一种铣削力、振动信号采集与传输系统及其传输协议的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种铣削力、振动信号采集与传输系统及其传输协议，属于工业自动化技术领域。该系统包括铣削力、振动信号采集单元、数据接收与转换单元以及上位机。该传输协议的内容为，铣削力、振动信号采集单元向数据接收与转换单元以数据包的格式发送数据，数据包按照顺序排列各次采集到的铣削力和振动信号的数据；其中，数据包中的每段数据均以十六位二进制数表示，每个十六位二进制数前均具有二进制标志位，二进制标志位表示对应的十六位二进制数中是否包含对应类型的数值，对应的十六位二进制数表示具体的数值。本发明能够准确而有效地实时采集和传输铣削力和振动信号，为铣刀状态的准确监控提供了有效的数据基础，大大提高了铣削加工的可靠性、精度和加工效率。
【专利说明】
一种铣削力、振动信号采集与传输系统及其传输协议
技术领域
[0001 ]本发明属于工业自动化技术领域，涉及一种数据采集与传输技术，具体为一种数据采集与传输系统及其传输协议。
【背景技术】
[0002]现代制造技术的发展对铣削加工的可靠性、精度和加工效率等方面的要求越来越高，铣刀作为铣削过程的直接执行元件，不可避免地会发生刀具磨损和破坏等状况。据研究分析，由于刀具失效所造成的停机时间占加工时间的20%，且由于刀具的磨损或破坏会严重影响到所加工零件的加工精度、表面质量。因而，要在铣削加工中对铣刀的状态进行监控，用以准确估计刀具寿命从而保证加工质量、实现连续自动化加工。其中，铣削力、振动信号是用于评判铣刀状态的两个极为重要的参数。
[0003]现有的铣削力测试仪大多为台式的力传感器，将待加工的零件安装在其上，对其进行加工时，铣削力就会作用在台式的测力计上，从而得到铣削力的大小，但其原理就决定了它的使用很受限制。首先，待加工的零件不能特别大;其次，待加工的零件不能在高度方向上的尺寸比较大，不然在加工时铣削力相对测力仪表面就有一个很大倾覆力矩，会影响测力计的正常工作。现有技术中也有刀柄式的力传感器，但在数据的传输上依旧采用线缆传输的方式，也不能让铣削力测试仪在使用时摆脱导线的限制。因此，能对铣削力、振动信号进行实时采集及数据传输的技术具有极强的研究意义和应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种铣削力、振动信号采集与传输技术，以实现对铣削力、振动信号的准确采集与准确、方便地传输，从而有效地监控铣刀的状态。
[0005]为了达到上述目的，本发明的解决方案是:
[0006]一种铣削力、振动信号采集与传输系统，包括铣削力、振动信号采集单元、数据接收与转换单元以及上位机;所述铣削力、振动信号采集单元包括用于采集铣削力的应变电桥、用于采集振动信号的压电加速度计、与所述应变电桥和所述压电加速度计均通信连接的A/D转换电路、与所述A/D转换电路通信连接的第一数据处理电路、与第一数据处理电路均连接的存储电路和第一无线模块;所述数据接收与转换单元包括与第一无线模块通信的第二无线模块、与第二无线模块连接的第二数据处理电路和与第二数据处理电路连接的串口通讯模块;所述串口通讯模块与所述上位机通过串口通信连接。
[0007]所述铣削力、振动信号采集单元为铣削力、振动信号采集电路，数据接收与转换单元为数据接收与转换电路。
[0008]所述铣削力、振动信号采集单元还包括与所述应变电桥连接的电桥平衡自调节电路;所述电桥平衡自调节电路包括第一电位器、第二电位器、差分放大电路、采样电路和单片机;第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接所述应变电桥的两供电端，滑动端均连接所述应变电桥的同一输出端，第一电位器和第二电位器的控制引脚均和单片机相连;所述差分放大电路的两输入端分别连接所述应变电桥的两输出端，输出端通过所述采样电路连接所述单片机的1引脚，以由所述单片机根据所述差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器进行控制，使第一电位器和第二电位器所连接的应变电桥的输出端的电位发生变化，使得所述应变电桥平衡;所述单片机与第一数据处理电路连接。
