一种数据控制机床健康监测系统的制作方法

本实用新型涉及数控技术领域，更具体涉及一种数据控制机床健康监测系统。

背景技术：

数控机床是一种集机、电、液于一身的现代机电设备。数控技术本身的复杂性，工艺的多样性和加工零件的复杂性，使数控系统的规格多样性，性能差异较大，控制参数复杂，调试操作繁琐。因此，一旦数控机床发生故障，对其进行故障诊断和维修将是一项专业性极强的工作，很多时候必须依靠数控机床生产厂家的支持才能得到解决。这样将导致故障机床经常得不到及时的维修，延长了故障停机时间，降低了数控机床的生产效率。另一方面，这也增加了数控系统生产厂家技术人员的外出检修次数，增加了企业售后服务成本。因此，对于机床的健康监测是对机床进行故障诊断的基础，方便生产厂家快速确定故障位置和原因。

随着计算机网络技术的飞速发展，以及制造行业中先进制造技术的广泛推广，很多企业已经建立了自己的制造信息化网络平台，实现了计算机和各种生产设备的联网。对于数控机床的健康监测，现有的技术大多采用有线数据采集系统配合高精度传感器来做数据采集，在PC端处理数据，获取设备的故障信息。比如德国QASS公司的在线工艺监测优化仪，应用在机加工无损检测上，利用声发射传感器采集机床刀具的磨损信号，传入计算机分析，最终获得刀具的磨损信息。另外对于机床的传动部件、转子以及轴承等，可以采用有线振动数据采集系统采集和分析振动信号，对这些零部件进行故障监测。机械故障振动监测系统市面上有很多公司都在研发生产。近年来，一些生产厂家试图通过无线通信方式将机床的监测数据上传至互联网，如实用新型专利(CN205750492U) 所述的机床健康监测系统，为机床监测系统预留无线通信接口和USB接口。发明专利(CN108156216A)所述的机床实时监测系统及其收发模块，使用应用服务器或网页服务器，读取的参数供便携式数据处理机的应用程序或者网页浏览器使用或显示。但这些并没有具体的从硬件上将无线通信模块真正地与机床健康监测设备结合起来。

有线的振动或声发射采集系统成本高，不易安装；机床健康监测数据停留在本地，没有接入互联网。一些传感器为监测系统预留了无线通信接口和USB 接口，但没有真正地将无线通信模块结合到健康监测系统的传感器中。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于没有具体的从硬件上通过无线通信方式检监测数控机床的健康。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：

一种数据控制机床健康监测系统，电源供电电路、信号采集电路、数控系统PLC接口、自组网电路、中央处理电路，所述电源供电电路、信号采集电路、数控系统PLC接口、自组网电路都与中央处理电路连接，所述电源供电电路与所述信号采集电路、自组网电路、中央处理电路连接。

更进一步地，所述中央处理电路包括通信处理电路或ARM处理电路。

更进一步地，所述通信处理电路包括通信处理器、开关机电路、第一复位电路、SPI接口、USB接口、电平匹配电路、网络状态指示电路、第一天线、 SIM卡接口，所述开关机电路、第一复位电路、SPI接口、USB接口、网络状态指示电路、第一天线、SIM卡接口都与所述通信处理器连接，所述信号采集电路与电平匹配电路连接，所述电平匹配电路与所述SPI接口连接。

更进一地，所述开关机电路包括开关按键、第一NPN型三极管、第六十一电容C61，所述开关按键与第一NPN型三极管的基极连接，第一NPN型三极管的发射极接地，第一NPN三极管的集电极与通信处理器的第二十一引脚连接，第六十一电容C61的一端连接在第一NPN三极管的集电极与通信处理器的第二十一引脚连接线上，第六十一电容C61的另一端接地。

更进一地，所述复位电路包括复位按键、第二NPN型三极管、第六十二电容C62，所述复位按键与第二NPN型三极管的基极连接，第二NPN型三极管的发射极接地，第二NPN三极管的集电极与通信处理器的第二十引脚连接，第六十二电容C62的一端连接在第二NPN三极管的集电极与通信处理器的第二十引脚连接线上，第六十二电容C62的另一端接地。

