一种基于zigbee技术的焊接监控系统的制作方法

本实用新型涉及工业自动化检测监控技术领域，特别是涉及一种基于zigbee技术的焊接监控系统。

背景技术：

焊接技术在汽车制造、桥梁轨道建设、工程机械等机械制造行业中是一种非常重要的加工工艺。据工业发达国家统计数据显示，每年仅需要焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45％左右。作为一项特殊的加工制造工艺，焊接操作在企业大规模生产中普遍存在以下需求：

1.焊接参数的实时监测及数据可供查询、追溯。焊接过程线能量对于焊接接头的质量有较大影响，但实际焊接过程中这些参数却难以实时监测并作记录。现阶段，我国大多数中小制造企业中焊接生产质量主要依靠工人的技术水平及自觉性或引进更高成本的数字化焊接设备来保证，相关管理平台的应用相对滞后。因此有必要实时监测焊接参数，建立相应的监测系统，提升企业的焊接过程管理能力，并为产品质量可追溯性提供依据。

2.焊接设备的实时调度和布局优化。在焊接设备众多、操作区域分散的情况下，难以掌握焊接设备的实时状态，造成焊机长期待机、焊接参数超出工艺要求、焊接过程不稳定等问题，未能充分发挥数字化焊机性能，严重影响焊接 质量，在设备调度和分配上造成管理困难及资源浪费局面。

为了解决上述问题，科研人员从多方面开展了深入研究。在焊接参数的采集和传送方面，近年来不断涌现基于多种技术的探索，涉及RS-485通信技术、CAN总线技术、工业以太网方法等；在焊接工艺管理方面，基于不同体系结构的焊接工艺管理系统也成为研究的热点之一。为了进一步满足生产企业对集群化焊接设备和生产过程的现代化管理，无论是针对传统焊机、数字化焊机还是焊接机器人，均有必要建立一套将信号采集、信息通信、数据远程访问融为一体的实时在线监测系统。由于选用RS-485、RS-232等有线线缆连接的数据通信方式存在着固有缺点，如系统的扩展比较困难、抗干扰的能力比较差、连接线缆比较多，当一个设备损坏时可能会影响整个网络等，这对群控管理系统的可靠性、安全性和实时性提出了更高的要求。对于焊接车间现场的管理与监控非常不利。

有研究人员将Wi-Fi技术或者由专业企业生产的工作在2.4GHz-2.5GHz频段的单片无线收发器芯片如nRF24L01应用到无线传感器网络，实现焊接电压值、电流值等参数的实时采集。而基于Wi-Fi的无线通讯协议采用星形网络，每台焊机都需要布置在基站覆盖范围内，有障碍物时无法使用，单一信道也会被其他网络干扰。此外，增加覆盖区域需要额外添加AP(Access Point)接入点，使成本增加，同时布网的复杂度提高，不适用于工业控制。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于zigbee技术的焊接监控系统，解决现有技术中每一台焊机都需要布置 在基站覆盖范围内、网络容量低、布网复杂，成本高的问题。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于zigbee技术的焊接监控系统，其包括设置于焊机上的zigbee无线传感器装置，所有的zigbee无线传感器装置均通过无线网络与控制平台连接，控制平台与平台显示装置和/或平台报警装置相连；所述zigbee无线传感器装置包括供电模块、电源转换模块、电流传感器、电压传感器和zigbee模块；所述供电模块输出端与电源转换模块输入端相连，供电模块输出的电压经电源转换模块处理后向电流传感器、电压传感器和zigbee模块供电；所述电流传感器、电压传感器分别采集焊机的工作电流、工作电压并传输至zigbee模块，所述zigbee模块将信号发送至控制平台。