[0009]所述电桥平衡自调节电路还包括连接设置在所述差分放大电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的滤波电路，以对所述差分电路的输出信号进行滤波。
[0010]所述电桥平衡自调节电路还包括设置在所述滤波电路的输出端和所述采用电路的输入端之间的第二放大电路，以对所述滤波电路的输出信号进一步放大。
[0011]所述电桥平衡自调节电路还包括DAC电路，所述DAC电路的控制引脚连接到单片机上，输出端连接所述差分放大电路的参考电位端，以由所述单片机控制所述DAC电路对所述差分放大电路的输出进行补偿，进一步提高对所述应变电桥进行调平的精度。
[0012]所述采样电路为所述A/D转换电路。
[0013]所述铣削力、振动信号采集单元还包括在所述压电加速度计与所述A/D转换电路之间依次连接的加速度计滤波电路和加速度计放大电路。
[0014]所述存储电路包括静态随机存取存储器。
[0015]所述铣削力、振动信号采集单元还包括电池充电电路、充电锂电池、开关电路和第一电源电路;所述充电锂电池通过开关电路与第一电源电路连接，以由所述充电锂电池为所述铣削力、振动信号采集电路供电，并由所述开关电路控制电源的通断;第一电源电路分别与所述铣削力、振动信号采集单元中的各芯片连接，以由第一电源电路对所述充电锂电池的供电电压进行稳压处理，为所述铣削力、振动信号采集单元中的各芯片和所述应变电桥进行供电；所述电池充电电路连接所述充电锂电池，以在需要时对所述充电锂电池进行充电。
[0016]所述数据接收和转换电路单元还包括第二电源电路，所述数据接收和转换单元中的各用电部分均与第二电源电路连接并靠第二电源电路供电。
[0017]一种用于上述铣削力、振动信号采集与传输系统的传输协议，所述铣削力、振动信号采集单元向所述数据接收与转换单元以数据包的格式发送数据，所述数据包按照顺序排列各次采集到的铣削力和振动信号的数据;其中，数据包中的每段数据均以十六位二进制数表示，每个十六位二进制数前均具有二进制标志位，二进制标志位表示对应的十六位二进制数中是否包含对应类型的数值，对应的十六位二进制数表示具体的数值。
[0018]所述顺序按照X方向铣削力、Y方向铣削力、Z方向铣削力和振动信号依次排列；其中X方向、Y方向和Z方向为以铣刀与待加工零件接触点为原点建立的坐标系的对应坐标轴的方向，分别平行于主切削力的方向、径向力的方向和轴向力的方向；所述X方向铣削力、所述Y方向铣削力和所述Z方向铣削力为铣削力在X方向、Y方向和Z方向上的分力。
[0019]标志位为I表示对应的十六位二进制数中包含对应的数值，标志位为O表示对应的十六位二进制数中不包含对应的数值。
[0020]所述数据接收与转换单元将从所述铣削力、振动信号采集单元接收的每个铣削力和振动信号的对应数据均转换为三个八位二进制数据;第一个八位二进制数据的高四位用于携带数据信息，其中第七、八位表示对应的数据类型，第五、六位表示数据的次序信息;低四位用于装载数据，低四位的数据为原十六位数据的高四位;第二个八位二进制数据的高二位表示数据的次序，低六位表示对应数据的原十六位中第七位到第十二位;第三个八位二进制数据的高二位表示数据的次序，低六位表示对应数据的原十六位中低六位。
[0021]所述上位机只有在接收到的三个八位二进制数据中，第一个八位二进制数据中第五位和第六位表示的数据的次序、第二个八位二进制数据中高二位表示的数据的次序、以及第三个八位二进制数据中高二位表示的数据的次序为依次按设定顺序排列时，才认定为数据的传输与接收正确，并从三个八位二进制数据中提取原十六位数据的各位数据进行后续操作;否则，认定数据的传输与接收错误。
[0022]由于采用上述方案，本发明的有益效果是:本发明铣削力、振动信号采集与传输系统及其传输协议能够准确而有效地实时采集和传输铣削力和振动信号，为铣刀状态的准确监控提供了有效的数据基础，避免了刀具失效所造成的停机时间，大大提高了铣削加工的可靠性、精度和加工效率。同时，本发明摆脱了导线的限制，更为简洁和方便。
【附图说明】
[0023]图1为本发明一实施例中铣削力、振动信号采集与传输系统的结构示意图；
[0024]图2为本发明该实施例中应变电桥和电桥平衡自调节电路的结构示意图；
[0025]图3为本发明另一实施例中铣削力、振动信号采集单元发送的数据包的结构示意图；
