本实用新型涉及热特性分析领域，具体涉及一种用于机床热特性分析的虚拟仪器。
背景技术：
精密和超精密加工技术是先进生产技术的重要组成部分，在国民经济、国防工业和科学技术研究中发挥着至关重要的作用，体现了一个国家的科技水平。机床的各种加工误差直接影响被加工零件的精度，其中，热误差所占得比重越来越大，机床热变形现已成为精密超精密仪器加工过程中的重要误差来源。
产生机床热变形的根本原因是在机床内外部环境中存在各种各样的热源，比如机床电器和液压元件的能量耗损转化成的热量；切削过程产生的切削热；机床运动部件的摩擦发热等等。
对于精密超精密仪器来说，虚拟仪器技术的构建成为至关重要的一部分，具备重要的现实意义和推行价值。
技术实现要素：
基于此，针对上述问题，有必要提出一种减小热转化损耗，降低热误差的用于机床热特性分析的虚拟仪器。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于机床热特性分析的虚拟仪器，包括主控模块、上位机和温度传感器模块，所述主控模块包括单片机、通信串口和信号采集子模块，所述温度传感器模块的信号输出端与所述信号采集子模块的信号输入端连接，所述信号采集子模块的信号输出端通过时序控制电路连接单片机的信号输入端，所述单片机的信号输出端连接所述通信串口的信号输入端，所述通信串口的信号输出端连接所述上位机的信号输入端。
在本实用新型中，通过执行多点监测任务的各个温度传感器模块，在主控模块的控制下采集机床主轴16个点的温度变化情况，并完成信号的滤波放大的处理；采用集成技术，利用STM32单片机为温度传感器模块的核心芯片，完成16路数据的采集、传输和处理，对相关数据达到实时监测采集的目的，具有功能完备、体积小、便安装的特点；再由单片机构成的主控模块来汇总各个温度传感器模块采集并传回的数据，温度传感器模块采集得到了温度数据以后，传递给单片机来处理，通过通信串口传递给上位机(PC端虚拟分析仪)；外部数据采集设备分为温度传感器模块及其后续处理硬件部分，单片机将外部数据采集模块采集的信号通过通信串口发送到上位机，在串口数据传输通信之前，对串口初始化，更正串口波特率，改正接收中断的装置，使其支持多种协议的接口方式，且上位机是进行数据分析与处理的系统，上位机接收到主控模块传送的数据后，对数据进行分析处理后绘制趋势曲线，其具有数据存储功能以及与MATLAB连接的接口功能；本实用新型起到了减小热转化损耗，降低热误差的效果。
作为上述方案的进一步优化，所述信号采集子模块包括调理电路和ADC芯片，所述温度传感器模块的信号输出端连接所述调理电路的信号输入端，所述调理电路的信号输出端连接所述ADC芯片的信号输入端，所述ADC芯片的信号输出端通过所述时序控制电路连接所述单片机的信号输入端。模拟温度传感器模块传回的电信号通过调理电路和ADC芯片转换成数字信号，且采用时序控制电路对多温度传感器模块实现时序控制，编写精确的延时程序，解决温度传感器模块与单片机通信过程中复位失败、命令发送失败、数据接收异常等问题。
作为上述方案的进一步优化，所述时序控制电路上设有开关矩阵，所述信号采集子模块的信号输出端与所述开关矩阵的信号输入端连接，所述开关矩阵的信号输出端与所述单片机的信号输入端连接。在时序控制电路上设置有开关矩阵，其具有控制信号流向的功能，实现了自动监测的接口设计，解决了温度传感器模块与单片机通信过程中的复位失败、命令发送失败、数据接收异常等问题，增加了信号传输的完整度、安全性及效率。
作为上述方案的进一步优化，所述上位机具有数据处理模块、数据存储模块以及MATLAB接口；所述通信串口的信号输出端连接所述数据处理模块的信号输入端，所述数据处理模块的信号输出端连接所述数据存储模块的第一信号输入端，所述数据存储模块的信号输出端连接所述MATLAB接口的信号输入端，所述MATLAB接口的信号输出端连接所述数据存储模块的第二信号输入端。上位机在实现数据的分析与处理的同时，还具有数据存储功能，且在上位机中通过MATLAB接口可以实现后续热变形的分析。
作为上述方案的进一步优化，所述温度传感器模块包括热电偶温度传感器和热电阻温度传感器中的至少一个。温度传感器模块就是执行多点温度监测任务的各个温度传感器，其主要由热电偶、热电阻等温度传感器组成，使得监测的温度准确，减小热转化损耗，降低热误差。
作为上述方案的进一步优化，所述温度传感器模块上具有串行通讯接口，该串行通讯接口包括RS-485总线接口和RS-232C接口中的至少一个。本实用新型的温度传感器模块拟集成多种串行通讯接口，支持多种数据接口，例如：RS485、RS232C，方便上位机的连接，在提高数据传输效率的同时，保证了数据传输的安全性。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用集成技术，利用单片机为温度传感器模块的核心芯片，完成16路数据的采集、传输和处理，对相关数据达到实时监测采集的目的，具有功能完备、体积小、便安装的特点。
2、上位机实现数据的分析与处理的同时，还具有数据存储功能，还可实现后续热变形的分析。
3、在时序控制电路上设置有开关矩阵，具有控制信号流向的功能，实现了自动监测的接口设计，解决了温度传感器模块与单片机通信过程中的复位失败、命令发送失败、数据接收异常等问题，增加了信号传输的完整度、安全性及效率。
4、采用执行多点温度监测任务的各个温度传感器，其主要由热电偶、热电阻等温度传感器组成，提高温度监测的完整性和准确度。
5、本实用新型的温度传感器模块拟集成多种串行通讯接口，支持多种数据接口，方便上位机的连接，在提高数据传输效率的同时，保证了数据传输的安全性。
