基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统技术方案

一种基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统，包括：协调器，用以负责ZigBee网络的建立、维护、子节点的加入、数据的收集以及与上位机之间的通讯；路由器节点，用于负责数据路由，确保主节点与带有无线收发功能的嵌入式模具保护器之间正确的数据交换；带有无线收发功能的嵌入式模具保护器，用以监测模具安全，提供模具状态信息；上位机，用于显示系统中各终端节点的实时状态。本实用新型专利技术提提供一种注塑机模具安全的远程监控方案，保证注塑机的模具安全和产品质量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及注塑机模具领域，尤其是一种模具保护系统。
技术介绍
塑料注射成型机作为塑料制品的加工设备已有半个多世纪的历史，近年来随着塑料制品应用领域的不断扩大，世界上对注塑机械的需求呈现了持续大幅攀升的趋势。特别是我国，进入20世纪90年代以来，注塑机的销售额以10%左右的年均增长率快速增长，总产量已居世界第一位。在注塑加工生产中，注塑模具作为注塑制品加工最重要的成型设备，其质量优劣直接关系到制品质量优劣。而且由于模具在注塑加工企业生产成本中占据较大的比例，其使用寿命直接左右注塑制品成本。目前在注塑成型车间中，为了降低修模成本，提升模具的使用率，大部分的厂家采用人工倒班的作业方式，由作业人员通过目视、探头、手摸的方式进行模具夹模的预防作业，效率极其低下劳动强度高，需要投入大量的人力物力，而且容易在人员作业疲劳是发生目视漏看而照成模具损坏，甚至因为探头而产生不安全的人身事故。因此，提高注塑模具质量，并通过机器视觉技术维护和保养好，延长其使用周期，是注塑制品加工企业降本增效的重要课题。近年来，随着图像处理技术飞速发展，特别计算机处理速度的显著提高，大规模存储器的出现，模具的自动识别报警系统被大量引入注塑行业中，通过CCD视频图像的动态采集，借助计算机数字图像处理技术，对生产过程中模具存在的残留、滑块错位、脱模不良等异常情况进行实时监控以实现对模具的自动保护。这种基于图像的实时监控系统极大提高了注塑模具的安全性，降低了修模成本，提升了工作效率，降低了工作人员的劳动强度。因此，基于机器视觉的模具保护器成为目前众多注塑机必备的配套设备。而现今市面上大部分国内生产的模具保护器都采用X86平台的工控机作为主控器，价格昂贵且缺乏丰富的接口，和现场PLC或其他设备连接需要外加扩展板卡；需要繁琐的操作来完成监视和检测报警的任务，而现场的操作人员则需要经过专业的培训才能够操作设备；厂房内光线变化、设备振动、模具归位不准以及现场噪声等因素仍然会造成一定概率的误报警；各台注塑机和模具保护器的重要信息缺乏数据远传和远程监控的功能，监测人员必须在现场巡视，十分不方便
技术实现思路
为了解决注塑行业中的模具安全问题，并克服现有技术中仍然存在的问题，本专利技术提供一种检测结果准确，并能远程监控的基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统，包括用以负责ZigBee网络的建立、维护、子节点的加入、数据的收集以及与上位机之间的通讯的协调器；用于负责数据路由，确保主节点与带有无线收发功能的嵌入式模具保护器之间正确的数据交换的路由器节点；用以提供注塑机模具状态信息的带有无线收发功能的嵌入式模具保护器；以及，用于显示系统中各终端节点的实时状态的上位机；所述上位机与所述协调器连接，所述协调器与路由器节点连接，所述路由器节点与所述带有无线收发功能的嵌入式模具保护器连接；其中，所述带有无线收发功能的嵌入式模具保护器包括数据无线收发模块、图像采集模块、数据处理模块、人机交互模块和I/o信号转接板，所述数据无线收发模块、图像采集模块、人机交互模块和I/o信号转接板均与所述数据处理模块连接。进一步，所述的传感器节点中电源模块采用可选的干电池和外部电源两种供电方式。所述数据无线收发模块由MSP430微处理器、射频收发器CC2520以及节点收发功率放大器CC2591组成。所述的人机交互模块包括独立的液晶显示屏和电容式触摸板两部分，分别通过VGA接口和232串口与主控板相连。所述的I/O转接板中输入信号带光电隔离功能，输出信号通过继电器隔离。本技术的有益效果主要表现在由于采用了嵌入式处理器作为控制核心，本技术的单个模具保护器具有更好的便携型和易扩展性；由于该处理器是TI公司的高速数字信号处理芯片，保证了系统处理图像数据的实时性；由于采用基于机器视觉的异常检测算法，本技术能实时智能检测出缺陷产品和脱模不良等情况，保证产品质量，保护模具安全；由于引入了基于ZigBee无线传感网络技术，本技术实现了模具安全的远程监控，使得技术人员不必依靠现场巡逻实现对注塑机的监测，降低了劳动强度，同时减轻了工业现场噪音与空气污染对员工的影响，保证了工作人员的身体健康。