更进一步地，所述网络状态指示包括第三NPN型三极管、第四十一电阻 R41、第四二极管D4，第四NPN型三极管、第四十二电阻R42、第五二极管 D5；通信处理器的第六引脚与第三NPN型三极管的基极连接，第三NPN型三极管的发射极接地，第三NPN三极管的集电极经过第四十一电阻R41与第四二极管D4的阴极连接，第四二极管D4的阳极连接第一线性稳压器的输出端；通信处理器的第五引脚与第四NPN型三极管的基极连接，第四NPN型三极管的发射极接地，第四NPN三极管的集电极经过第四十二电阻R42与第五二极管 D5的阴极连接，第五二极管D5的阳极连接第一线性稳压器的输出端。

更进一步地，所述ARM处理电路包括ARM处理器、存储器、第二复位电路，所述第二复位电路与所述ARM处理器连接，所述ARM处理器与所述存储器连接。

更进一步地，所述电源供电电路包括直流电源、DC/DC转换电路、第一线性稳压器、第二线性稳压器、第三线性稳压器，所述直流电源与DC/DC转换电路连接，所述DC/DC转换电路与第一线性稳压器、第二线性稳压器、第三线性稳压器连接，第一线性稳压器与通信电路连接，第二线性稳压器与ARM处理电路、自组网电路连接，第二线性稳压器和第三线性稳压器与信号采集电路连接。

更进一步地，所述信号采集电路包括声发射采集电路、加速度采集电路、温度传采集电路、电流采集电路，所述声发射采集电路、加速度采集电路、温度传采集电路、电流采集电路都与中央处理电路连接。

更进一步地，所述声发射采集电路包括声发射传感器、第一信号放大电路、滤波电路、二选一模拟开关、第一信号转换电路、第一模数转换电路，且依次进行连接，第一模数转换电路的输出端与中央处理电路连接。

更进一步地，所述第一信号放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1、第一运算放大器、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2，所述声发射传感器经过第一电容C1与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第一运算放大器的同相端连接，第一二极管D1的一端连接在第一电阻 R1的另一端与第一运算放大器的同相端连接线上，第二电容C2与第四电阻R4 并联，第一运算放大器的输出端经过并联的第二电容C2与第四电阻R4连接到第一运算放大器的反相端，第三电阻R3的一端连接到运算放大器的反相端，第二电阻R2的另一端接地，第一二极管D1的对接的阳极、阴极分别连接第三线性稳压器、第二线性稳压器的输出端，第一运算放大器的输出端作为第一信号放大电路的输出端。

更进一步地，所述滤波电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第八电容C8、第九电容C9、第二运算放大器、第十电容C10、第九电阻R9、第十一电容C11，所述第七电阻R7的一端、第十电容C10的一端作为滤波电路的输入端，所述第一信号放大电路的输出端经过第三电容C3与滤波电路的输入端连接，所述第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的一端、第八电容R8的一端连接，第八电阻 R8的另一端与第二运算放大器的第一同相端连接，第九电容C9的一端连接在第八电阻R8的另一端与第二运算放大器的第一同相端连接线上，第八电容C8 的另一端与第二运算放大器的第一反相端连接，第二运算放大器的第一输出端连接到第八电容C8的另一端与第二运算放大器的第一反相端连接线上，第九电容C9的另一端接地；第十电容C10的另一端与第九电阻R9的一端、第十一电容C11的一端连接，第九电阻R9的另一端与第二运算放大器的第二反相端连接，第二运算放大器的第二输出端连接到第九电阻R9的另一端与第二运算放大器的第二反相端连接线上，第十一电容C11的另一端与第二运算放大器的第二同相端连接，第十电阻R10的一端连接到第十一电容C11的另一端与第二运算放大器的第二同相端连接线上，第十电阻R10的另一端接地，运算放大器电源接第二线性稳压器的输出端。

