專利名稱：基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁吸盤控制器自動(dòng)管理系統(tǒng)，特別是一種基于嵌入式的無線智 能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來，充退磁控制器的功能單一，每臺(tái)充退磁控制器均需要一名工人來操作， 這樣使工廠的智能化程度低下，生產(chǎn)效率不高。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高，目前傳統(tǒng)的單一功 能的充退磁裝置已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求。基于嵌入式無線智能充退磁控制器可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)整個(gè)車間的多臺(tái)電磁吸盤進(jìn)行控制，對(duì)每臺(tái)電磁吸盤的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)充退磁裝置智能化、節(jié)能化和多功能一體化的發(fā)展需求提供 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，提供一種基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)為企業(yè)生產(chǎn)和 控制提供在線參考依據(jù)，對(duì)改進(jìn)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式具有重大意義。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系 統(tǒng)包括上位機(jī)與下位機(jī)，上位機(jī)為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，下位機(jī)包括與電磁吸盤連接的ARM控制器， 監(jiān)控計(jì)算機(jī)和ARM控制器均連接有無線收發(fā)模塊；上位機(jī)用于對(duì)下位機(jī)連接的電磁吸盤進(jìn) 行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)對(duì)下位機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)工件的數(shù)量以及工件當(dāng)前的 加工狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和判斷；下位機(jī)對(duì)接收的上位機(jī)的信息進(jìn)行分析，與自身編碼進(jìn)行比 對(duì)，匹配成功則根據(jù)接收信息控制充磁退磁電路的工作，匹配不成功則舍棄該信息，重新接 收下一條信息。所述無線收發(fā)模塊可采用RFID無線模塊。上位機(jī)中采用35位二進(jìn)制編碼來對(duì)電磁吸盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，上位機(jī)所提供的工 作參數(shù)有開始充磁、結(jié)束充磁、充磁強(qiáng)度、開始退磁、退磁時(shí)間，具體編碼為由高到低第 1-6位為下位機(jī)編號(hào)，第7位為充磁允許位，第8位為退磁允許位，第9-12位代表充磁強(qiáng)度， 第13-15位代表退磁時(shí)間，第16-25位表示電流上限，第26-35位表示電流下限。所述充磁退磁電路包括220V/50HZ的交流電供電的主回路和12V/50Hz的直流電 供電的控制回路；控制回路以ARM控制器為核心，ARM控制器對(duì)鍵盤模塊、模擬量采集模塊、 開關(guān)量采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理，并完成對(duì)主回路輸出電壓電流的控制，同時(shí)對(duì)采集 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件當(dāng)前的加工狀態(tài)。所述控制回路通過無線收發(fā)模塊和鍵盤模塊得到工作參數(shù)，并對(duì)主回路的輸出電 流、電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，鍵盤模塊提供設(shè)定的參數(shù)有控制選擇位，吸盤安全工作時(shí)電流的 上下限、工作電壓以及退磁時(shí)間；控制選擇位有兩種情況控制選擇鍵接通時(shí)，下位機(jī)不接 受上位機(jī)的控制信號(hào)，按照自身設(shè)定值控制電磁吸盤，控制選擇鍵斷開時(shí)，下位機(jī)接收上位 機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，并按照上位機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)來控制電磁吸盤，而自身設(shè)定值無效。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制車間里多臺(tái)電磁吸盤的工作狀態(tài)，只需一名工人便可控制車間里多臺(tái)電磁吸盤設(shè)備，且可以根據(jù)電磁吸盤的工作狀態(tài)確定工件 是否處于正常狀態(tài)從而得出工件是否合格，以此提高工廠的生產(chǎn)管理效率。