一种用于机床的多通道信息采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及信息采集技术领域，具体为一种用于机床的多通道信息采集装置。


背景技术：

2.机床，被誉为“工业之母”是机械制造业的核心生产设备，机床工业的现代化水平和规模，是一个国家工业发达程度的重要标志之一。作为企业制造车间中最基础也是最重要的制造单元，与现代制造企业的运营有着极其密切的联系，其性能对于整个企业的生产效率有着重要的影响。因此，基于现代通信技术的高精度无线控制机床的研究显得尤为重要，对于进一步提高中国制造的品牌影响力具重要意义。
3.传统的小型机床所使用的数控系统往往将显示、操控、道具运动控制等多种功能集成，由于工作环境恶劣等原因，系统极易出现故障且维修成本高，影响生产效率和生产成本。而目前市售的基于总线式的数据采集系统都包含完整的硬件和软件，种类繁多，但价格与性能基本成正比。因此，基于机床的研究现状和simplelink wi
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fi物联网解决方案，设计了一款基于wi
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fi通信的机床多通道信息采集装置。本实用新型为多通道信息采集装置，可用于各类机械加工机床。在不改变原机床控制系统的基础上通过外部连接器同时采集机床加工过程的多种信号用于对机床进行智能控制,比如更换刀具后采集新刀具的加工总时间并结合刀具磨损曲线等信息监控刀具的磨损状态以及提醒操作者何时更换刀具，信号的实时高速传输既保证了加工质量又提高了加工效率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种用于机床的多通道信息采集装置，具有采用独立的ad采集电路用以机床的智能控制，以使用更方便的wi
‑
fi通信方式取代传统的串口、总线式通信，降低生产成本。基于wi
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fi的通信方式，控制界面将不局限在pc端，在降低控制系统成本的同时实现远距离控制、改善操作人员的工作环境进一步提高便利性和安全性的优点，解决了现有技术中的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于机床的多通道信息采集装置，包括电路板，所述电路板的四端口上分别加工有安装孔，电路板上还分别设有ad采集电路、控制电路以及电源电路；
6.所述ad采集电路和控制电路与电源电路相接，控制电路与ad采集电路之间通过串口连接，ad采集电路还与机床之间连通，控制电路与上位机之间通过wifi连接。
7.优选的，所述ad采集电路的ads8588sipm芯片u5通过spi接口与控制电路连接，spi接口包括ads8588sipm芯片u5的引脚7、9、10、11、14、12、 15、13对应接在控制电路4的15、64、1、7、60、5、59、8，还包括ads8588sipm 芯片u5的引脚16、17、18、19、20、21、22、24、25、27、28、29、30、31、 32和33接在控制电路的引脚6上。
8.优选的，所述ad采集电路的ds8588sipm芯片u5的引脚1、37、28以及 48接在电源电
路的5v电压上，ds8588sipm芯片u5的引脚23、2、26、35、 40、41、47、43、46、44、45、36、39、42、34、5、4和3接在电源电路的 3.3v电压上。
9.优选的，所述控制电路中的cc3200r1m2rgcr芯片u5引脚58接在电源电路上，并且cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚14、13、12和11接在flash存储电路上，cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚31接在射频电路上， cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚29和30接天线，cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚23和22与带有振荡器y1的wifi相接。
10.优选的，所述电源电路包括tps7a91压差稳压器u1以及lmzm23601降压型dc/dc模块u2，括tps7a91压差稳压器u1的引脚6、9和10接在lmzm23601 降压型dc/dc模块u2的引脚3、1、11、2和4的并联点上。
11.优选的，所述控制电路中的cc3200r1m2rgcr芯片u5引脚39、44、37接的电容c21、电容c22、电容c23组成去耦合电容器。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
13.本用于机床的多通道信息采集装置，采用cc3200控制芯片，此应用mcu 子系统包含运行频率为80mhz的行业标准arm cortex