[0026]图4为图3所在实施例中数据接收与转换单元拆分后的数据的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0028]本发明提出了一种铣削力、振动信号采集与传输系统，图1所示为本实施例中该铣削力、振动信号采集与传输系统的结构示意图。该铣削力、振动信号采集与传输系统包括铣削力、振动信号采集单元、数据接收与转换单元以及上位机。
[0029]铣削力、振动信号采集单元为铣削力、振动信号采集电路，数据接收与转换单元为数据接收与转换电路。铣削力、振动信号采集电路包括用于采集铣削力的应变电桥、用于采集振动信号的压电加速度计、与应变电桥和压电加速度计均直接或间接通信连接的A/D转换电路、与A/D转换电路通信连接的第一数据处理电路、与第一数据处理电路均连接的存储电路和第一无线模块。数据接收与转换电路包括与第一无线模块通信连接的第二无线模块、与第二无线模块连接的第二数据处理电路和与第二处理电路连接的串口通讯模块;该串口通讯模块与上位机通过串口通信连接。
[0030]铣削力、振动信号采集电路还包括电池充电电路、充电锂电池、开关电路和第一电源电路。该铣削力、振动信号采集电路靠充电锂电池供电，电源的通断由开关电路控制。由于铣削力、振动信号采集电路中有许多芯片，所需的电压也不一样，因此需要第一电源电路将充电锂电池的供电电压转化成各种不同的电压供其他芯片使用。因而，充电锂电池通过开关电路与第一电源电路连接，以由充电锂电池为铣削力、振动信号采集电路供电，并由开关电路控制电源的通断。第一电源电路分别与该铣削力、振动信号采集电路中的各芯片连接，以由第一电源电路对电压进行稳压等处理，为该铣削力、振动信号采集电路中的各芯片以及应变电桥进行供电；电池充电电路连接充电锂电池，以在需要时对充电锂电池进行充电。图1中，为了简洁起见，第一电源电路与铣削力、振动信号采集电路中各芯片的连接没有表示出来。由于应变电桥的应变片的贴片工艺、使用环境等因素常常会使得在空载时应变电桥处于不平衡状态，而应变电桥的状态能直接影响最终所采集的铣削力信号数据的准确性。传统的做法是添加一个机械式的电位器，通过手动调节的方式来对电桥进行平衡调节，但这种做法不但麻烦而且调节的精度也很差。对此，本申请设置电桥平衡自调节电路。
[0031]由此，铣削力、振动信号采集电路还包括与应变电桥连接的电桥平衡自调节电路。该电桥平衡自调节电路包括第一电位器、第二电位器、差分放大电路、采样电路和单片机。其中第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接应变电桥的两供电端，滑动端均连接应变电桥的同一输出端，控制引脚均连接到单片机上;差分放大电路的两输入端分别连接应变电桥的两输出端，输出端通过采样电路连接单片机的1引脚，以由单片机根据差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器进行控制，使第一电位器和第二电位器所连接的应变电桥的输出端的电位发生变化，以最终使得所述应变电桥平衡。单片机与第一数据处理电路连接，以根据从第一数据处理电路处接收到的来自上位机的指令对应变电桥进行调平。本实施例中，采样电路即为上述A/D转换电路，即对铣削力的采集与对振动信号的采集共用采样电路。
[0032]电桥平衡自调节电路还包括连接设置在差分放大电路的输出端和采样电路的输入端之间的滤波电路，以对差分电路的输出信号进行滤波。电桥平衡自调节电路还包括设置在滤波电路的输出端和采用电路的输入端之间的第二放大电路，以对滤波电路的输出信号进一步放大。
[0033]此外，电桥平衡自调节电路还包括DAC电路，该DAC电路的控制引脚连接到单片机上，输出端连接差分放大电路的参考电位端，以由单片机控制DAC电路对差分放大电路的输出进行补偿，进一步提高对应变电桥进行调平的精度。
[0034]图2所示为本实施例中应变电桥与电桥平衡自调节电路的结构示意图。其中，R1、R2、R3和R4分别表示电桥的四个应变片；第一电位器和第二电位器分别采用X9C102和X9C103;差分放大电路采用AD620;滤波电路和第二放大电路集成在一个电路中，为ADA4062-2;ADC即为上述A/D转换电路，在本实施例中，对铣削力的采集与对振动信号的采集共用该A/D转换电路。