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2是本系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)送信息編碼表。圖3是與下位機(jī)相連接的RFID模塊原理圖。圖4是充退磁主回路原路圖。圖5是充退磁控制回路原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用ARM處理器作為控制芯片，對(duì)系統(tǒng)相關(guān)的電磁吸盤進(jìn)行充退磁的實(shí)時(shí) 控制；通過無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)通訊，實(shí)時(shí)反饋所控制電磁吸盤的工作狀態(tài)。如圖1所示，基 于嵌入式的無線智能充退磁控制系統(tǒng)包括上位機(jī)與下位機(jī)，上位機(jī)為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，下位機(jī) 包括與電磁吸盤連接的ARM控制器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和ARM控制器均連接有無線收發(fā)模塊(本 實(shí)施例采用RFID無線模塊)。上位機(jī)中存有一個(gè)數(shù)據(jù)庫，采用35位二進(jìn)制編碼用來對(duì)下位機(jī)的電磁吸盤進(jìn)行 參數(shù)設(shè)置，上位機(jī)所提供的工作參數(shù)有開始充磁、結(jié)束充磁、充磁強(qiáng)度、開始退磁、退磁時(shí) 間，具體編碼為由高到低第1-6位為下位機(jī)編號(hào)，第7位為充磁允許位，第8位為退磁允 許位，第9-12位代表充磁強(qiáng)度，第13-15位代表退磁時(shí)間，第16-25位表示電流上限，第 26-35位表示電流下限。這些信息通過如圖2所示的方法在上位機(jī)中進(jìn)行具體編碼，然后通 過RFID無線模塊將編碼信息發(fā)送出去；同時(shí)上位機(jī)還可以通過RFID無線模塊接收下位機(jī) 反饋的數(shù)據(jù)來進(jìn)行工件數(shù)量的統(tǒng)計(jì)和工件質(zhì)量的判斷，在上位機(jī)中將充磁強(qiáng)度設(shè)置為一定 值，參照該值，電磁吸盤每進(jìn)行一次充退磁則完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工件的檢測(cè)。RFID無線模塊完成 上位機(jī)與下位機(jī)之間的全數(shù)字通信，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收，從而實(shí)現(xiàn)了電磁吸 盤充退磁的遠(yuǎn)程控制。下位機(jī)通過RFID無線模塊接收上位機(jī)發(fā)送的信息。與下位機(jī)進(jìn)行連接的RFID無 線接收模塊原理圖如圖3所示，圖中的主要芯片nRF401為無線信號(hào)接收芯片。接收后，下 位機(jī)的ARM嵌入式處理器對(duì)接收的信息進(jìn)行分析。通過將接收信息的高6位二進(jìn)制與自身 編碼進(jìn)行比對(duì)，如果與自身編碼匹配，則說明該信息就是用來控制本臺(tái)下位機(jī)的信息，之后 則根據(jù)該接收信息按照?qǐng)D2中的編碼來控制充磁退磁電路的工作。如果不相匹配，則說明 該信息不是用來控制本臺(tái)下位機(jī)的信息，之后舍棄該信息，重新接收下一條信息。下位機(jī)的充磁退磁電路由主回路和控制回路構(gòu)成。充磁退磁電路具體包括 220V/50HZ的交流電供電的主回路和12V/50HZ的直流電供電的控制回路；控制回路以ARM 控制器為核心，ARM控制器對(duì)鍵盤模塊、模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、 處理，并完成對(duì)主回路輸出電壓電流的控制，同時(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件當(dāng)前 的加工狀態(tài)(比如加工開始、加工進(jìn)行中、加工完成，根據(jù)需要設(shè)置)。主回路由主電源開關(guān)、整流橋、繼電器、大功率雙向可控硅和電磁吸盤組成，如圖4 所示。主回路輸入端L、N之間外接220V/50HZ的交流電，一方面通過大功率雙向可控硅Q3以及繼電器KA1，輸出IlOV直流到電磁吸盤，電路中的主電源開關(guān)KA2用于控制充退磁主 回路的開通和關(guān)斷；另一方面輸入端的220V交流電壓通過變壓器TRANSFORMER以及整流橋 BRIDGE形成直流12V電壓給控制回路供電?？刂苹芈吠ㄟ^RFID無線模塊和鍵盤模塊得到工作參數(shù)，并對(duì)主回路的輸出電流、 電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，從而控制可控硅的觸發(fā)，以完成如下功能對(duì)主回路輸出電壓和電流的 調(diào)節(jié)、充磁控制、退磁處理，如圖5所示。