机床物联网汇聚节点无线通信系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及机床物联网汇聚节点无线通信系统，包括：数控物联网汇聚节点与数控上位机串口连接、与数控机床的传感器无线通信；所述数控物联网汇聚节点包括MCU和射频芯片；MCU与射频芯片连接，并与数控机床的传感器无线通信。其通信方法为数控物联网汇聚节点通过与数控上位机串口通信、并与数控机床的传感器进行无线通信的方式完成数据传输。本发明专利技术实现了机床物联网汇聚节点对无线采集节点的数据接收和命令发送，解决了传统机床传感器网络使用有线连接方式带来的一系列问题；采用的外部中断引脚方式可以使处理器在没有无线数据收发时处理其他事务，方便了数控物联网汇聚节点的功能扩展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控机床领域的物联网汇聚节点的数据收发，具体地说是一种机床物联网汇聚节点通信系统与方法。
技术介绍
在数控系统加工中，我们需要及时采集温度，振动等物理量来检测机床的工作状态，及时发现加工中出现的问题，从而出现了数控传感器网络系统。数控机床系统中使用的传统的传感器网络使用有线连接的方式，将各种传感器通过有线的方式与协处理器（汇聚节点）连接起来。这样连接虽然使得硬件的设计变得简单，但是在搭建传感器网络的过程中，缠绕机床床身的线缆会使机床的美观性下降，同时也增加了布线的难度。在实际数控加工过程中，机床的振动以及机械轴的旋转都可能使得传感器和汇聚节点之间的通信线缆脱落甚至是折断，使得传统物联网网络的可靠性和实用性大大降低，所以在平常见到的机床中几乎很少用传统传感器网络进行机床物理量。随着无线网络技术的发展，无线传感器网络的出现解决了有线网络中的诸多问题，特别是在工业检测领域。而国内外对于机床使用物联网检测机床运行状态的系统少之又少。专利技术一种机床物联网汇聚节点无线通信系统和方法变得更加重要。
技术实现思路
针对现有技术中的不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以实时接收和发送无线传感器网络数据的机床物联网汇聚节点通信系统和方法。为了实现了机床物联网汇聚节点对信息采集节点的实时接收，解决了机床物联网无线传感器与数控平台之间的网络通信问题，本专利技术采用的技术方案是：机床物联网汇聚节点无线通信系统和方法，包括：数控物联网汇聚节点与数控上位机串口连接、与数控机床的传感器无线通信；所述数控物联网汇聚节点包括MCU和射频芯片；MCU与射频芯片连接，并与数控机床的传感器无线通信。所述数控物联网汇聚节点与数控机床的传感器组成星形拓扑网络；所述无线通信采用广播方式。数控物联网汇聚节点通过与数控上位机串口通信、并与数控机床的传感器进行无线通信的方式完成数据传输，包括以下步骤：数控物联网汇聚节点进行初始化；如果需要发送传感器配置数据，则通过射频芯片发送数据包至数控机床传感器，如果不需要，则射频芯片进入休眠状态，同时MCU处理其它I/O事务；如果MCU接收到数控上位机通过串口发来的数据，则通过射频芯片发送数据包至数控机床传感器；如果射频芯片接收到来自数控机床传感器的无线数据包，则通过MCU发送数据至数控上位机，完成通信。所述MCU接收到数控上位机通过串口发来的数据，通过射频芯片发送数据包包括以下步骤：MCU禁止外部中断并清除中断标志位，读取串口接收区并生成无线数据包；强制射频芯片退出睡眠状态并使其进入发送状态，发送无线数据包；检测射频芯片的状态输出引脚是否有下降沿到来；如果是则强制射频芯片进入睡眠状态，如果为否，则继续检测；恢复外部中断；发送数据结束。所述射频芯片接收到来自数控机床传感器的无线数据包包括以下步骤：MCU禁止外部中断并清除中断标志位，读取接收缓冲区；检验接收数据包的累加和，即数据包的第一至倒数第二个字节的累加和是否等于最后一个字节；如果相等，则分析处理数据包并通过串口发送至数控上位机；如果不等，则放弃数据；强制射频芯片进入睡眠状态，恢复外部中断；接收数据结束。所述数据包格式依次为机床号、传感器号、命令与参数、温度/振动数据、电池电量、校验和。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.实现了机床物联网汇聚节点对无线采集节点的数据接收和命令发送，解决了传统机床传感器网络使用有线连接方式带来的一系列问题。2.传统的物联网汇聚节点只处理和无线有关的数据处理，这让处理器在大多数时间等待无线网络的发送与接收，本专利采用的外部中断引脚方式可以使处理器在没有无线数据收发时处理其他事务，方便了数控物联网汇聚节点的功能扩展。