专利名称：基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端的制作方法
技术领域：
本发明属于工业生产控制领域，尤其涉及基于无线传感器网络，用于焊接机系统的受控端。
背景技术：
在传统的工业应用中，数百米以内的短距离控制通过线缆的有线方式实现主控端的信号传递，需要大量复杂的布线，增加成本的同时带来了安全隐患且不易维护。而GSM ( Global System for Mobile Communications,全球
移动通信系统)等传统中低频无线通信技术虽然适合长距离的通信领域，但是成本高、抗干扰性差，用于工业现场控制时，极容易受到工业现场的中低频段的电磁波的干扰，故中低频通信技术不适合工业领域的无线控制应用。另外，若单纯使用无线传感器网络技术，在某些特定环境，比如被厚金属板隔断的区域，无线信号难以穿过，主控端和受控端之间无法通信。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，既能工作于无线通信方式，又能工作于有线的串口通信方式，在特定环境也能和主控端进行正常通信，并且切换方便。
本发明的技术方案是 一种基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，包括控制模块1和与之相连的射频收发模块2、电源模块3、 1/0扩展
模块8、继电器驱动模块4和串口通信模块5，以及和串口通信模块相连的变频器模块6，所述控制模块1上还连接有能和主控端进行有线通信的串口7，所述射频收发模块2发送和接收2.4GHz的无线射频信号，所述I/O扩展模块8用于扩展控制模块1的输入/输出端口， 一端和控制模块l连接，另一端连接继电器驱动模块4，并有可接收外部输入控制信号的端口，所述受控端和主控端之间的通信模式可以为无线网络通信模式或有线串口通信模式两种。
本发明的更详细的技术方案是
所述受控端和主控端之间的通信模式包括无线网络通信模式和有线串口通信模式两种。
所述受控端对焊接机有两种控制方式，包括继电器控制方式和变频器控制方式。
所述I/0扩展模块8将从控制模块l输入的3路控制信号扩展为8路控制信号，输出给继电器驱动模块4，同时将8路外部输入信号压縮成3路控制信号，输出给控制模块1。
所述控制模块1包括处理器芯片MC13213。
所述射频收发模块2采用无线射频芯片CC2590。
所述串口通信模块5采用芯片754LBC184。
所述变频器模块6采用CHF100_1R5G型号的变频器。
所述I/O扩展模块8采用芯片74LS138、 74LS148和74HC04。
本发明的优点是-
1. 可以用于无线网络传输控制信号，不依靠线缆通信，省去了大量复杂的布线，节约了成本，工业生产现场更整洁，减少了安全隐患和不稳定因素；
2. 无线射频模块发送和接收2.4GHz的射频信号，不会受到工业现场的中低频段的电磁波干扰，具有很强的抗干扰性；
3. 对于受控端无法通过无线信号和主控端进行通信的特殊区域，采用有线的串口通信方式，通过自由切换工作方式来实现控制。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述-
图1是本发明的受控端的实施例的结构框图2是本发明的受控端的实施例的控制模块的连接示意图3是本发明的受控端的实施例的射频收发模块的连接示意图4是本发明的受控端的实施例的1/0扩展模块的连接示意图5是本发明的受控端的实施例的继电器驱动模块的示意图6是本发明的受控端的实施例的串口通信模块的示意图7是本发明的受控端的实施例的变频器模块的示意图8是本发明的受控端的实施例的电源模块的示意图9是本发明的受控端的实施例的工作流程图。
其中1控制模块；2射频收发模块；3电源模块；4继电器驱动模块；5串口通信模块；6变频器模块；7连接主控的串口； 81/0扩展模块；9第一片74HC04芯片；10第二片74HC04芯片；11第三片74HC04芯片。
具体实施例方式
实施例本实施例的用于焯接机系统的受控端的结构如图1所示，包括
控制模块1和与之相连的射频收发模块2、电源模块3、 1/0扩展模块8、继电器驱动模块4和串口通信模块5，以及和串口通信模块相连的变频器模块6，所述控制模块1上还连接有能和主控端进行有线通信的串口 7，所述射频收发模块2发送和接收2.4GHz的射频信号，I/O扩展模块8 —端连接控制模块l，另一端输出连接继电器驱动模块4。
所述受控端和主控端之间的通信模式包括无线网络通信模式和有线串口通信模式两种。主控端选择无线发射时，会发送控制信号给受控端，使受控端采用无线网络通信模式，主控端选择有线通信时，受控端采用有线串口通信模式。在无线网络通信模式下，通过射频收发模块2接收主控端发来的射频控制信号，或在有线模式下通过TTL串口与主控端进行通信接收命令。然后由控制模块1对信号的数据包进行处理，输出继电器控制信号给继电器驱动模块4或者通过串口通信模块5发送至变频器模块6。
如图2所示，本实施例中的控制模块1采用飞思卡尔公司的处理器芯片MC13213,其中PA_CTRL、 HGM和CT_Bias是控制模块1给射频收发模块2的控制信号，RFIN—P和RFI^LM是与射频收发模块2的射频传输信号，Out8 Out19是MC13213向继电器驱动模块4的输出信号，Al、 Bl和Cl是MC13213向I/O扩展模块的输出信号，IN9 IN10和A0、 B0、 C0是MC13213的输入信号，E0和El是MC13213的控制信号。TXD1和RXD1是与主控端进行串口传输模式时的接口信号；TXD2、 RXD2、 PTC4和PTC5是与串口通信模块5的接口信号，其中，TXD2和RXD2是数据信号，PTC4和PTC5是控制信号。