更进一步地，所述第二运算放大器的第一输出端、第二输出端分别与所述二选一模拟开关的输入端连接，所述二选一模拟开关的输出端与所述第一信号转换电路的输入端连接，所述第一信号转换电路包括第一单端转差分信号转换芯片、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十六电容C16、第十七电容C17、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十八电容C18、第十九电容C19，所述二选一模拟开关的输出端与所述第十一电阻R11的一端连接，第十一电阻R11的另一端连接到第一单端转差分信号转换芯片的同相输入端，第一单端转差分信号转换芯片的反相输出端经过第十二电阻R12连接到第十一电阻R11的另一端与第一单端转差分信号转换芯片的同相输入端连接线上，第十四电阻R14的一端连接到第一单端转差分信号转换芯片的反相输入端，第一单端转差分信号转换芯片的同相输出端经过第十五电阻R15连接到第十四电阻R14的另一端与第一单端转差分信号转换芯片的反相输入端连接线上，第十四电阻R14的另一端接地，第一单端转差分信号转换芯片的调节端与第十六电容C16的一端连接，第十六电容C16的另一端接地，第十三电阻R13与第十七电容C17串联且第一单端转差分信号转换芯片的电源端连接到串联的第十三电阻R13与第十七电容C17连接线上，第十三电阻R13的非串联端接第二线性稳压器的输出端，第十七电容 C17的另一端接地，第十六电阻R16与第十八电容C18串联且第一单端转差分信号转换芯片的电源端连接到串联的第十六电阻R16与第十八电容C18连接线上，第十六电阻R16的非串联端接第二线性稳压器的输出端，第十八电容C18 的另一端接地，第一单端转差分信号转换芯片的第一输出端经过第十七电阻R17 与第一模数转换电路的第一输入端连接，第一单端转差分信号转换芯片的第二输出端经过第十八电阻R18与第一模数转换电路的第二输入端连接，且两输出端之间连接第十九电容C19。

更进一步地，所述加速度采集电路包括加速度传感器、第二信号放大电路、第二信号转换电路、第二模数转换电路，且依次进行连接，所述第二模数转换电路的输出端与中央处理电路连接。

更进一步地，所述加速度传感器经过第十九电阻R19与第二信号放大电路的输入端连接，所述第二信号放大电路包括第三运算放大器，第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十电阻R20、第二十五电容C25、第二十一电阻R21、第二十六电容C26、第二十二电阻R22，所述第二十三电容C23、第二十四电容 C24、第二十电阻R20并联，第三运算放大器的输出端经过并联的第二十三电容 C23、第二十四电容C24、第二十电阻R20与第三运算放大器的反相输入端连接，第二十一电阻R21与第二十五电容C25串联，第二十一电阻R21的非串联端接第二线性稳压器，第二十五电容C25的另一端接地，第三运算放大器的正电源端连接在串联的第二十一电阻R21与第二十五电容C25连接线上；第二十二电阻R22与第二十六电容C26串联，第二十二电阻R22的非串联端接第三线性稳压器的输出端，第二十六电容C26的非串联端接地，第三运算放大器的负电源端连接在串联的第二十二电阻R22与第二十六电容C26连接线上。

更进一步地，第二信号转换电路包括第二单端转差分信号转换芯片、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十八电容C28、第二十七电阻R27、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十九电容C29、第二十八电阻R28、第三十电容C30，所述第二信号放大电路的输出端与第二十三电阻R23的一端连接，第二十三电阻R23的另一端连接在第二单端转差分信号转换芯片的同相输入端，第二单端转差分信号转换芯片的反相输出端经过第二十四电阻R24连接到第二十三电阻R23的另一端与第二单端转差分信号转换芯片的同相输入端连接线上，第二十五电阻R25的一端连接在第二单端转差分信号转换芯片的反相输入端，第二十五电阻R25的另一端接地，第二单端转差分信号转换芯片的同相输出端经过第二十六电阻R26连接到第二十五电阻R25的一端连接在第二单端转差分信号转换芯片的反相输入端连接线上，第二十八电容C28的一端到第二单端转差分信号转换芯片的正电源端接第二线性稳压器的输出端连接线上，第二十九电容C29的一端到第二单端转差分信号转换芯片的负电源端接第三线性稳压器的输出端连接线上，第二单端转差分信号转换芯片的反相输出端经过第二十七电阻R27与第二模数转换电路的第一输入端连接，第二单端转差分信号转换芯片的同相输出端经过第二十八电阻R28与第二模数转换电路的第二输入端连接。

更进一步地，所述温度采集电路包括第二十九电阻R29、热敏电阻，所述第二十九电阻R29与热敏电阻串联，串联的第二十九电阻R29与热敏电阻连接线的接点作为温度采集电路的输出端，所述第二十九电阻R29的非串联端接第二线性稳压器的输出端，热敏电阻的非串联端接地。

更进一步地，所述电流采集电路包括电流传感器、第三十四电容C34、第三十电阻R30、第三十一电阻R31，电流传感器的第六引脚与中央处理电路连接，第三十电阻R30与第三十一电阻R31串联，电流传感器的第四引脚与第三十电阻R30的非串联端连接并接5V电源，第三十一电阻R31的非串联端接地，第三十四电容C34的一端接5V电源，电流传感器的第三引脚连接在第三十四电容 C34的一端接5V电源连接线上，第三十四电容C34的另一端接地。