[0035]由此，当铣削力、振动信号采集电路上电自检时，单片机(本实施例中采用MSP430)会对应变电桥的不平衡程度进行判断。当该不平衡程度大于所设阈值时，MSP430单片机控制第一电位器、第二电位器和DAC电路对应变电桥进行快速、精确的平衡调节，以确保铣削力信号采集工作的准确性。该电桥平衡自调节电路中，应变电桥将铣削力信号转换为电信号并输出，通过滤波电路和第二放大电路对电桥信号进行滤波放大，第二放大电路所输出的依旧为模拟信号，无法对其进行下一步的处理操作，因此需要设置上述A/D转换电路来将其转换为数字量，然后转换结果传递给第一数据处理电路。本实施例中，第一数据处理电路采用FPGA电路。
[0036]铣削力、振动信号采集电路还包括在压电加速度计与A/D转换电路之间依次连接的加速度计滤波电路和加速度计放大电路，以在采样之前，对压电加速度计的输出信号进行滤波与放大。
[0037]对于上位机所配置的采样参数例如采样频率、采样通道等是通过第一数据处理电路对A/D转换电路中的A/D芯片进行相应的配置实现的。铣削加工时的振动信号通过压电加速度计将其转换为电信号，压电加速度计可靠而牢固地安装在刀柄内部，所输出的信号通过加速度计滤波电路和加速度计放大电路后再传递给A/D转换电路进行转换。本实施例中，A/D转换电路中使用的芯片是美信公司的MAX1301，是一枚4通道16位精度的A/D芯片，最大的采样频率达到115ksps，可以满足X、Y、Z三个方向的铣削力和振动信号的采集。X方向、Y方向和Z方向为以铣刀与待加工零件接触点为原点建立的坐标系的对应坐标轴的方向，分别平行于主切削力的方向、径向力的方向和轴向力的方向。X方向铣削力、Y方向铣削力和Z方向铣削力为铣削力在X方向、Y方向和Z方向上的分力。A/D转换电路将转换好的数据传递给第一数据处理电路，第一数据处理电路中所采用的FPGA型号是Altera公司的EP2C5T144C8。由于对铣削力信号的采集速度不需要太快，因此经过A/D转换电路转换之后可以直接将数据打包经过第一无线模块发送给数据接收与转换电路。振动信号的采集则往往需要很高的采用频率，本发明可以做到90ksps的采样频率，因此无线模块绝对是来不及传输的，但振动信号的采集的另一个特点就是采集时间短，因此本发明的铣削力、振动信号采集电路中的上述存储电路包括静态随机存取存储器(即SRAM)，用来暂时存储高速采集来的振动信号数据，当采集完成后再按照一定的顺序从SRAM存储电路中读出、打包并通过第一无线模块发送给数据接收与转换电路。
[0038]数据接收和转换电路包括还包括第二电源电路，其中各用电部分均与第二电源电路连接并靠第二电源电路供电(图1中为了简洁起见，未将该连接表示出来。)。第二无线模块将将接收到的数据包传递给第二数据处理电路，第二数据处理电路按照程序编写时规定好的协议对数据包进行解码。由于数据接收与转换电路和上位机之间采用的串口协议是:波特率为115200Bd，无校验位，8位数据位，I位停止位，而所采用的A/D转换芯片的精度是16位的，因此一个A/D转换数据需要拆分成3个8位的数据，每个数据不仅要包含铣削力的方向信息还需要包含顺序信息，再通过串口通讯模块分3次发送给上位机。
[0039]上位机基于LabWindows开发，上位机需要完成指令生成和发送、数据接收、实时显示、存储、信号分析的工作。为了提高系统的实时性，利用LabWindows的多线程功能另外创建3个辅助线程。将上位机所需要完成的工作进行划分，并交给不同的线程来完成。主线程用于控制指令的生成和发送并接收串口通讯模块传来的数据，第一辅助线程用于对数据接收与转换电路拆分的数据进行识别并重组和识别重组后数据的实时显示;第二辅助线程用于将识别重组后数据，按照一定的格式存在一个Excel文件中；第三辅助线程用于对接收到的数据进行时域和频域的信号分析。
[0040]本实施例中，MSP430单片机所选用的单片机型号为是美国德州仪器公司的MSP430fll32，SRAM存储电路中选用的是意法半导体公司的M68AW127B静态存储器，第一数据处理器和第二数据处理器中所采用的FPGA芯片均为Altera公司Cyclone II系列中的EP2C5T144C8，第一无线模块和第二无线模块中采用Nordic公司的nRF24L01芯片，A/D转换电路中选用的A/D转换芯片为美信公司的MAX1301。
