一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统技术方案

针对大型机床在工作过程中校准系统人工检测效率低下、预警能力不足的问题，在对大型机床校准系统振动特性研究的基础上，发明专利技术了一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统，以对大型机床工作中自身产生的振动固有频率变化检测为切入点来判断由于空气可压缩性产生的误差、振动信号采集终端以IAP15F2K61S2单片机为核心、采用较为灵敏的加速度传感器ADXL210来采集振动信号，实现了无线数据通信模块与远程数据交互接口电路的设计。通过系统测试实验，本系统可有效采集大型机床校准系统的振动信号，对机床的变速进行准确检测并预警，远程数据传送成功率100%，工作稳定，有很强的实用价值。

A calibration vibration detection system for large machine tools based on ADXL210

Aiming at the low efficiency of manual inspection, early warning system the problem of calibration in the working process of large machine tools, based on the research of vibration calibration system of large machine tool, invented a large machine tool calibration vibration detection system based on ADXL210, based on the inherent vibration frequency change of large machine bed work itself as the starting test as a result of the acquisition of terminal point to judge the vibration signal error, air can produce compression to IAP15F2K61S2 MCU as the core, using ADXL210 acceleration sensor is sensitive to vibration signals, realizes the design of wireless data communication module and remote data interface circuit. Through the system test, the system can effectively collect vibration signals of large machine calibration system, accurately detect and predict the speed change of machine tools, and the success rate of remote data transmission is 100%, which is stable and has strong practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统所属
本专利技术涉及一种检测系统，尤其涉及一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统。
技术介绍
大型机床随着使用年限的增长与外部气候环境等诸多因素的影响，校准空速需要修正由于空气可压缩性产生的误差，如果采用传统的检测方法，不但效率低而且对于突发性事件的预警能力也不足，因此，需要设计开发一种大型机床校准振动多参数检测网络，来实现对大型机床工作速度的实时监测与预警。运行速度是大型机床工作过程中最重要的参数之一，是由空速系统来测定的。对于空速测定系统，无法避免的存在着一定的位置误差，空速管可以对前方来流的总压和外界大气的静压，再通过静压以及总压和静压间的差值分别计算得出压力高度和指示空速。但由于在实际工作过程中，大型机床对来流的干扰不能准确获得静压，难以真实反映大型机床在工作高度上的大气静压，进而将误差带入到了指示中。校准系统就是找出该机床测定高度、速度时产生的误差。采用大型机床工作振动检测的方法来判别大型机床校准系统的有效程度，其优点是：振动检测方便实施，利用大型机床工作中的振动参数就能实现，因此不会影响大型机床其他系统的正常工作；多点振动检测可以对空速误差准确检测，并有效识别大型机床结构的整体动力特性。当大型机床工作在特殊区域，其固有频率会发生变化，基于固有频率的变化对大型机床校准检测是最容易实现也是最准确的方法。在大型机床工作速度误差发生之前将其划分为若干单元，可利用该单元损伤前的固有频率与损伤后的固有频率变化之比进行损伤定位;高阶频率的变化能更好地反映大型机床工作过程中由于干扰而造成的工作振动的变化。通过研究得出结论，对大型机床工作振动的固有频率检测方法是比较简单的，而且精度很高，受测量噪声的影响较小。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对大型机床在工作过程中校准系统人工检测效率低下、预警能力不足的问题，设计了一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统主要由振动信号采集终端设备、数据汇集节点、Internet网络与GPRS网络、远程监控中心几部分组成。本系统采用无线传感网络与有线网络结合的方式，选用低功耗的芯片进行设计，可以保证在太阳能电池供电的情况下信号采集模块与无线通信模块持续稳定工作。在非工作模式时间内节点处于低功耗模式，在工作模式时间，节点收到远程监控中心发来的同步信号后开始采集、发送数据。远程监控中心通过分析软件对大型机床工作过程中所有节点的振动信号频率变化进行综合分析后，可以自动获取大型机床的安全工作速度数据以及存在危险的程度，从而可以为工作人员提供数据支持，并且在大型机床工作速度超出安全范围时发出预警信息，有效预防工作事故的发生。所述的振动信号采集终端主要工作是振动信号的采集与处理，并通过无线通信模块发送到数据汇集节点，其主要部署在机身的关键部位。所述的数据汇集节点在收集到所有终端设备发送的检测数据后，根据系统功能要求对数据进行分解、变换并存储。所述的通信系统将处理过的数据通过Internet网络或GPRS网络传送到远程监控中心。所述的监控中心利用实时诊断软硬件对接收到的所有工作振动数据进行分析出来，从而得出工作速度是否存在误差，按照具体情况发出相应的预警信号。所述的振动信号传感器采用ADI公司的加速度传感器ADXL210，它主要由多晶硅与差动电容器组成，当有振动发生时，产生大型机床工作加速度的作用力，多晶硅结构发生偏移拉动差动电容值发生变化，从而产生电信号所述的系统主控电路的单片机采用STC公司生产的IAP15F2K61S2，晶振采用11.0592MHz，其抗干扰能力很强，且功耗很低，价格便宜。而A/D转换芯片采用ADC0809，其为8位A/D转换器，0～5V对应输出数值为0～255，其时钟信号CLK由单片机IAP15F2K61S2的ALE信号提供。所述的系统设计的ZigBee无线通信模块是以TI的CC2048为核心。所述的整个校准振动检测网络中的控制节点之间的通信通过高速CAN总线连接实现，CAN总线设计采用双绞线,而校准检测系统终端匹配电阻设计为120欧姆。本专利技术的有益效果是：本系统较传统的校准检测系统相比具有造价低、安装维护方便、环境适应能力强等优点，非常适合对大型机床工作过程中校准系统的安全监测，应用前景十分广阔。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是系统总体结构。图2是振动检测终端设备电路结构。图3是ADXL210振动信号采集放大偏置电路硬件设计。图4是单片机外围电路与A/D转换电路硬件设计。图5是通信接口模块的硬件设计图。具体实施方式如图1所示，基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统主要由振动信号采集终端设备、数据汇集节点、Internet网络与GPRS网络、远程监控中心几部分组成。本系统采用无线传感网络与有线网络结合的方式，选用低功耗的芯片进行设计，可以保证在太阳能电池供电的情况下信号采集模块与无线通信模块持续稳定工作。在非工作模式时间内节点处于低功耗模式，在工作模式时间，节点收到远程监控中心发来的同步信号后开始采集、发送数据。远程监控中心通过分析软件对大型机床工作过程中所有节点的振动信号频率变化进行综合分析后，可以自动获取大型机床的安全工作速度数据以及存在危险的程度，从而可以为工作人员提供数据支持，并且在大型机床工作速度超出安全范围时发出预警信息，有效预防工作事故的发生。振动信号采集终端主要工作是振动信号的采集与处理，并通过无线通信模块发送到数据汇集节点，其主要部署在机身的关键部位；数据汇集节点在收集到所有终端设备发送的检测数据后，根据系统功能要求对数据进行分解、变换并存储；通信系统将处理过的数据通过Internet网络或GPRS网络传送到远程监控中心；监控中心利用实时诊断软硬件对接收到的所有工作振动数据进行分析出来，从而得出工作速度是否存在误差，按照具体情况发出相应的预警信号。如图2所示，以IAP15F2K61S2单片机为控制核心，实现了振动信号的采集、放大、模数(A/D)转换、无线通信传输等功能；整个电路功耗很低，以太阳能电池组供电，可保证电路的持续长时间供电，非常适合工作过程中进行部署；整个终端设备采用小型化设计，安装便捷。信号检测终端分布于整个机床所有关键部位，根据机床的大小合理进行规划部署。如图3所示，本系统主要是对大型机床工作的振动情况进行检测，振动信号传感器采用ADI公司的加速度传感器ADXL210，它主要由多晶硅与差动电容器组成，当有振动发生时，产生大型机床工作加速度的作用力，多晶硅结构发生偏移拉动差动电容值发生变化，从而产生电信号。ADXL210输出的工作加速度信号，经过输出电容滤波后，工作加速度信号经过运算放大器LF353组成的放大电路得到直流偏移电压约为2V~3V的共模信号。X、Y两轴的直流电压信号送入后级ADC0809模数转换电路。其中VREF为基准信号。如图4所示，大型机床校准振动检测系统主控电路的单片机采用STC公司生产的IAP15F2K61S2，晶振采用11.0592MHz，其抗干扰能力很强，且功耗很低，价格便宜。而A/D转换芯片采用ADC0809，其为8位A/D转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统，主要由振动信号采集终端设备、数据汇集节点、Internet网络与GPRS网络、远程监控中心几部分组成；本系统采用无线传感网络与有线网络结合的方式，选用低功耗的芯片进行设计，可以保证在太阳能电池供电的情况下信号采集模块与无线通信模块持续稳定工作；在非工作模式时间内节点处于低功耗模式，在工作模式时间，节点收到远程监控中心发来的同步信号后开始采集、发送数据；远程监控中心通过分析软件对大型机床工作过程中所有节点的振动信号频率变化进行综合分析后，可以自动获取大型机床的安全工作速度数据以及存在危险的程度，从而可以为工作人员提供数据支持，并且在大型机床工作速度超出安全范围时发出预警信息，有效预防工作事故的发生。

