一种应用于3d打印设备的模块化局域网监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，包括顺序相连的局域网监控器、数据中转网络、上位机，所述局域网监控器与3D打印设备相连。本实用新型的系统，即插即用、上位机上不需添加硬件、对3D打印设备有完全的控制和数据读取能力、系统可以选择性地使用或更换各部分、系统具有扩展性。
【专利说明】一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信系统【技术领域】，特别涉及一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统。
【背景技术】
[0002]3D打印是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的制造方式。它具有能简化加工工序、加工周期与结构复杂程度无关、成品免组装、结构复杂性无限制等优点，是未来制造技术的一个重要发展方向。同时满足了个性化、定制化且数量少的产品的制造需求。可以预见，该技术将进一步向个人家庭、大型组织和技术研究等应用领域普及。
[0003]3D打印设备的工作方式如下:上位机使用切片软件将STL模型转换为机器码，然后上位机控制软件用一定的规则将这些机器码逐条发送给3D打印设备，当3D打印设备逐条将所有机器码执行完毕后制造过程结束。
[0004]但在某些场景中，使用3D打印设备仍然有诸多不便，这妨碍了 3D打印技术的普及进程。
[0005]对于个人家庭用户，由于价格、所需精度和使用难度等局限，它们选择的3D打印设备往往是桌面级熔融挤出成型设备(即FDM3D打印机)。但这种设备制造速度慢、有噪音而且有异味(在使用ABS材料时)。所以设备不适宜摆放在用户的工作学习的书桌上，而更适于摆放在房屋的一个通风角落，通过远程通讯的方法来实现用户对设备的监控。而且桌面级熔融挤出成型设备的工作效果受环境(如温度、湿度、风速)影响很大，个人家庭用户往往无法根据环境数据来对应地调整制造参数设置，设备的性能无法进一步地发挥。
[0006]而对于大型组织用户而言，作为企业或政府拥有的3D打印设备数量将会很多。所以需要对这些设备进行集中的管理。
[0007]所以局域网监控和制造参数设置建议是3D打印技术走向真正普及当前所需要的功能。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统。
[0009]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:
[0010]一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，包括顺序相连的局域网监控器、数据中转网络、上位机，所述局域网监控器与3D打印设备相连。
[0011]所述的局域网监控器包括顺序相连的环境数据采集模块、数据处理板和串口通信模块，其中数据处理板通过串口与3D打印设备相连，串口通信模块与数据中转网络相连。
[0012]所述的环境数据采集模块包括摄像头、温湿度传感器和风速传感器。
[0013]所述的数据处理板的架构为AVR、ARM、X86中的一种。
[0014]所述的数据中转网络包括顺序相连的路由器、调制解调器、互局域网。
[0015]所述的上位机为电脑、手机、单片机中的一种。
[0016]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0017]1、它的监控管理功能是基于局域网的监控管理功能，作用范围为局域网覆盖范围。上位机是Client状态主动寻址。监控管理器是Server状态被动连接。
[0018]制造参数设置建议是在监控管理器上进行分析的，因此用户不需要在本机进行运算；参数设置建议的历史保存在监控管理器上。
[0019]局域网范围内(房屋尺度、大楼尺度)间接观察。
[0020]2、对3D打印设备能做到完全的局域网监控管理，不仅能对多个3D打印设备(可以是地域上分散的)进行集中的组织管理，并对不同用户进行权限分配，而且能实时记录存储3D打印过程中产生的有关数据，并在需要时进行数据提取分析。
[0021]3、在设备涉及激光等危险源时，可帮助用户进行间接观察，保障用户的安全，能智能分析环境数据并给出制造参数设置建议。
[0022]4、模块化设计:系统即插即用，上位机上不需添加硬件，系统可以选择性地使用或更换或卸载各部分、系统具有扩展性。
[0023]5、本系统不需经过任何改动即可应用于数控机床、激光焊接设备、无人全站仪等任何串口设备。本系统强调应用于3D打印设备是因为3D打印设备具有加工时间长、对环境要求高、个性化及定制化制造、数量多、地域上分散等特点，特别适合使用该系统。但这并不代表本实用新型不可用于其它现有的或未来的串口设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型所述的一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控管理系统的结构不意图；
[0025]图2为图1所述系统的局域网监控器的结构示意图；
[0026]图3为图1所述系统的数据中转网络的结构示意图；
[0027]图4为图1所述系统的上位机功能软件界面示意图；
[0028]图5为图1所述系统的环境数据信息流示意图；
[0029]图6为图1所述系统的3D打印设备状态信息流示意图；
[0030]图7为图1所述系统的机器码信息流示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0032]如图1，一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，包括顺序相连的局域网监控器、数据中转网络、上位机，所述局域网监控器与3D打印设备相连。