更进一步地，所述自组网电路包括自组网处理器、第三十五电容C35、第三十二电阻R32、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第一无源晶振Y1、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十二电容C42、第二无源晶振Y2、第四十一电容C41、第一电感L1、第四十三电容C43、第二电感L2、第四十四电容C44、第四十五电容C45、第三电感L3、第四十六电容 C46、第四电感L4、第四十七电容C47、第二天线、第三十三电阻R33、第三天线、第四十八电容C48，

所述第三十二电阻R32与第三十五电容C35串联，第三十二电阻R32的非串联端接电源供电电路；自组网处理器的第三十五脚与第三十二电阻R32与第三十五电容C35的连接线连接；自组网处理器的第三引脚与第三十六电容C36 的一端连接，自组网处理器的第四引脚与第三十七电容C37的一端连接，自组网处理器的第二十三引脚与第三十八电容C38的一端连接，第一无源晶振Y1 的两端分别连接在自组网处理器的第三引脚与第三十六电容C36的一端连接线上、自组网处理器的第四引脚与第三十七电容C37的一端连接线上，第四十电容C40与第四十三电容C43串联，第三十九电容C39与第二电感L2串联，第四十电容C40的非串联端与自组网处理器的第一引脚连接，第三十九电容C39 的非串联端与自组网处理器的第二引脚连接，第一电感L1的一端连接在第四十电容C40与第四十三电容C43串联的连接线上，第四十四电容C44的一端连接在第三十九电容C39与第二电感L2串联的连接线上，第三电感L3、第四电感 L4、第三十三电阻R33依次串联，第四十三电容C43的非串联端、第二电感L2 的非串联端与第三电感L3的非串联端连接，第四十七电容C47的一端连接在第四电感L4与第三十三电阻R33的串联的连接线上，第四十七电容C47的另一端与第二天线连接，第三十三电阻R33的非串联端与第三天线连接，第四十八电容C48的一端连接在第三十三电阻R33的非串联端与第三天线连接线上；

第四十五电容C45的一端连接在第四十三电容C43的非串联端、第二电感 L2的非串联端与第三电感L3的非串联端连接线上，第四十六电容C46的一端连接在第三电感L3与第四电感L4串联的连接线上；自组网处理器的第四十七引脚与第四十二电容C42的一端连接，自组网处理器的第四十六引脚与第四十一电容C41的一端连接，第二无源晶振Y2的第一引脚连接在自组网处理器的第四十七引脚与第四十二电容C42的一端连接线上，第二无源晶振Y2的第三引脚连接在自组网处理器的第四十六引脚与第四十一电容C41的一端连接线上，第三十五电容C35的另一端、第三十六电容C36的另一端、第三十七电容C37的另一端、第三十八电容C38的另一端、第四十二电容C42的另一端、第四十一电容C41的另一端、第四十四电容C44的另一端、第一电感L1的另一端、第四十五电容C45的另一端、第四十六电容C46的另一端、第四十八电容C48的另一端、第二无源晶振Y2的第二引脚、第四引脚都接地。

更进一步地，所述自组网控制器选用内核为ARM Cortex M3处理器，配合IEEE 802.15.4无线收发单元。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所涉及数控机床健康监测系统，该系统通过信号采集电路采集数控机床的刀具磨损、破损、运动、温度、电流等参数，将这些参数传输到中央处理电路，通过中央处理电路的处理这些参数，并对这些参数进行判断，是否超过了数控机床的健康值，将采集的数据以及报警信息通过自组网电路和通信处理电路发送给远端的移动用户并上传到云端工厂家和用户参考。自组网技术与通信技术结合，实现传感器数据和PLC数据接入物联网云平台，很好地实现对设备的管理。物联网云平台接收到传感器和PLC的数据，运用人工智能技术对数控机床进行实时的故障诊断，检测到故障后发出故障预警，便于厂家在接收到信息后，快速定位故障，及时地进行维修，减少财产损失，实时性好。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的一种数据控制机床健康监测系统的总结构示意图。

图2为本实用新型实施例一的一种数据控制机床健康监测系统的通信处理电路示意图。

图3为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的通信处理电路连接示意图。

图4为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的开关机电路电路图。

图5为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的第一复位电路电路图。

图6为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的网络状态指示电路图。

图7为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的声发射传感器采集电路图。

图8为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的第一信号放大电路图。

图9为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的加速度传感器、第二信号放大电路以及第二信号转换电路的电路图。