[0041]该系统中，铣削力、振动信号采集电路和数据接收与转换电路之间通过无线的方式进行通讯，数据接收与转换电路与上位机之间通过RS232串口进行通讯。在系统上电时，各硬件部分开始自检；自检完毕后，铣削力、振动信号采集电路的第一无线通信模块和数据接收与转换电路的第二无线通信模块进行握手，确保无线通讯畅通。完成以上工作之后，数据接收与转换电路向上位机发送准备完成的信号，同时铣削力、振动信号采集电路和数据接收与转换电路进入指令等待状态。上位机根据用户所配置的采用参数自动生成指令，并将所生成的指令通过串口发送给数据接收与转换电路，然后数据接收与转换电路将所接收到的指令转换成无线指令通过第二无线通信模块发送给铣削力、振动信号采集电路，发送完毕后数据接收与转换电路进入铣削力、振动信号接收状态。铣削力、振动信号采集电路接收到指令后进入铣削力、振动信号采集状态，按照指令所传递的采用参数进行信号采集。铣削力、振动信号采集电路将采集到的铣削力、振动信号数据按照一定的格式打包好之后发送给数据接收与转换电路，然后数据接收与转换电路对接收到的数据包进行解码之后再按照一定的顺序以及格式发送给上位机，上位机再对数据进行一系列的处理。
[0042]本发明还提出了一种用于上述铣削力、振动信号采集与传输系统的传输协议。根据该协议，铣削力、振动信号采集单元向数据接收与转换单元以数据包的格式发送数据，数据包按照顺序排列各次采集到的铣削力和振动信号的数据;其中，数据包中的每段数据均以十六位二进制数表示，每个十六位二进制数前均具有二进制标志位，二进制标志位表示对应的十六位二进制数中是否包含对应类型的数值，对应的十六位二进制数表示具体的数值。其中，所述顺序按照X方向铣削力、Y方向铣削力、Z方向铣削力和振动信号依次排列。标志位为I表示对应的十六位二进制数中包含对应的数值，标志位为O表示对应的十六位二进制数中不包含对应的数值。
[0043]数据接收与转换单元将从铣削力、振动信号采集单元接收的每个铣削力和振动信号的对应数据均转换为三个八位二进制数据。第一个八位二进制数据的高四位用于携带数据信息，其中第七、八位表示对应的数据类型，第五、六位表示数据的次序信息;低四位用于装载数据，低四位的数据为原十六位数据的高四位;第二个八位二进制数据的高二位表示数据的次序，低六位表示对应数据的原十六位中第七位到第十二位;第三个八位二进制数据的高二位表示数据的次序，低六位表示对应数据的原十六位中低六位。
[0044]上位机只有在接收到的三个八位二进制数据中，第一个八位二进制数据中第五位和第六位表示的数据的次序、第二个八位二进制数据中高二位表示的数据的次序、以及第三个八位二进制数据中高二位表示的数据的次序为依次按设定顺序排列时，才认定为数据的传输与接收正确，并从三个八位二进制数据中提取原十六位数据的各位数据进行后续操作;否则，认定数据的传输与接收错误。本实施例中，当认定数据的传输与接收错误时，将这部分出错的数据丢掉，丢掉之后，继续接收后续的数据；同时会对此进行记录，记录丢掉了多少数据。
[0045]图3所示为按照本实施例的协议的铣削力、振动信号采集单元发送的数据包的结构示意图。图中D67、D50、D33、D16均为标志位，分别为X方向铣削力、Y方向铣削力、Z方向铣削力、振动信号的标志。标志位为I则表示这个数据包中有相应类型的数据，标志位后跟随着16位的数据。铣削力、振动信号采集单元按照图2所拟定的协议进行数据打包。数据接收与转换单元接收到数据包之后按照协议进行解码，首先判断D67、D50、D33、D16中哪些是1，然后将标志位后的16位数据提取出来存放在相应的寄存器中，等待下一步操作。
[0046]图4所示为按照本实施例的协议的数据接收与转换单元拆分的数据的结构示意图。一次A/D转换会产生一个十六位的数，但是RS232串口一次只能传输8位数据，因此需要在传输时对数据进行拆分，数据接收与转换单元传输到上位机之后进行重组。在传输前，数据接收与转换单元中的FPGA将一个十六位数据拆分成如图3所示的三个八位数据。其中:{S23，S22}两位放数据的类型信息，若{S23，S22}为{0，0}则表示是X方向铣削力信号数据，若{S23，S22}为{0，1}则表示是Y方向铣削力信号数据，若{S23，S22}为{1，0}则表示是Z方向铣削力信号数据，若{323，522}为{1，1}则表示是振动信号数据。{521，520}、{515，514}、{S7，S6}这几位则用于放数据的次序信息，若为{O，1}则表示是第I个八位数据，若为{I，0}则表示是第2个八位数据，若为{I，1}则表示是第3个八位数据。