如图3所示，本实施例的射频收发模块2采用芯片CC2590，其中PA—CTRL、 HGM、 CT—Bias是CC2590的控制信号，由控制模块l提供控制信号。RFIN—P、 RFIN—M是与MC13213进行射频传输的信号接口 ，其中RFIN_P是控制模块1的输出信号，RFIN_M是控制模块1的输入信号。CC2590的ANT脚与外部天线连接，发送和接收2.4GHz无线射频信号。
由于焊接机的功能繁多，比如急停、纵缝、环缝、升降、伸縮、台车、
5回转、正转、反转、焊启、焊停、送丝、退丝、微调上、微调下、微调左、 微调右等多种功能，因此本实施例中需要多个不同的继电器使能信号，由于 控制模块的端口数有限，通过I/O扩展模块来增加使能信号的输入/输出端
口 ，通过继电器使能信号有序地对继电器的开启或关闭来控制焊接机的运
作。控制模块1的3路输出信号Al、 Bl、 Cl经I/0扩展模块8后输出8路 控制信号OutO Out7给继电器驱动模块4;继电器的另外12个控制信号 Out8 Out19直接由控制模块1输出。
另外I/O扩展模块上可输入8个外部输入的限位信号IN1 IN8，经I/O 扩展模块中的译码器转换后，输出A0、 B0、 C0的3路控制信号给控制模 块1。信号控制模块上可直接输入2个外部输入的限位信号IN9 IN10，用于 输入外部设备的控制信号。IN1 IN10可分别对应IO种焊接机控制功能， 比如升降限位、伸縮限位、台车进退限位、回转限位、松开检测、焊接联动 等功能。1/0扩展模块起到了扩展控制模块的输入输出端口的作用。
如图4所示，本实施例的，I/O扩展模块8选用芯片74LS138、 74LS148 及3片74HC04满足多输出输入口控制的需要。Al、 Bl、 Cl是MC13213 的输出信号，经此模块扩展后，输出继电器使能信号OntO Oiit7;外部输入 信号IN1 IN8经此模块压縮后，输出信号A0、B0、C0，然后输入至MC13213; E0和E1是使能信号，由MC13213控制。
本实施例的更具体的连接方式是控制模块MC13213的第2 4脚输入 A0、 B0、 C0信号；第58、 55、 54脚输出Al、 Bl、 Cl信号；第53、 52、 51、 50、 49、 48、 47、 43、 62、 63、 64、 59脚分另'J输出Out8 Out19的信 号；第57、 56脚分别输入IN9和IN10信号；第20和21脚输出TXD1和 RXD1用于和主控端进行有线串口通信；第34、42和44脚分别输出CT一Bias、 HGM、和PA—CTRL信号；第36脚输出RFIn_P信号，第35脚输入RFIn—M 信号；MC13213的第12 17脚分别输出TXD2、 RXD2、 El、 E0、 PTC4和 PTC5。
RFIN_P和RFIN一M分别串联一个电感，然后接入射频收发模块的 CC2590的第2、4脚，第2和第4脚之间还串联有 一 个电容；CT—Bias、 HGM、 和PA—CTRL信号分别接入第3、 7、 6 (5)脚；ll脚ANT通过电感、电容
组成的匹配电路外接天线。在I/0扩展模块，Al、 Bl、 Cl和El信号分别从74LS138的SEL A、 SEL B、 SEL C和EN 1 口输入，IN1 IN6从第一片74HC04芯片9的1A 6A口输入，IN7和IN8分别从第二片74HC04芯片10的3A、 4A口输入， OutO Out5从第三片74HC04芯片11的1Y 6Y 口输出，Out6、 Out7分 别从第二片74HC04芯片10的1Y、 2Y 口输出，E0信号输入74LS148的 E0主控端口 ， 74LS148的A0、 Al、 A2分别输出A0、 B0、 C0信号。第三 片74HC04芯片11的1A 6A连接74LS138的Y0 Y5，第二片74HC04芯 片10的1A、 2A连接74LS138的Y6、 Y7 口 ， 3Y、 4Y 口连接74LS148的6、 7 口 。第一片74HC04芯片9的1Y 6Y分别连接74LS148的0 5 口 。74LS148 的EI端口接地。
串口通信模块5的75LBC184的第1到第4脚分别连接控制模块 MC13213的第13、 16、 17和12脚，第6脚输出A信号给变频器模块，第7 脚从变频器模块输入B信号。
如图5所示，本实施例的继电器驱动模块4采用三极管驱动，继电器选 用型号VERT73-S-1C，继电器的1、 2脚为线圈两端，3、 4脚为常开组开关。 当由控制模块1输出的继电器使能信号OutO Out19为开启命令时(高电 平)继电器的第3脚COM和第4脚Out导通，即常开开关闭合，控制焊接 机运作。OutO Outl9可分别对应20种焊接机控制功能，继电器的开关直接 控制焊接机的运作。
如图6所示，串口通信模块5采用485芯片75LBC184,将TTL电平转 换成485串口信号。RXD2、 TXD2是从控制模块1输出的TTL电平信号； PTC4和PTC5是从控制模块l输出的75LBC184的控制信号。PTC4和PTC5 两者同时为高电平信号时，输出485信号A，反之，接收485信号B。 A和 B是75LBC184与变频器模块6的通信接口 。