图10为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的第二模数转换电路的电路图。

图11为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的温度采集电路图。

图12为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的电流采集电路图。

图13为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的自组网电路。

图14为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的ARM处理电路示意图。

图15为本实用新型实施例的一种数据控制机床健康监测系统的ARM处理电路连接示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

如图1所示，一种数据控制机床健康监测系统，包括电源供电电路、信号采集电路、数控系统PLC接口、自组网电路、中央处理电路，所述电源供电电路、信号采集电路、数控系统PLC接口、自组网电路都与中央处理电路连接。所述中央处理电路为通信处理电路。

更具体的如图2所示，电源供电电路包括机床24V电源、DC/DC转换电路、第一线性稳压器、第二线性稳压器、第三线性稳压器，机床24V电源与DC/DC 转换电路的输入端连接，DC/DC转换电路的输出端与第一线性稳压器的输入端的输入端、第二线性稳压器的输入端、第三线性稳压器的输入端连接，第一线性稳压器的输出端与通信处理电路连接，第二线性稳压器的输出端与自组网电路、信号采集电路连接，第三线性稳压器的输出端与信号采集电路连接。其中， DC/DC转换电路将机床24电源转换为5V，第一线性稳压器将5为转换为4V，第二线性稳压器将5V转为正3.3V，第三线性稳压器将5V转为-3.3V。

信号采集电路包括声发射采集电路、加速度采集电路、温度传采集电路、电流采集电路，声发射采集电路、加速度采集电路、温度传采集电路、电流采集电路都与中央处理电路连接。

如图3所示，通信处理电路包括通信处理器、网络状态指示电路、开关机电路、第一复位电路、SPI接口、USB接口、电平匹配电路、天线1、天线2、天线3、SIM卡接口，开关机电路、第一复位电路、SPI接口、USB接口、天线 1、天线2、天线3、SIM卡接口都与通信处理器连接，信号采集电路中的声发射采集电路、加速度采集电路通过电平匹配电路所述SPI接口连接、电流采集电路、温度采集电路与通信处理器连接。其中，通信处理器可以选用ARM Cortex V7配合4G LTE收发单元，电平匹配电路为现有的电平转换电路，实现不同电平之间的转换。

如图4所示，为开关机电路电路图，开关机电路包括开关按键PWR_KEY、 NPN型三极管Q1、电容C61，开关按键PWR_KEY与NPN型三极管Q1的基极连接，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN三极管Q1的集电极与通信处理器的21引脚连接，电容C61的一端连接在NPN三极管Q1的集电极与通信处理器的21引脚连接线上，电容C61的另一端接地。

图5为第一复位电路电路图，第一复位电路包括复位按键RESET_IN、NPN 型三极管Q2、电容C62，复位按键RESET_IN与NPN型三极管Q2的基极连接， NPN型三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的集电极与通信处理器的20 引脚连接，电容C62的一端连接在NPN三极管Q2的集电极与通信处理器的20 引脚连接线上，电容C62的另一端接地。

图6为网络状态指示电路电路图，网络状态指示电路包括NPN型三极管Q3、电阻R41、二极管D4，NPN型三极管Q3、电阻R42、第五二极管D5；通信处理器的6引脚与NPN型三极管Q3的基极连接，NPN型三极管Q3的发射极接地，NPN三极管Q3的集电极经过电阻R41与二极管D4的阴极连接，二极管D4的阳极连接第一线性稳压器的输出端的4V电源；通信处理器的5引脚与NPN型三极管Q4的基极连接，NPN型三极管Q4的发射极接地，NPN三极管Q4的集电极经过电阻R42与二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极连接第一线性稳压器的输出端的4V电源。

其中，通信处理电路的71、70、69引脚用于连接USB接口，通信处理电路的17、16、15引脚用于连接SIM接口，通信处理电路的49、35、47引脚分别引脚天线1、天线2、天线3，通信处理电路的45引脚连接电流采集电路，通信处理电路的44引脚连接温度采集电路。

如图7所示，声发射采集电路包括声发射传感器、第一信号放大电路、滤波电路、二选一模拟开关、第一信号转换电路、第一模数转换电路，且依次进行连接，第一模数转换电路的输出端与中央处理电路连接。