第I个八位数据中携带待拆分的十六位数据中的高四位，第2个八位数据中携带待拆分的十六位数据中的第七位到第十二位，第3个八位数据中携带待拆分的十六位数据的低六位。当上位机收到第I个八位数据时会先检验{S23，S22，S21，S20}这四位判断是否正确以及数据类型，接收到第2个八位数据判断{S15，S14}是否为{1，0}，接收到第3个八位数据判断{S7，S6}是否为{1，1}，只有三次判断都对才会将三个八位数据中有效的数据提取出来重新组合成一个十六位的数据并进行该类型数据的下一步操作。三次判断中任何一次判断出现错误都将丢弃前面已经接收到的部分数据重新进行下一个数据的接收，以确保数据接收的准确。
[0047]本发明铣削力、振动信号采集与传输系统及其传输协议能够准确而有效地实时采集和传输铣削力和振动信号，为铣刀状态的准确监控提供了有效的数据基础，避免了刀具失效所造成的停机时间，大大提高了铣削加工的可靠性、精度和加工效率。同时，本发明摆脱了导线的限制，更为简洁和方便。
[0048]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:包括铣削力、振动信号采集单元、数据接收与转换单元以及上位机； 所述铣削力、振动信号采集单元包括用于采集铣削力的应变电桥、用于采集振动信号的压电加速度计、与所述应变电桥和所述压电加速度计均通信连接的A/D转换电路、与所述A/D转换电路通信连接的第一数据处理电路、与第一数据处理电路均连接的存储电路和第一无线模块； 所述数据接收与转换单元包括与第一无线模块通信的第二无线模块、与第二无线模块连接的第二数据处理电路和与第二数据处理电路连接的串口通讯模块； 所述串口通讯模块与所述上位机通过串口通信连接。2.根据权利要求1所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述铣削力、振动信号采集单元为铣削力、振动信号采集电路，数据接收与转换单元为数据接收与转换电路。3.根据权利要求1所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述铣削力、振动信号采集单元还包括与所述应变电桥连接的电桥平衡自调节电路； 所述电桥平衡自调节电路包括第一电位器、第二电位器、差分放大电路、采样电路和单片机； 第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接所述应变电桥的两供电端，滑动端均连接所述应变电桥的同一输出端，第一电位器和第二电位器的控制引脚均和单片机相连；所述差分放大电路的两输入端分别连接所述应变电桥的两输出端，输出端通过所述采样电路连接所述单片机的1引脚，以由所述单片机根据所述差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器进行控制，使第一电位器和第二电位器所连接的应变电桥的输出端的电位发生变化，使得所述应变电桥平衡； 所述单片机与第一数据处理电路连接。4.根据权利要求3所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述电桥平衡自调节电路还包括连接设置在所述差分放大电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的滤波电路，以对所述差分电路的输出信号进行滤波。5.根据权利要求4所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述电桥平衡自调节电路还包括设置在所述滤波电路的输出端和所述采用电路的输入端之间的第二放大电路，以对所述滤波电路的输出信号进一步放大。6.根据权利要求3所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述电桥平衡自调节电路还包括DAC电路，所述DAC电路的控制引脚连接到单片机上，输出端连接所述差分放大电路的参考电位端，以由所述单片机控制所述DAC电路对所述差分放大电路的输出进行补偿，进一步提高对所述应变电桥进行调平的精度。7.根据权利要求3所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述采样电路为所述A/D转换电路。8.