ARM嵌入式處理器采用STC12C5408AD，它是下位 機(jī)充磁退磁電路控制回路的核心，也是電磁吸盤的核心控制部件。該模塊主要用來完成對(duì) 鍵盤模塊、模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊數(shù)據(jù)的接收、處理，并完成對(duì)主回路輸出電壓 電流的控制；同時(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件的加工狀態(tài)從而得出工件是否合格； 另外還可以通過電磁吸盤的工作次數(shù)來確定電磁吸盤的工作效率，以此減少工人的工作負(fù) 擔(dān)。鍵盤模塊是在為了便于在車間的工作人員可以隨時(shí)改變電磁吸盤的工作狀態(tài)；同 時(shí)將改變的設(shè)定參數(shù)反饋給ARM處理器。鍵盤模塊包括按鍵S1、S2、S3，工作人員通過鍵盤 模塊設(shè)定的參數(shù)有控制選擇位，吸盤安全工作時(shí)電流的上下限，工作電壓以及退磁時(shí)間。 控制選擇鍵接通時(shí)，下位機(jī)不接受上位機(jī)的控制信號(hào)，按照自身設(shè)定值控制電磁吸盤?？刂?選擇鍵斷開時(shí)，下位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，并按照上位機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)來控制 電磁吸盤，而自身設(shè)定值則無效。圖5中的U2表示模擬量采集模塊，它的采集狀態(tài)分為兩種情況，情況一、若鍵盤模 塊的控制選擇鍵接通，模擬量采集模塊采集四個(gè)模擬量，分別為充磁強(qiáng)度采集、電流采集、 電壓采集以及扭矩大小采集。充磁強(qiáng)度采集是用來采集人工設(shè)定的充磁強(qiáng)度值，工人可以 通過調(diào)節(jié)外部電位器來選擇充磁強(qiáng)度。而電流采集、電壓采集以及扭矩大小的采集則是分 別通過電流傳感器和電壓傳感器以及扭矩傳感器對(duì)電磁吸盤的工作電流、工作電壓和實(shí)時(shí) 扭矩進(jìn)行采樣，并將采集到的信息反饋到ARM處理器中。情況二、若鍵盤模塊的控制選擇鍵 斷開，模擬量采集模塊放棄采集下位機(jī)外部可調(diào)電位器的電壓值。模擬量采集主要作用是 使電磁吸盤工作在最佳狀態(tài)，并且對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，包括欠流保護(hù)，過壓、短路保護(hù)；同時(shí)通 過對(duì)電磁吸盤實(shí)時(shí)扭矩的采集，可以判斷電磁吸盤扭矩的大小，當(dāng)電磁吸盤扭矩處于逐漸 減小過程中，表示工件正在加工；當(dāng)電磁吸盤扭矩減小到一定值即工件與機(jī)床摩擦力減小 到一定值時(shí)，則表示工件加工完成。開關(guān)量采集模塊主要是設(shè)定電磁吸盤的工作效率和工作的時(shí)間，可以有效的利用 電磁吸盤，使得電磁吸盤的工作能夠滿足車間的需要。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)為本系統(tǒng)分為上位機(jī)與下位機(jī)兩部分，二者之間主要通過 RFID無線收發(fā)模塊來進(jìn)行通訊。上位機(jī)一方面用來對(duì)下位機(jī)的電磁吸盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這 些設(shè)置好的參數(shù)通過RFID無線收發(fā)模塊傳送到下位機(jī)；另一方面用來對(duì)下位機(jī)反饋回來 的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)加工工件的數(shù)量以及工件的加工狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和判斷。下位機(jī)主 要由ARM處理器和充磁退磁電路構(gòu)成ARM處理器用來對(duì)由RFID無線模塊接收的信息進(jìn)行 分析，從而發(fā)出控制電磁吸盤的充退磁命令；充磁退磁電路則用來完成電磁吸盤的具體充 退磁動(dòng)作。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制車間里多臺(tái)電磁吸盤的工作狀態(tài)，操作簡(jiǎn)單可行，提高 了工廠的智能化程度，使生產(chǎn)效率顯著提高，適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要?；谇度胧降臒o線智能
5充退磁控制系統(tǒng)還可以根據(jù)電磁吸盤的工作狀態(tài)嚴(yán)格確定機(jī)床上工件的數(shù)量以及工件的 實(shí)時(shí)加工狀態(tài)，從而提高工廠的生產(chǎn)管理效率。
權(quán)利要求
