和PTC5是從控制模塊1輸出 的75LBC184的控制信號(hào)。PTC4和PTC5兩者同時(shí)為高電平信號(hào)時(shí)，輸出485信號(hào)A，反之， 接收485信號(hào)B。 A和B是75LBC184與變頻器模塊6的通信接口 。 本實(shí)施例的變頻器模塊6如圖7所示，采用英威騰的CHF100jR5G型號(hào)的變頻器， 和75LBC184的通信接口為A和B， A從75LBC184輸入信號(hào)，B向75LBC184輸出信號(hào)；輸出 端子R、 S、 T是輸出的三相電機(jī)信號(hào)，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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的ModBus通訊協(xié)議。通過變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)的控制。 如圖8所示，本實(shí)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(huì)遇到一上電欠壓的情況。 本實(shí)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(cuò)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(hào)，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(hào)給繼電器驅(qū)動(dòng)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，僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不能以此限定本實(shí)用新型實(shí)施的范 圍，凡依本實(shí)用新型權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的變換，皆應(yīng)仍屬于本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求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(dòng)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(hào)，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(dòng)模塊(4)，并有可接收外部輸入控制信號(hào)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l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(duì)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l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(hào)擴(kuò)展為8路控制信號(hào)，輸 出給繼電器驅(qū)動(dòng)模塊(4)，同時(shí)將8路外部輸入信號(hào)壓縮成3路控制信號(hào)，輸出給控制模塊 (1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l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l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l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l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CHF100jR5G型號(hào)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1/0擴(kuò)展模塊(8)用芯片74LS138、74LS148和74HC04組成。
專利摘要本實(shí)用新型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(dòng)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(dòng)模塊，并有可接收外部輸入控制信號(hào)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。本實(shí)用新型抗干擾性強(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(hào)G05B19/418GK201508486SQ20092018759
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者張軒, 陳琳 申請(qǐng)人:蘇州博聯(lián)科技有限公司