本实用新型的基于zigbee技术的焊接监控系统采用zigbee无线传感器装置，网络容量大，节点体积小，架构简单，能够自动组成网络，其布局非常简单方便。并且焊机不是都需要布置在基站覆盖范围内、网络容量高、成本低。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述zigbee无线传感器装置还包括按钮模块、显示模块和报警模块；所述按钮模块控制zigbee无线传感器装置的工作与停止；所述显示模块与zigbee模块的信号输出端相连，用于显示电流传感器和电压传感器的检测值；所述报警模块与zigbee模块的报警控制端相连，用于显示报警信号。采用按钮模块便于控制zigbee无线传感器装置的工作与重启，采用显示模块和报警模块便于查看检测结果以及异常情况的报警。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述电流传感器为霍尔电流传感器，所述电压传感器为霍尔电压传感器，所述霍尔电流传感器和霍尔电压传感器均是可拆卸地安装于焊接电缆上。能在电隔离条件下通过检测磁场变化测量 直流、交流及各种波形的电流。安置于焊接电缆上，方便拆装，不用对焊接设备电源内部进行改装，成本低，便携化的实现了传统焊机参数的无线数字化测量。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述zigbee模块的第一数字I/O端口通过串联的第四电阻和第二发光二极管与电源转换模块的输出端相连，所述zigbee模块的第二数字I/O端口通过串联的第五电阻和第一发光二极管与电源转换模块的输出端相连；所述zigbee模块的重启端与按钮相连，所述zigbee模块的射频信号输出端与天线相连。通过ZigBee模块，接收传感器的电流电压值并通过Z RF部分进行无线发射，实现信号的传输。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述zigbee无线传感器装置还包括存储器，所述存储器的输入端与传感器的输出端相连，所述存储器的输出端与zigbee模块的传感器信号输入端相连。便于后续数据查看。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述供电模块包括锂离子电池及其充电电路，所述充电电路包括充电芯片，所述充电芯片的电源输入端口与USB的电源输出端相连，充电芯片的电源输入端口还通过第三十电容接地；所述充电芯片的接地端接地；所述充电芯片的充电状态指示端与第四发光二极管的负极相连，所述充电芯片的电池状态指示端与第五发光二极管的负极相连，第四发光二极管的正极和第五发光二极管的正极均通过第八电阻与USB的电源输出端相连，所述USB的电源输出端通过第二十九电容接地；所述充电芯片的接电池端口与电池相连；所述充电芯片的充电电量编程端口通过第十电阻接地；所述数码侧滑开关的第三端口与第三二极管的负极相连，所述第三二极管的正极与USB的电源输出端相连，所述数码侧滑开关的第三端口还与第六二极管的负 极相连，所述第六二极管的正极与与电池的正极相连，所述数码侧滑开关的第一端口与第二端口并联且与电源转换模块的输入端相连。供电模块简单，采用电池供电简化了系统结构。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述电源转换模块包括电源转换芯片、所述电源转换芯片的电压输入端与供电模块的输出端相连，所述电源转换芯片的接地端接地，所述电源转换芯片的电压输出端输出稳定的供电电压，所述电源转换芯片的电压输入端通过电容接地，所述电源转换芯片的电压输出端通过电容接地。保证了输出电压的稳定。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述报警模块包括蜂鸣器和第一三极管，所述蜂鸣器的电源正极与供电模块的输出端相连，所述蜂鸣器的电源负极通过第二电阻与第一三极管的集电极相连，第一三极管的发射极接地，第一三极管的基极通过第三电阻与zigbee模块的报警控制端相连。通过三极管驱动蜂鸣器，结构简单，保证出现异常情况时，监测者及时知道，提高了安全性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一种优选实施方式中zigbee技术的焊接监控系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种优选实施方式中zigbee无线传感器装置图；

图3是本实用新型一种优选实施方式中zigbee模块的电路连接图；

图4是本实用新型一种优选实施方式中zigbee无线传感器装置中存储器的电路连接图；

图5是本实用新型一种优选实施方式中供电模块的电路连接图；

图6是本实用新型一种优选实施方式中电源转换模块的电路连接图；

图7是本实用新型一种优选实施方式中报警模块的电路连接图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型提供了一种基于zigbee技术的焊接监控系统，如图1所示，其包括设置于焊机上的zigbee无线传感器装置，所有的zigbee无线传感器装置均通过无线网络与控制平台连接，控制平台与平台显示装置和/或平台报警装置相连。

在本实施方式中，控制平台可以采用现有的普通计算机显示装置，也可以采用基于虚拟仪器技术的监控中心。

zigbee无线传感器装置将信号传输至控制平台时不经过或者经过至少一级路由设备的中继传输，网关通过计算机和串口实现通信，它们的通信是经过网关内置ZigBee模块与各无线传感器网络节点来达成。焊机的电压信号和电流信号采集是利用ZigBee的ZStack协议栈自动组网，通过zigbeee模块地址来确定是哪台焊接设备，具体协议栈自动组网和确定是哪台焊接设备的方法采用的现有技术。