图8为第一信号放大电路图，第一信号放大电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D1、第一运算放大器U1、电阻R3、电阻R4、电容C2，声发射传感器经过电容C1与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与第一运算放大器U1的同相端连接，二极管D1的一端连接在电阻R1的另一端与第一运算放大器U1 的同相端连接线上，电容C2与电阻R4并联，第一运算放大器U1的输出端经过并联的电容C2与电阻R4连接到第一运算放大器U1的反相端，电阻R3的一端连接到第一运算放大器U1的反相端，电阻R2的另一端接地，二极管D1的对接的阳极、阴极分别连接第三线性稳压器输出负3.3V、第二线性稳压器的输出端正3.3V，第一运算放大器的输出端作为第一信号放大电路的输出端。其中，第一运算放大器U1可以选用AD8638。

滤波电路包括电阻R7、电阻R8、电容C8、电容C9、第二运算放大器U2A、 U2B、电容C10、电阻R9、电容C11，电阻R7的一端、电容C10的一端作为滤波电路的输入端，第一信号放大电路的输出端经过电容C3与滤波电路的输入端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端、电容R8的一端连接，电阻R8的另一端与第二运算放大器U2A的3引脚连接，电容C9的一端连接在电阻R8的另一端与第二运算放大器U2A的3引脚连接线上，电容C8的另一端与第二运算放大器U2A的2引脚连接，第二运算放大器U2A的2引脚连接到电容C8的另一端与第二运算放大器U2A的2引脚连接线上，电容C9的另一端接地；电容C10的另一端与电阻R9的一端、电容C11的一端连接，电阻R9的另一端与第二运算放大器U2B的6引脚连接，第二运算放大器U2A的7连接到电阻R9 的另一端与第二运算放大器U2A的6引脚连接线上，电容C11的另一端与第二运算放大器的第二同相端连接，电阻R10的一端连接到电容C11的另一端与第二运算放大器的第二同相端连接线上，电阻R10的另一端接地，运算放大器电源接第二线性稳压器的输出端。第二运算放大器U2A、U2B可以选用TLV272。其中，滤波电路用于低通滤波和高通滤波，截止频率为20KHz。

第二运算放大器的第一输出端、第二输出端分别与二选一模拟开关的输入端连接，二选一模拟开关的输出端与第一信号转换电路的输入端连接，第一信号转换电路包括单端转差分信号转换芯片U4、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C16、电容C17、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C18、电容C19，所述二选一模拟开关的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端连接到单端转差分信号转换芯片U4的同相输入端，单端转差分信号转换芯片U4的反相输出端经过电阻R12连接到电阻R11的另一端与单端转差分信号转换芯片U4的同相输入端连接线上，电阻R14的一端连接到单端转差分信号转换芯片U4的反相输入端，单端转差分信号转换芯片U4的同相输出端经过电阻R15连接到电阻R14的另一端与单端转差分信号转换芯片U4的反相输入端连接线上，电阻R14的另一端接地，单端转差分信号转换芯片U4 的调节端与电容C16的一端连接，电容C16的另一端接地，电阻R13与电容 C17串联且单端转差分信号转换芯片U4的电源端连接到串联的电阻R13与电容 C17连接线上，电阻R13的非串联端接第二线性稳压器的输出端，电容C17的另一端接地，电阻R16与电容C18串联且单端转差分信号转换芯片U4的电源端连接到串联的电阻R16与电容C18连接线上，电阻R16的非串联端接第二线性稳压器的输出端，电容C18的另一端接地，单端转差分信号转换芯片U4的第一输出端经过电阻R17与第一模数转换电路的第一输入端连接，单端转差分信号转换芯片U4的第二输出端经过电阻R18与第一模数转换电路U5的第二输入端连接，且两输出端之间连接电容C19。其中，二选一模拟开关可以选用 TS12A12511，单端转差分信号转换芯片U4可以选用AD8137。

第一模数转换电路U5选用中第一模数转换器可以选用ADS7057，第一模数转换器的1引脚、2引脚、3引脚通过SPI接口与中央处理电路连接，4引脚接第二线性稳压器所输出的+3V3A，6引脚接参考电压2.5V，且接电容C22的一端，电容C22的另一端接地，7引脚、8引脚接电阻R18、电阻R17的另一端，电容C20、电容C21并联后的一端与引脚4连接，并联的电容C20、电容C21 另一端接地。

如图6所示，加速度采集电路包括加速度传感器、第二信号放大电路、第二信号转换电路、第二模数转换电路，且依次进行连接，所述第二模数转换电路2的输出端与中央处理电路连接。