[0033]如图2，所述的局域网监控器包括顺序相连的环境数据采集模块、数据处理板2和串口通信模块4，其中数据处理板2通过串口 I和接口 8与3D打印设备9相连，串口通信模块4与数据中转网络相连；所述的环境数据采集模块包括摄像头10、温湿度传感器和风速传感器7 ;环境数据采集模块用于记录下3D打印设备9所在的环境数据，并传送给数据处理板2 ;数据处理板2通过串口 I连接到3D打印设备9，同时通过串口通信模块4连接到数据中转网络；视乎所要处理的数据量，数据处理板2的架构可以是AVR、ARM或X86等；所述数据处理板2负责将环境数据和3D打印设备发出的指令通过串口信号传送给串口通信模块4，并且从串口通信模块4接受来自上位机指令，并将指令中的机器码(直接指挥3D打印设备的代码)通过串口连接传递给3D打印设备9 ;串口通信模块4通过串口 3连接数据处理板2，通过其他信号传输协议5 (可以是WIFI或有线网络)连接数据中转网络；所述串口通信模块4的功能是把来自上位机的指令传递到数据处理板2，数据处理板2上传的数据传输到上位机；摄像头10通过接口 6与数据处理板2相连接。
[0034]所述的数据中转网络包括顺序相连的路由器、调制解调器、互局域网；
[0035]所述的上位机为电脑、手机、单片机中的一种；
[0036]上位机功能软件的功能是虚拟串口、显示环境数据以及数据提取分析。当设备通过串口线连接到上位机，上位机会分配一个串口号(如COM3)给该设备，而上位机控制软件通过连接上这个串口号来与设备发生连接。如果使用该系统，设备没有直接通过串口与上位机相连，所以需要上位机功能软件将非串口连接方式虚拟为串口连接，让上位机分配一个串口号，上位机控制软件就可以通过这个串口号与设备对接。摄像头、温湿度传感器等环境数据采集模块是原有的3D打印设备所不具有的，上位机没有显示相应数据的窗口，所以上位机功能软件需要具备显示对应环境数据的界面。所述数据提取分析是提取服务器中储存的环境数据和设置数据，通过分析环境数据来向用户给出推荐的制造参数或者通过环境数据和设置数据间的对比帮助用户了解制造设置参数与打印效果间的联系。此外，上位机可以是电脑、手机甚至是单片机，在不同平台上的功能软件的形式可能有所不同。
[0037]如图5，环境数据是原本上位机和3D打印机都不产生的数据。环境数据由监控管理器上的环境数据采集模块产生，监控管理器的数据处理板接收到后将其分析整理，串口通讯模块则将数据的格式由串口转化为TCP协议，传送到达上位机。
[0038]如图6，打印机状态信息是由打印机生成的，原本直接传送到上位机。而本实用新型则是通过局域网将状态信息传送到上位机。监控管理器读取状态信息，串口通讯模块转换数据格式为TCP协议，最终到达上位机。
[0039]如图7，机器码是由上位机生成的命令代码，原本由上位机直接传送到3D打印机。而本实用新型的则是通过局域网将机器码从上位机发送到3D打印机。串口通讯模块转换TCP数据格式为串口，监控管理器将机器码发给打印机。
[0040]具体地讲:
[0041]数据中转网络是使用TCP/IP协议的数据传输网络，是本系统直接使用的技术非常成熟的部分。图3显示的是个人家庭用户使用系统时典型的数据中转网络示意图。如果最左端路由器释放的信号“转换后数据协议A”是WIFI，那只需配置局域网监控器使其连接上家庭WIFI，上位机就可以自动寻址找到局域网监控器。
[0042]局域网监控器的内部结构和连接方式如图2所示。3D打印设备串口接口 8原本通过USB接口连接上位机。使用系统时只需将USB插头插在数据处理板串口通讯接口 Al即可。然后再将监控管理器配置通过转换后数据协议A5(如WIF1、以太网等)连接上数据中转网络即可。
[0043]上位机功能软件的界面如图4所示。功能软件内部对上位机控制软件进行了关联，使用时只需打开上位机功能软件就可以同步打开上位机控制软件。然后功能软件的界面边框会自动与控制软件的界面边框锁定，从而给用户一个集成化的上位机软件环境。在其中一种上位机功能软件界面设计中，软件分为三部分功能，分别是实时视频监控、环境数据的呈现以及制造参数设置建议以及历史数据的提取和分析。
[0044]以下是该实用新型系统应用的两个典型实例。
[0045]对于个人家庭用户，他们可以在使用了 3D打印设备后觉得有必要时再购买本系统。对于这些用户，使用本系统需要:购买局域网监控器(其中包括了环境数据采集模块、数据处理板、串口通信模块)，对其配置连接上家庭WIFI，将3D打印设备局域网监控器的串口线连接到3D打印设备，安装上位机功能软件。使用时，用户可以将3D打印设备放置于房屋通风角落，使其工作时不会打扰到用户。用户可以在任意一个能接入互局域网的上位机上完全监控该设备的运行，并获得当前设备环境下推荐的工艺参数设置。用户可以在办公室或学校远程发起打印并随时监控，加工完成后用户就可以取下设备中的制造成品。
[0046]对于企业、政府等大量拥有3D打印设备的用户，当他们需要统一管理这些设备时就可以引入这个系统。使用系统需要:购买与设备数量对应的局域网监控器，与上述个人家庭情况相似地进行连接。使用时，组织内部的人员可以统一地管理3D打印设备。另外，用户可以随时根据自己的需要升级、添加、转让或卸载系统的模块，大幅降低设备或系统升级换代的成本。
[0047]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，其特征在于:包括顺序相连的局域网监控器、数据中转网络、上位机，所述局域网监控器与3D打印设备相连。
2.根据权利要求1所述的应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，其特征在于:所述的局域网监控器包括顺序相连的环境数据采集模块、数据处理板和串口通信模块，其中数据处理板通过串口与3D打印设备相连，串口通信模块与数据中转网络相连。
3.根据权利要求2所述的应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，其特征在于:所述的环境数据采集模块包括摄像头、温湿度传感器和风速传感器。
4.根据权利要求2所述的应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，其特征在于:所述的数据处理板的架构为AVR、ARM、X86中的一种。
5.根据权利要求1所述的应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，其特征在于:所述的数据中转网络包括顺序相连的路由器、调制解调器、互局域网。
6.根据权利要求1所述的应用于3D打印设备的模块化局域网监控系统，其特征在于:所述的上位机为电脑、手机、单片机中的一种。
【文档编号】H04N7/18GK203941437SQ201420316633
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】王广兴, 杨永强, 王迪, 白玉超, 钟文超, 曾裕华, 吴培红, 许垂中 申请人:华南理工大学