6、通过本实用新型的温度监测，可得到完整的温度变化曲线，实现对机床热特性的监测和分析，从而做到减小热转化损耗，降低热误差的效果。
附图说明
图1是本实用新型实施例所述用于机床热特性分析的虚拟仪器的原理框图；
图2是本实用新型实施例所述温度变化的趋势曲线图。
附图标记说明：
10-主控模块；101-单片机；102-通信串口；103-信号采集子模块；103a-调理电路；103b-ADC芯片；20-上位机；201-数据处理模块；202-数据存储模块；203-MATLAB接口；30-温度传感器模块；301-串行通讯接口；40-时序控制电路；401-开关矩阵。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种用于机床热特性分析的虚拟仪器，包括主控模块10、上位机20和温度传感器模块30，所述主控模块10包括单片机101、通信串口102和信号采集子模块103，所述温度传感器模块30的信号输出端与所述信号采集子模块103的信号输入端连接，所述信号采集子模块103的信号输出端通过时序控制电路40连接单片机101的信号输入端，所述单片机101的信号输出端连接所述通信串口102的信号输入端，所述通信串口102的信号输出端连接所述上位机20的信号输入端。
在本实用新型中，通过执行多点监测任务的各个温度传感器模块30，在主控模块10的控制下采集机床主轴16个点的温度变化情况，并完成信号的滤波放大的处理；采用集成技术，利用STM32单片机101为温度传感器模块30的核心芯片，完成16路数据的采集、传输和处理，对相关数据达到实时监测采集的目的，具有功能完备、体积小、便安装的特点；再由单片机101构成的主控模块10来汇总各个温度传感器模块30采集并传回的数据，温度传感器模块30采集得到了温度数据以后，传递给单片机101来处理，通过通信串口102传递给上位机20(PC端虚拟分析仪)；外部数据采集设备分为温度传感器模块30及其后续处理硬件部分，单片机101将外部数据采集模块采集的信号通过通信串口102发送到上位机20，在串口数据传输通信之前，对串口初始化，更正串口波特率，改正接收中断的装置，使其支持多种协议的接口方式，且上位机20可进行数据分析与处理，上位机20接收到主控模块10传送的数据后，对数据进行分析处理后绘制趋势曲线，其具有数据存储功能以及与MATLAB连接的接口功能；本实用新型起到了减小热转化损耗，降低热误差的效果。
在其中一个实施例中，所述信号采集子模块103包括调理电路103a和ADC芯片103b，所述温度传感器模块30的信号输出端连接所述调理电路103a的信号输入端，所述调理电路103a的信号输出端连接所述ADC芯片103b的信号输入端，所述ADC芯片103b的信号输出端通过所述时序控制电路40连接所述单片机101的信号输入端。模拟温度传感器模块30传回的电信号通过调理电路103a和ADC芯片103b转换成数字信号，且采用时序控制电路40对多温度传感器模块30实现时序控制，编写精确的延时程序，解决温度传感器模块30与单片机101通信过程中复位失败、命令发送失败、数据接收异常等问题。
在另一个实施例中，所述时序控制电路40上设有开关矩阵401，所述信号采集子模块103的信号输出端与所述开关矩阵401的信号输入端连接，所述开关矩阵401的信号输出端与所述单片机101的信号输入端连接。在时序控制电路40上设置有开关矩阵401，其具有控制信号流向的功能，实现了自动监测的接口设计，解决了温度传感器模块30与单片机101通信过程中的复位失败、命令发送失败、数据接收异常等问题，增加了信号传输的完整度、安全性及效率。
在另一个实施例中，所述上位机20具有数据处理模块201、数据存储模块202以及MATLAB接口203；所述通信串口102的信号输出端连接所述数据处理模块201的信号输入端，所述数据处理模块201的信号输出端连接所述数据存储模块202的第一信号输入端，所述数据存储模块202的信号输出端连接所述MATLAB接口203的信号输入端，所述MATLAB接口203的信号输出端连接所述数据存储模块202的第二信号输入端。上位机20在实现数据的分析与处理的同时，还具有数据存储功能，且在上位机中通过MATLAB接口可以实现后续热变形的分析。
在另一个实施例中，所述温度传感器模块30包括热电偶温度传感器。
在另一个实施例中，所述温度传感器模块30包括热电阻温度传感器。
在另一个实施例中，所述温度传感器模块30包括热电偶温度传感器和热电阻温度传感器。
温度传感器模块30就是执行多点温度监测任务的各个温度传感器，其主要由热电偶、热电阻等温度传感器组成，使得监测的温度准确，减小热转化损耗，降低热误差。
在另一个实施例中，所述温度传感器模块30上具有串行通讯接口301，该串行通讯接口301包括RS-485总线接口。
在另一个实施例中，所述温度传感器模块30上具有串行通讯接口301，该串行通讯接口301包括RS-232C接口。
在另一个实施例中，所述温度传感器模块30上具有串行通讯接口301，该串行通讯接口301包括RS-485总线接口和RS-232C接口。
本实用新型的温度传感器模块30拟集成多种串行通讯接口301，支持多种数据接口，例如：RS485、RS232C，方便上位机20的连接，在提高数据传输效率的同时，保证了数据传输的安全性。
对机床受热情况进行温度采集，得到如表1所示的温度变化数据表；
表1
上位机20接收到各个通道的温度数据后，对数据进行分析处理，并根据该数据，按时间绘制如图2所示的趋势曲线，得到完整的温度变化曲线，实现对机床热特性的监测和分析，从而做到减小热转化损耗，降低热误差的效果。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。