基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，其特征在于包括上位機(jī)與下位機(jī)，上位機(jī)為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，下位機(jī)包括與電磁吸盤連接的ARM控制器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和ARM控制器均連接有無線收發(fā)模塊；上位機(jī)用于對(duì)下位機(jī)連接的電磁吸盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)對(duì)下位機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)工件的數(shù)量以及工件當(dāng)前的加工狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和判斷；下位機(jī)對(duì)接收的上位機(jī)的信息進(jìn)行分析，與自身編碼進(jìn)行比對(duì)，匹配成功則根據(jù)接收信息控制充磁退磁電路的工作，匹配不成功則舍棄該信息，重新接收下一條信息。
2.如權(quán)利要求1所述基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，其特征在于所 述無線收發(fā)模塊采用RFID無線模塊。
3.如權(quán)利要求1所述基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，其特征在于上 位機(jī)中采用35位二進(jìn)制編碼來對(duì)電磁吸盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，上位機(jī)所提供的工作參數(shù)有開 始充磁、結(jié)束充磁、充磁強(qiáng)度、開始退磁、退磁時(shí)間，具體編碼為由高到低第1-6位為下位 機(jī)編號(hào)，第7位為充磁允許位，第8位為退磁允許位，第9-12位代表充磁強(qiáng)度，第13-15位 代表退磁時(shí)間，第16-25位表示電流上限，第26-35位表示電流下限。
4.如權(quán)利要求1所述基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，其特征在于所 述充磁退磁電路包括220V/50HZ的交流電供電的主回路和12V/50HZ的直流電供電的控制 回路；控制回路以ARM控制器為核心，ARM控制器對(duì)鍵盤模塊、模擬量采集模塊、開關(guān)量采集 模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理，并完成對(duì)主回路輸出電壓電流的控制，同時(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析，得到工件當(dāng)前的加工狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，其特征在于所 述控制回路通過無線收發(fā)模塊和鍵盤模塊得到工作參數(shù)，并對(duì)主回路的輸出電流、電壓信 號(hào)進(jìn)行采樣，鍵盤模塊提供設(shè)定的參數(shù)有控制選擇位，吸盤安全工作時(shí)電流的上下限、工 作電壓以及退磁時(shí)間；控制選擇位有兩種情況控制選擇鍵接通時(shí)，下位機(jī)不接受上位機(jī) 的控制信號(hào)，按照自身設(shè)定值控制電磁吸盤，控制選擇鍵斷開時(shí)，下位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)送的 控制信號(hào)，并按照上位機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)來控制電磁吸盤，而自身設(shè)定值無效。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于嵌入式的無線智能電磁吸盤充退磁控制系統(tǒng)，是一種電磁吸盤控制器自動(dòng)管理系統(tǒng)，包括上位機(jī)與下位機(jī)，上位機(jī)為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，下位機(jī)包括與電磁吸盤連接的ARM控制器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和ARM控制器均連接有無線收發(fā)模塊；上位機(jī)用于對(duì)下位機(jī)連接的電磁吸盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)對(duì)下位機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；下位機(jī)對(duì)接收的上位機(jī)的信息進(jìn)行分析，與自身編碼進(jìn)行比對(duì)，匹配成功則根據(jù)接收信息控制充磁退磁電路的工作，匹配不成功則舍棄該信息，重新接收下一條信息。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制車間里多臺(tái)電磁吸盤的工作狀態(tài)，操作簡(jiǎn)單可行，提高了工廠的智能化程度，使生產(chǎn)效率顯著提高，適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101968647SQ201010287579
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者吳定會(huì), 張海光, 李意揚(yáng), 楊才俊, 楊登, 沈艷霞 申請(qǐng)人:江南大學(xué)