本实施例的变频器模块6如图7所示，采用英威腾的CHF100_1R5G型 号的变频器，和75LBC184的通信接口为A和B， A从75LBC184输入信号， B向75LBC184输出信号；输出端子R、 S、 T是输出的三相电机信号，与焊 接机相连。串口通信模块5与变频器模块6之间的串口通讯基于国际标准的 ModBus通讯协议。通过变频器可以实现对焊接机的控制。
如图8所示，本实施例的电源模块3采用电源芯片LM2576，该芯片可将7.0V-40V的电压转换成3.3V、 5V、 12V、 15V。本系统利用LM2576将 12V电源转换成5V工作电压VCC5，使用该模块能得到稳定的工作电压， 而不会遇到一上电欠压的情况。
本实施例的受控端的工作流程如图9所示，上电后进行一系列的初始 化，首先判断受控端的接收模式是无线网络通信模式还是有线串口通信模 式，然后分别进入侦听模式，循环侦听是否收到数据，在无线网络通信模式 下，通过射频收发模块2接收无线数据，在有线模式下通过TTL串口与主 控端进行通信接收数据。若侦听到数据，判断数据是否正确并给主控端回复 信息，正确的回复确认帧，错误的回复否认帧，在无线网络通信模式下，通 过射频收发模块2发送射频信号，在有线串口通信模式下，通过串口有线传 输给主控端，然后再根据需要，选择焊接机的控制模式，继电器控制方式控 制或是变频器控制方式，通过控制模块直接发送控制信号给继电器驱动模 块，或者是控制模块通过串口通信模块控制变频器模块工作。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范 围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发 明覆盖的保护范围。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，包括控制模块(1)和与之相连的射频收发模块(2)、电源模块(3)、I/O扩展模块(8)、继电器驱动模块(4)和串口通信模块(5)，以及和串口通信模块相连的变频器模块(6)，其特征在于所述控制模块(1)上还连接有能和主控端进行有线通信的串口(7)，所述射频收发模块(2)发送和接收2.4GHz的无线射频信号，所述I/O扩展模块(8)用于扩展控制模块(1)的输入/输出端口，一端和控制模块(1)连接，另一端连接继电器驱动模块(4)，并有可接收外部输入控制信号的端口，所述受控端和主控端之间的通信模式可以为无线网络通信模式或有线串口通信模式。
2. 根据权利要求1中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述受控端对焊接机有两种控制方式，包括继电器控制方式和变频器控制方式。
3. 根据权利要求1中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述I/0扩展模块(8)将从控制模块(1)输入的3路控制信号扩展为8路控制信号，输出给继电器驱动模块(4)，同时将8路外部输入信号压縮成3路控制信号，输出给控制模块(1)。
4. 根据权利要求1中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述控制模块(1)包括处理器芯片MC13213。
5. 根据权利要求1中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述射频收发模块(2)包括无线射频芯片CC2590。
6. 根据权利要求1中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述串口通信模块(5)包括芯片754LBC184。
7. 根据权利要求1中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述变频器模块(6)包括CHF100—1R5G型号的变频器。
8. 根据权利要求1或3中所述基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，其特征在于所述I/O扩展模块(8)用芯片74LS138、 74LS148和74HC04组成。
全文摘要
本发明公开了一种基于无线传感器网络的用于焊接机系统的受控端，包括控制模块和与之相连的射频收发模块、电源模块、I/O扩展模块、继电器驱动模块和串口通信模块，以及和串口通信模块相连的变频器模块，所述控制模块上还连接有能和主控端进行有线通信的串口，所述I/O扩展模块用于扩展控制模块的输入/输出端口，一端和控制模块连接，另一端连接继电器驱动模块，并有可接收外部输入控制信号的端口。所述受控端和主控端之间的通信模式包括无线网络通信模式和有线串口通信模式两种。本发明抗干扰性强、可靠性高，既能工作于无线通信方式，又能工作于有线串口通信方式，在特定环境也能和主控端进行通信，并且切换方便。
文档编号G05B19/02GK101655692SQ200910144990
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者轩 张, 琳 陈 申请人:苏州博联科技有限公司