根据权利要求1所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述铣削力、振动信号采集单元还包括在所述压电加速度计与所述A/D转换电路之间依次连接的加速度计滤波电路和加速度计放大电路。9.根据权利要求1所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述存储电路包括静态随机存取存储器。10.根据权利要求1所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述铣削力、振动信号采集单元还包括电池充电电路、充电锂电池、开关电路和第一电源电路； 所述充电锂电池通过开关电路与第一电源电路连接，以由所述充电锂电池为所述铣削力、振动信号采集电路供电，并由所述开关电路控制电源的通断;第一电源电路分别与所述铣削力、振动信号采集单元中的各芯片连接，以由第一电源电路对所述充电锂电池的供电电压进行稳压处理，为所述铣削力、振动信号采集单元中的各芯片和所述应变电桥进行供电;所述电池充电电路连接所述充电锂电池，以在需要时对所述充电锂电池进行充电。11.根据权利要求1所述的铣削力、振动信号采集与传输系统，其特征在于:所述数据接收和转换电路单元还包括第二电源电路，所述数据接收和转换单元中的各用电部分均与第二电源电路连接并靠第二电源电路供电。12.—种用于权利要求1 -11中任一项所述的铣削力、振动信号米集与传输系统的传输协议，其特征在于:所述铣削力、振动信号采集单元向所述数据接收与转换单元以数据包的格式发送数据，所述数据包按照顺序排列各次采集到的铣削力和振动信号的数据;其中，数据包中的每段数据均以十六位二进制数表示，每个十六位二进制数前均具有二进制标志位，二进制标志位表示对应的十六位二进制数中是否包含对应类型的数值，对应的十六位二进制数表示具体的数值。13.根据权利要求12所述的用于铣削力、振动信号采集与传输系统的传输协议，其特征在于:所述顺序按照X方向铣削力、Y方向铣削力、Z方向铣削力和振动信号依次排列； 其中X方向、Y方向和Z方向为以铣刀与待加工零件接触点为原点建立的坐标系的对应坐标轴的方向，分别平行于主切削力的方向、径向力的方向和轴向力的方向； 所述X方向铣削力、所述Y方向铣削力和所述Z方向铣削力为铣削力在X方向、Y方向和Z方向上的分力。14.根据权利要求12所述的用于铣削力、振动信号采集与传输系统的传输协议，其特征在于:标志位为I表示对应的十六位二进制数中包含对应的数值，标志位为O表示对应的十六位二进制数中不包含对应的数值。15.根据权利要求12所述的用于铣削力、振动信号采集与传输系统的传输协议，其特征在于:所述数据接收与转换单元将从所述铣削力、振动信号采集单元接收的每个铣削力和振动信号的对应数据均转换为三个八位二进制数据； 第一个八位二进制数据的高四位用于携带数据信息，其中第七、八位表示对应的数据类型，第五、六位表示数据的次序信息；低四位用于装载数据，低四位的数据为原十六位数据的高四位;第二个八位二进制数据的高二位表示数据的次序，低六位表示对应数据的原十六位中第七位到第十二位;第三个八位二进制数据的高二位表示数据的次序，低六位表示对应数据的原十六位中低六位。16.根据权利要求15所述的用于铣削力、振动信号采集与传输系统的传输协议，其特征在于:所述上位机只有在接收到的三个八位二进制数据中，第一个八位二进制数据中第五位和第六位表示的数据的次序、第二个八位二进制数据中高二位表示的数据的次序、以及第三个八位二进制数据中高二位表示的数据的次序为依次按设定顺序排列时，才认定为数据的传输与接收正确，并从三个八位二进制数据中提取原十六位数据的各位数据进行后续操作;否则，认定数据的传输与接收错误。
【文档编号】G08C17/02GK106094689SQ201610600394
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610600394.3, CN 106094689 A, CN 106094689A, CN 201610600394, CN-A-106094689, CN106094689 A, CN106094689A, CN201610600394, CN201610600394.3
【发明人】刘晓东, 朱丹丹, 金斌斌
【申请人】同济大学