图9为加速度传感器、第二信号放大电路以及第二信号转换电路的电路图，加速度传感器经过电阻R19与第二信号放大电路的输入端连接，第二信号放大电路包括第三运算放大器U6，电容C23、电容C24、电容C20、电容C25、电阻R21、电容C26、电阻R22，电容C23、电容C24、电阻R20并联，第三运算放大器U6的输出端经过并联的电容C23、电容C24、电阻R20与第三运算放大器U6的反相输入端连接，电阻R21与电容C25串联，电阻R21的非串联端接第二线性稳压器，电容C25的另一端接地，第三运算放大器U6的正电源端连接在串联的电阻R21与电容C25连接线上；电阻R22与电容C26串联，电阻R22 的非串联端接第三线性稳压器的输出端，电容C26的非串联端接地，第三运算放大器U6的负电源端连接在串联的电阻R22与电容C26连接线上。其中，第三运算放大器U6可以选用AD8638。

第二信号转换电路包括第二单端转差分信号转换芯片、电阻R23、电阻 R24、电容C28、电阻R27、电阻R25、电阻R26、电容C29、电阻R28、电容 C30，第二信号放大电路的输出端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与第二单端转差分信号转换芯片U7的同相输入端，第二单端转差分信号转换芯片U7的反相输出端经过电阻R24连接到电阻R23的另一端连接在第二单端转差分信号转换芯片U7的同相输入端连接线上，电阻R25的一端连接在第二单端转差分信号转换芯片U7的反相输入端，电阻R25的另一端接地，第二单端转差分信号转换芯片U7的同相输出端经过电阻R26连接到电阻R25的一端连接在第二单端转差分信号转换芯片U7的反相输入端连接线上，电容C28的一端到第二单端转差分信号转换芯片U7的正电源端接第二线性稳压器的输出端连接线上，电容C29的一端到第二单端转差分信号转换芯片U7的正电源端接第二线性稳压器的输出端连接线上，第二单端转差分信号转换芯片U7的反相输出端经过电阻R27与第二模数转换电路的第一输入端连接，第二单端转差分信号转换芯片U7的同相输出端经过电阻R28与第二模数转换电路U8的第二输入端连接。

图10为第二模数转换电路的电路图，第二模数转换电路U8的模数转换器为ADS7057，第二模数转换电器的7引脚、6引脚、8引脚通过SPI接口与中央处理电路连接，2引脚、10引脚、9引脚接第二线性稳压器所输出的+3V3A，1 引脚接参考电压2.5V，且接电容C31的一端，电容C32的另一端接地，3引脚、 4引脚接电阻R28、电阻R27的另一端，电容C20、电容C21并联后的一端与引脚4连接，并联的电容C32、电容C33另一端接地。

如图11所示，温度采集电路包括电阻R29、热敏电阻NTC1，电阻R29 与热敏电阻NTC1串联，串联的电阻R29与热敏电阻NTC1连接线的接点作为温度采集电路的输出端，电阻R29的非串联端接第二线性稳压器的输出端，热敏电阻NTC1的非串联端接地。

如图12所示，电流采集电路包括电流传感器、电容C34、电阻R30、电阻 R31，电流传感器的6引脚与中央处理电路连接，电阻R30与电阻R31串联，电流传感器的4引脚与电阻R30的非串联端连接并接5V电源，电阻R31的非串联端接地，电容C34的一端接5V电源，电流传感器的3引脚连接在电容C34 的一端接5V电源连接线上，电容C34的另一端接地。

如图13所示，自组网电路包括自组网处理器、电容C35、电阻R32、电容 C36、电容C37、电容C38、第一无源晶振Y1、电容C39、电容C40、电容C42、第二无源晶振Y2、电容C41、电感L1、电容C43、电感L2、电容C44、电容C45、电感L3、电容C46、电感L4、电容C47、第二天线、电阻R33、天线、电容C48，

电阻R32与电容C35串联，电阻R32的非串联端接VCC_3.3V电源；自组网处理器的35与电阻R32与电容C35的连接线连接；自组网处理器的3引脚与电容C36的一端连接，自组网处理器的4引脚与电容C37的一端连接，自组网处理器的第23引脚与电容C38的一端连接，第一无源晶振Y1的两端分别连接在自组网处理器的3引脚与电容C36的一端连接线上、自组网处理器的4引脚与电容C37的一端连接线上，电容C40与电容C43串联，电容C39与电感L2 串联，电容C40的非串联端与自组网处理器的1引脚连接，电容C39的非串联端与自组网处理器的2引脚连接，电感L1的一端连接在电容C40与电容C43 串联的连接线上，电容C44的一端连接在电容C39与电感L2串联的连接线上，电感L3、电感L4、电阻R33依次串联，电容C43的非串联端、电感L2的非串联端与电感L3的非串联端连接，电容C47的一端连接在电感L4与电阻R33的串联的连接线上，电容C47的另一端与第二天线连接，电阻R33的非串联端与第三天线连接，电容C48的一端连接在电阻R33的非串联端与第三天线连接线上；其中，第二天线为内置天线ANT2，第三天线为外置天线ANT1。电阻R33 的非串联端与内置天线ANT2的1引脚连接，电容C47的另一端与外置天线 ANT1的引脚1连接，外置天线ANT1的2引脚和3引脚接地，内置天线ANT2 的2引脚和3引脚接地。