3.本专利的无线通信部分使用了CC1101的电磁波唤醒功能，在睡眠模式下，如果接收到外界发送的无线数据（电磁波），CC1101会自动从睡眠模式中苏醒，并完成对无线数据的接收，使用电磁波唤醒功能可以降低CC1101的能耗，更加节能也使得汇聚节点可以用到某些需要电池供电的场合。4.本专利技术采用数据包累加和的校验方法，对于发送和接收数据包的校验计算周期短，准确率高。附图说明图1为本专利技术的数控物联网结构框图；图2为总程序流程图；图3为接收数据中断处理子程序流程图；图4为串口中断处理子程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术方法作进一步详细说明。图1是整个数控物联网结构框图，首先应该建立一个如图1所示的硬件系统，用RS232串口线连接汇聚节点和数控上位机，并将无线采集节点（自带电池）固定在需要测量温度或者振动的机床床身上。然后通过JTAG将图2所示的LPC1768主程序下载到数控物联网汇聚节点。下载成功后，打开上位机串口收发软件，便可以看到汇聚节点接收到的采集节点的ID号，物理量等信息，同时可向采集节点发送命令和参数。一种机床物联网汇聚节点无线通信系统和方法，首先应该搭建机床物联网硬件平台并定义物联网中数据包的格式。然后对LPC1768和CC1101进行初始化配置，随即LPC1768控制CC1101进入休眠模式，等待电磁波唤醒接收数据产生的外部引脚中断，或者等待发送上位机发送给传感器节点的数据产生的串口中断，而MCU在射频芯片休眠时可以处理其他待处理数据。机床物联网硬件平台由数控上位机，汇聚节点（处理器：LPC1768，射频芯片：CC1101），数据采集节点（温度，湿度）三部分组成，其中数控上位机与汇聚节点之间通过RS232串口线通信，汇聚节点通过USB口供电，汇聚节点与数据采集节点之间通过433Mhz的工业免费频段进行通信，数据采集节点固定在机床床身上，因为位置条件限制，采用3.6V的锂电池供电。硬件平台搭建完后，根据传感器的需要规定了机床物联网的数据格式。数据包总共9个字节，第一个字节是机床编号，第二个字节是传感器编号，第三字节是命令与参数，第四到第七个字节用来存储数据（温度或者振动），第八个字节是电池电量，第九个字节是前面八个字节的累加和，用来校验数据的正确性。初始化汇聚节点主要包括初始化射频芯片CC1101和数据处理MCU芯片LPC1768的配置寄存器。在配置CC1101寄存器时，我们利用模拟SPI协议时序的方式与CC1101模块向寄存器写入数据：首先在SCLK信号前8个时钟上升沿之前在SI信号线上放入8位寄存器地址，然后在后8个时钟上升沿之前放入数据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
机床物联网汇聚节点无线通信系统，其特征在于包括：数控物联网汇聚节点与数控上位机串口连接、与数控机床的传感器无线通信；所述数控物联网汇聚节点包括MCU和射频芯片；MCU与射频芯片连接，并与数控机床的传感器无线通信。

【技术特征摘要】
1.机床物联网汇聚节点无线通信系统，其特征在于包括：数控物联网汇聚节点
与数控上位机串口连接、与数控机床的传感器无线通信；所述数控物联网汇聚
节点包括MCU和射频芯片；MCU与射频芯片连接，并与数控机床的传感器无线
通信。
2.根据权利要求1所述的机床物联网汇聚节点无线通信系统，其特征在于：
所述数控物联网汇聚节点与数控机床的传感器组成星形拓扑网络；所述无线通
信采用广播方式。
3.机床物联网汇聚节点无线通信方法，其特征在于：数控物联网汇聚节点通过
与数控上位机串口通信、并与数控机床的传感器进行无线通信的方式完成数据
传输，包括以下步骤：
数控物联网汇聚节点进行初始化；如果需要发送传感器配置数据，则通过
射频芯片发送数据包至数控机床传感器，如果不需要，则射频芯片进入休眠状
态，同时MCU处理其它I/O事务。
如果MCU接收到数控上位机通过串口发来的数据，则通过射频芯片发送数
据包至数控机床传感器；如果射频芯片接收到来自数控机床传感器的无线数据
包，则通过MCU发送数据至数控上位机，完成通信。
4.根据权利要求3所述的机床物联网汇聚节点无线通...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑一麟，林浒，邓庆绪，陶耀东，邓建军，萧延彬，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21