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m4内核以及多种高速外设接口，满足机床对于高频数据的依赖性，采用8通道、16位、逐次逼近型同步采样adc，采用独立的ad采集电路用以机床的智能控制，降低了pc端与机床的通信要求，以使用更方便的wi
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fi通信方式取代传统的串口、总线式通信，降低生产成本。基于wi
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fi的通信方式，控制界面将不局限在pc端，可以放在智能手机、平板电脑等移动终端。在降低控制系统成本的同时实现远距离控制、改善操作人员的工作环境进一步提高便利性和安全性。
附图说明
14.图1为本实用新型的电路板结构图；
15.图2为本实用新型的原理架构的示意图；
16.图3为本实用新型的ad采集电路示意图；
17.图4为本实用新型的控制电路示意图；
18.图5为本实用新型的电源电路示意图。
19.图中：1、电路板；2、安装孔；3、ad采集电路；4、控制电路；5、机床； 6、电源电路；7、上位机。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.请参阅图1，一种用于机床的多通道信息采集装置，包括电路板1，电路板1的四端口上分别加工有安装孔2，电路板1上还分别设有ad采集电路3、控制电路4以及电源电路6。
22.请参阅图2，ad采集电路3和控制电路4与电源电路6相接，控制电路4 与ad采集电路3之间通过串口连接，ad采集电路3还与机床5之间连通，控制电路4与上位机7之间通过wifi连接。
23.请参阅图3，ad采集电路3的ads8588sipm芯片u5通过spi接口与控制电路4连接，将spi通信接口和uart线路与任何射频线路分开，因为这些i/o 线路均为高频信号以减少对射频信号的干扰。保持高速信号线路长度尽可能短且在pcb同一层，以避免影响传输效率。另外电阻应放在源端，靠近驱动信号。为每条高速线路添加串联端接电阻，以匹配线路的驱动器阻抗，spi接口包括ads8588sipm芯片u5的引脚7、9、10、11、14、12、15、13对应接在控制电路4的15、64、1、7、60、5、59、8，还包括ads8588sipm芯片u5 的引脚16、17、18、19、20、21、22、24、25、27、28、29、30、31、32和 33接在控制电路4的引脚6上。
24.ad采集电路3的ds8588sipm芯片u5的引脚1、37、28以及48接在电源电路6的5v电压上，ds8588sipm芯片u5的引脚23、2、26、35、40、41、 47、43、46、44、45、36、39、42、34、5、4和3接在电源电路6的3.3v电压上。
25.ad采集电路3选用在单电源上具有双极性输入的16位、高速8通道同步采样adc
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ads8588s，ads8588s是一款基于集成式数据采集(daq)系统的8 通道、16位、逐次逼近型(sar)同步采样模数转换器(adc)，每通道的最大采样频率为200ksps。此外，该器件还具备带缓冲器的低漂移、高精度基准电压，以用于驱动adc。采用单一5v电源，并且可配置为接受
±
10v或
±ꢀ
5v真正双极输入且能够实现高性能、高精度以及零延迟转换。
26.由ad采集电路3采集机床5各种信号经高速spi传输给控制电路4，控制电路4是具有内置wi
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fi连通性的单片微控制单元，可将信号通过内置 wi
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fi模块发送给上位机7反馈给操作者，操作者亦可通过上位机7对机床5 进行远程控制，如比如更换刀具后采集新刀具的加工总时间并结合刀具磨损曲线等信息监控刀具的磨损状态以及提醒操作者何时更换刀具，从控制实时性以及安全可靠性角度说明了采用wi
‑
fi无线通信方式的可行性；在无线通信的鲁棒性设计方面，采用高度集成芯片保障了数据采集的实时性和可靠性，还采用高传输速率天线提高抗干扰能力。