电容C45的一端连接在电容C43的非串联端、电感L2的非串联端与电感 L3的非串联端连接线上，电容C46的一端连接在电感L3与电感L4串联的连接线上；自组网处理器的47引脚与电容C42的一端连接，自组网处理器的46引脚与电容C41的一端连接，第二无源晶振Y2的第一引脚连接在自组网处理器的 47引脚与电容C42的一端连接线上，第二无源晶振Y2的3引脚连接在自组网处理器的46引脚与电容C41的一端连接线上，电容C35的另一端、电容C36 的另一端、电容C37的另一端、电容C38的另一端、电容C42的另一端、电容 C41的另一端、电容C44的另一端、电感L1的另一端、电容C45的另一端、电容C46的另一端、电容C48的另一端、第二无源晶振Y2的第二引脚、第四引脚都接地。其中，自组网处理器选用内核为Cortex M3，射频为IEEE 802.15.4 的处理器。

具体的，本系统通过信号采集电路采集数控机床的刀具磨损和破损的声发射信号、机床的运动、机床的温度以及机床的电流信号，将这些信息传输到中央处理电路进行处理后，通过自组网电路和中央处理电路将所处理的数据发送给远端的移动终端，从而实现通过无线的硬件方式监测数控机床的健康。中央处理电路将数据传输给PLC，运用人工智能技术对数控机床实时的故障诊断，检测到故障后发生故障预警。

实施例二：与实施例一的区别在，中央处理器选用ARM处理电路。

如图14所示，一种数控机床的健康监测系统，本实施例中不需要连接第一线性稳压器给ARM处理电路供电。ARM处理电路包括ARM处理器、存储器、第二复位电路，第二复位电路与ARM处理器连接，所述ARM处理器与所述存储器连接。

电源供电电路、信号采集电路、数控系统PLC接口、自组网电路，只是各电路连接到ARM处理电路，因为芯片发生改变，本实施例中ARM选用STM32 处理器。

如图15所示，ARM处理器的1引脚、41引脚、42引脚分别与声发射采集电路的3引脚、2引脚、1引脚连接，ARM处理器的25引脚与第二复位电路的输出端连接，ARM处理器的74引脚、75引脚、100引脚分别与加速度采集电路的8引脚、7引脚、6引脚连接，ARM处理器的111引脚、112引脚、113引脚、36引脚、37引脚分别自组网电路的7引脚、8引脚、9引脚、36引脚、37 引脚连接，ARM处理器的19引脚与电流采集电路的输出端连接，ARM处理器的22引脚与温度采集电路的输出端连接。其中，存储器的IO口与ARM处理器的输出传输的IO连接，图中未表示，存储器选用IS66WVE4M16。

本实用新型涉及的一种数控机床的健康监测系统，其监测过程如下：高精度、高采样率的传感器对数控机床进行健康监测，采集到的数据经过信号处理部分传输到中央处理器。PLC对数控机床进行监测，获取其控制信息和故障代码，之后将数据发送给中央处理器。中央处理器可以是4G通信网络或ARM芯片中的一种，对各种传感器采集到的原始监测数据进行边缘计算，提前数据特征，之后将初步处理过的传感器监测数据和PLC监测的原始数据一同发送到物联网云平台。

当设备的中央处理器是ARM芯片时，监测数据可进一步地传输至本设备的自组网模块，通过自组网电路发送到本地局域网中其他带有4G通信网络的设备，最终通过4G网络传输至物联网云平台中。物联网云平台接收到中央处理器的数据，其中数据包括提取特征计算后的传感器数据和PLC原始数据，运用人工智能技术对数控机床进行实时的故障诊断，检测到故障后以短信方式发出故障预警，便于生产厂家在接收到信息后，快速定位故障，及时地进行维修，减少财产损失，实时性好。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。