综上，本技术能提高注塑行业的产品质量，保护模具安全，降低工作强度，保证员工身体健康，有效提升注塑行业自动化水平。附图说明图1是本技术的系统原理框图图2是ZigBee网络中协调器节点的硬件结构示意图图3是网络中单个节点关联接入步骤示意图图4是本技术中单个嵌入式模具保护器的硬件结构示意图图5是加入模具保护器后注塑机的工作流程图具体实施方式以下结合附图对本技术进一步说明。参照图f图5，一种基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统，整个系统由多套模具保护器(终端节点)，多个路由节点，一个协调器节点及一台PC机组成，如图1所示。传统模具保护器有一个缺点是，在检测到异常后，只通过蜂鸣器和显示装置发出警报。在这种情况下，当一个工作人员需要监控多台设备时，必须不断的巡逻。考虑到这种情况的存在，本技术将单台模具保护器设计成具有数据无线收发能力的无线传感器节点，在车间内构建以模具保护器为终端节点的ZigBee无线网络，实现模具状态的远程监控。首先对基于ZigBee技术的无线传感器网络进一步说明。网络中包含了一个终端节点，多个路由器和协调器，三种节点类型。这三种节点都具有无线数据的收发功能，但是各自功能都不一样。协调器是整个网络的主控节点，负责网络的建立、维护、子节点的加入、数据的收集以及与上位机之间的通讯；路由器负责转发消息和实现路由功能；终端节点不具备父节点或路由的能力，作为网络的边缘设备提供监控信息。其中协调器和路由器为全功能设备FFD (Full Function Device),而终端节点被设计为精简功能设备RFD (ReducedFunction Device)。本技术中采用的网络拓扑结构原理图如图1所示。本系统中协调器的无线核心模块由MSP430微处理器、射频收发器CC2520以及节点收发功率放大器CC2591组成。并通过RS232/485接口与上位机进行通信，由无线核心模块负责数据的无线传输与处理，利用LED指示灯和LCD屏实时地显示网络状态和部分监测数据，为方便调试网络，使用按键实现手动控制功能。其硬件结构框图如图2所示。路由器的大部分硬件与协调器相同，只是硬件接口更加简单而已。而终端节点的硬件结构图也类似于协调器，只是将232/485接口换成了 I2C。需要注意的是，由于工作环境的特殊性，区别于传统意义上的无线传感器节点，本系统中的节点电源被设计成了外部电源供电和干电池供电两种供电方式，因此系统设计时可及不考虑节点的能耗问题，简化了软件算法的设计。本技术中模具安全监控网络，首先需要一个全功能设备发起并创建网络，即前文所述的协调器。协调器首先选择一个空闲的信道作为自身网络的通信信道，再发出新标请求，并确定自己的16位网络地址。在信道及协调器初始化后，协调器才开始接受其它节点加入网络，一个未加入任何网络的节点(路由器或者终端节点)，想要加入当前网络，首先需要进行网络发现，即搜索周围的节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统，其特征在于：所述模具保护系统包括：用以负责ZigBee网络的建立、维护、子节点的加入、数据的收集以及与上位机之间的通讯的协调器；用于负责数据路由，确保主节点与带有无线收发功能的嵌入式模具保护器之间正确的数据交换的路由器节点；用以提供注塑机模具状态信息的带有无线收发功能的嵌入式模具保护器；以及，用于显示系统中各终端节点的实时状态的上位机；所述上位机与所述协调器连接，所述协调器与路由器节点连接，所述路由器节点与所述带有无线收发功能的嵌入式模具保护器连接；其中，所述带有无线收发功能的嵌入式模具保护器包括：数据无线收发模块、图像采集模块、数据处理模块、人机交互模块和I/O信号转接板，所述数据无线收发模块、图像采集模块、人机交互模块和I/O信号转接板均与所述数据处理模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee网络的嵌入式模具保护系统，其特征在于所述模具保护系统包括用以负责ZigBee网络的建立、维护、子节点的加入、数据的收集以及与上位机之间的通讯的协调器；用于负责数据路由，确保主节点与带有无线收发功能的嵌入式模具保护器之间正确的数据交换的路由器节点；用以提供注塑机模具状态信息的带有无线收发功能的嵌入式模具保护器；以及，用于显示系统中各终端节点的实时状态的上位机；所述上位机与所述协调器连接，所述协调器与路由器节点连接，所述路由器节点与所述带有无线收发功能的嵌入式模具保护器连接；其中，所述带有无线收发功能的嵌入式模具保护器包括数据无线收发模块、图像采集模块、数据处理模块、人机交互模块和...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢科新，姜旭飞，林叶贵，董辉，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：实用新型
国别省市：