27.请参阅图4，控制电路4中的cc3200r1m2rgcr芯片u5引脚58接在电源电路6上，并且cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚14、13、12和11接在flash 存储电路上，cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚31接在射频电路上， cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚29和30接天线，作为无线设备，射频部分在布局方面具有最高优先级(见图2)。正确布置射频部分对获得器件的最佳性能至关重要。因此应将天线放置在印刷电路板1的边上，确保没有信号线穿过pcb所有层，射频滤波器以与芯片之间的布线都要严格保证在一条直线以获得最大的跨滤波器间隙隔离和对射频线路的最佳屏蔽。除了顶层的地面外， cc3200r1m2rgcr芯片u5的引脚23和22与带有振荡器y1的wifi相接，控制电路4中的cc3200r1m2rgcr芯片u5引脚39、44、37接的电容c21、电容c22、电容c23组成去耦合电容器，所有输入去耦合电容器c21、c22和c23使用粗线迹在第二层上布线，以将射频接地噪声电源接地隔离。这也需要满足ieee 频谱屏蔽规范。将所有去耦合电容器尽可能靠近各自的引脚。控制芯片的大电流输入引脚，最小电流500ma最大1a，为确保引脚供电正常，布线宽度不得小于0.33mm。
28.控制电路4采用cc3200为主控制芯片，其中包含一个快速并行摄像头接口，i2s，sd/mmc,wart,spi,i2c和四通道模数转换器(adc)，支持基站、访问点和wi
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fi直连模式，该芯片集成tcp/ip协议栈，通过spi总线与ad芯片进行通信，供电电源为3.3v。
29.请参阅图5，电源电路6包括tps7a91压差稳压器u1以及lmzm23601降压型dc/dc模块u2，括tps7a91压差稳压器u1的引脚6、9和10接在lmzm23601 降压型dc/dc模块u2的引脚
3、1、11、2和4的并联点上，一方面要给电路中各模块供电，另一方面还要考虑电源电路的抗干扰能力以及可能会出现的工厂供电电压不稳等问题。因此电源电路6采用6v纽扣电池作为电压源，并通过集成ldo芯片和buck芯片把电压转换为5v和3.3v，最大功率为5w，除了给电路各模块提供能量还要有很强的抗干扰能力。电压源采用6v纽扣电池，通过低压差稳压器tps7a91转换为5v可有效降低电源噪声和时钟抖动；控制电路4供电为3.3v，因此选用降压型dc/dc模块lmzm23601，lmzm23601对性能驱动进行了优化，节省了成本和空间并且确保了高效率和整个电流范围内的出色顺态响应。
30.本实用新型采用cc3200控制芯片，此应用mcu子系统包含运行频率为 80mhz的行业标准arm cortex
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m4内核以及多种高速外设接口，满足机床5对于高频数据的依赖性。
31.本实用新型采用8通道、16位、逐次逼近型同步采样adc。无需外部驱动器电路，可实现高性能、高精度以及零延迟转换。
32.本实用新型将数据采集与pc控制界面分开，采集装置集成于机床5内部，降低作为机床核心部件数据采集装置及控制系统的故障率。
33.本实用新型中采用独立的ad采集电路3用以机床5的智能控制，降低了 pc端与机床5的通信要求，以使用更方便的wi
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fi通信方式取代传统的串口、总线式通信，降低生产成本。
34.基于wi
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fi的通信方式，控制界面将不局限在pc端，可以放在智能手机、平板电脑等移动终端。在降低控制系统成本的同时实现远距离控制、改善操作人员的工作环境进一步提高便利性和安全性。
35.综上所述：本用于机床的多通道信息采集装置，采用cc3200控制芯片，此应用mcu子系统包含运行频率为80mhz的行业标准arm cortex
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m4内核以及多种高速外设接口，满足机床5对于高频数据的依赖性。采用8通道、16 位、逐次逼近型同步采样adc。无需外部驱动器电路，可实现高性能、高精度以及零延迟转换。数据采集与pc控制界面分开，采集装置集成于机床5内部，降低作为机床5核心部件数据采集装置及控制系统的故障率。采用独立的ad 采集电路3用以机床5的智能控制，降低了pc端与机床5的通信要求，以使用更方便的wi
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fi通信方式取代传统的串口、总线式通信，降低生产成本。基于wi
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fi的通信方式，控制界面将不局限在pc端，可以放在智能手机、平板电脑等移动终端。在降低控制系统成本的同时实现远距离控制、改善操作人员的工作环境进一步提高便利性和安全性。
36.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
37.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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所附权利要求及其等同物限定。