如图2所示，zigbee无线传感器装置包括供电模块、电源转换模块、电流传感器、电压传感器和zigbee模块。供电模块输出端与电源转换模块输入端相连，供电模块输出的电压经电源转换模块处理后向电流传感器、电压传感器和zigbee模块供电；所述电流传感器、电压传感器分别采集焊机的工作电流、工作电压并传输至zigbee模块，所述zigbee模块将信号发送至控制平台。

在本实施方式中，zigbee无线传感器装置还包括按钮模块、显示模块和报警模块；按钮模块控制zigbee无线传感器装置的工作、重启与停止；显示模块与zigbee模块的信号输出端相连，用于显示电流传感器和电压传感器的检测值；报警模块与zigbee模块的报警控制端相连，用于显示报警信号。

在本实施方式中，平台显示装置，平台报警装置为控制平台的显示装置和报警装置，用于显示所有zigbee无线传感器装置采集的信号以及对所有zigbee无线传感器装置检测值中超出阈值的情况进行报警。而显示模块和报警模块为zigbee无线传感器装置的显示和报警模块，用于显示相应的一个zigbee无线传感器装置的检测书记以及对超出阈值的数据的报警。在本实施方式中，具体的报警方法采用现有技术。

在本实施方式中，电流传感器为霍尔电流传感器，所述电压传感器为霍尔 电压传感器，所述霍尔电流传感器和霍尔电压传感器均是可拆卸地安装于焊接电缆上。能在电隔离条件下通过检测磁场变化测量直流、交流及各种波形的电流。因为焊接电流较大都有几百A，因此进行电隔离条件下进行测量，安置于焊接电缆上，方便拆装，不用对焊接设备电源内部进行改装，成本低，便携化的实现了传统焊机参数的无线数字化测量。

如图3所示，zigbee模块的第一数字I/O端口通过串联的第四电阻和第二发光二极管与电源转换模块的输出端相连，所述zigbee模块的第二数字I/O端口通过串联的第五电阻和第一发光二极管与电源转换模块的输出端相连；所述zigbee模块的启动端与按钮相连，所述zigbee模块的射频信号输出端与天线相连。本实施方式采用的zigbee模块的型号为cc2530。

如图4所示，所述zigbee无线传感器装置还包括存储器，所述存储器的输入端与传感器的输出端相连，所述存储器的输出端与zigbee模块的传感器信号输入端相连。在本实施方式中，存储器模块的型号为24C01。

如图5所示，供电模块包括锂离子电池及其充电电路，所述充电电路包括充电芯片，充电芯片的电源输入端口与USB的电源输出端相连，充电芯片的电源输入端口还通过第三十电容接地；所述充电芯片的接地端接地；所述充电芯片的充电状态指示端与第四发光二极管的负极相连，所述充电芯片的电池状态指示端与第五发光二极管的负极相连，第四发光二极管的正极和第五发光二极管的正极均通过第八电阻与USB的电源输出端相连，所述USB的电源输出端通过第二十九电容接地；所述充电芯片的接电池端口与电池相连；所述充电芯片的充电电量编程端口通过第十电阻接地。充电芯片具体才可采用TP4507。

数码侧滑开关的第三端口与第三二极管的负极相连，所述第三二极管的正 极与USB的电源输出端相连，所述数码侧滑开关的第三端口还与第六二极管的负极相连，所述第六二极管的正极与与电池的正极相连，所述数码侧滑开关的第一端口与第二端口并联且与电源转换模块的输入端相连。

如图6所示，电源转换模块包括电源转换芯片、所述电源转换芯片的电压输入端与供电模块的输出端相连，所述电源转换芯片的接地端接地，所述电源转换芯片的电压输出端输出稳定的供电电压，所述电源转换芯片的电压输入端通过并联的第二十三电容和第二十七电容接地，所述电源转换芯片的电压输出端通过并联的第二十四电容、第二十五电容和第二十六电容接地。电源转换芯片具体可采用ME6206A33M，保证稳定的3.3V电压输出。

如图7所示，报警模块包括蜂鸣器和第一三极管，所述蜂鸣器的电源正极与供电模块的输出端相连，所述蜂鸣器的电源负极通过第二电阻与第一三极管的集电极相连，第一三极管的发射极接地，第一三极管的基极通过第三电阻与zigbee模块的报警控制端相连。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。