【技术特征摘要】
1.一种基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统，主要由振动信号采集终端设备、数据汇集节点、Internet网络与GPRS网络、远程监控中心几部分组成；本系统采用无线传感网络与有线网络结合的方式，选用低功耗的芯片进行设计，可以保证在太阳能电池供电的情况下信号采集模块与无线通信模块持续稳定工作；在非工作模式时间内节点处于低功耗模式，在工作模式时间，节点收到远程监控中心发来的同步信号后开始采集、发送数据；远程监控中心通过分析软件对大型机床工作过程中所有节点的振动信号频率变化进行综合分析后，可以自动获取大型机床的安全工作速度数据以及存在危险的程度，从而可以为工作人员提供数据支持，并且在大型机床工作速度超出安全范围时发出预警信息，有效预防工作事故的发生。2.根据权利要求1所述的基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统，其特征是所述的振动信号采集终端主要工作是振动信号的采集与处理，并通过无线通信模块发送到数据汇集节点，其主要部署在机身的关键部位。3.根据权利要求1所述的基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统，其特征是所述的数据汇集节点在收集到所有终端设备发送的检测数据后，根据系统功能要求对数据进行分解、变换并存储。4.根据权利要求1所述的基于ADXL210的大型机床校准振动检测系统，其特征是所述的通信系统将处理过的数据通过Internet网络或GPRS网络传送到远程监控中心。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宝瀛，
申请(专利权)人：赵宝瀛，
类型：发明
国别省市：辽宁,21