一種應用于3d打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器、上位機，其中數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡分別連接聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器和上位機，聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器、服務器、上位機順序相連，所述聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器與3D打印設備相連。本發(fā)明的系統(tǒng)，即插即用、上位機上不需添加硬件、對3D打印設備有完全的控制和數(shù)據(jù)讀取能力、上位機和3D打印設備管理組織形式多樣、系統(tǒng)可以選擇性地使用或更換各部分、系統(tǒng)具有擴展性。
【專利說明】-種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)領域，特別涉及一種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控 管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 3D打印是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的制造方 式。它具有能簡化加工工序、加工周期與結構復雜程度無關、成品免組裝、結構復雜性無限 制等優(yōu)點，是未來制造技術的一個重要發(fā)展方向。同時3D打印滿足了個性化、定制化且數(shù) 量少的產(chǎn)品的制造需求。可以預見，該技術將進一步向個人家庭、大型組織和技術研究等應 用領域普及。
[0003] 3D打印設備的工作方式如下：上位機使用切片軟件將STL模型轉(zhuǎn)換為機器碼，然 后上位機控制軟件用一定的規(guī)則將這些機器碼逐條發(fā)送給3D打印設備，當3D打印設備逐 條將所有機器碼執(zhí)行完畢后制造過程結束。
[0004] 但在某些場景中，使用3D打印設備仍然有諸多不便，這妨礙了 3D打印技術的普及 進程。
[0005] 對于個人家庭用戶，由于價格、所需精度和使用難度等局限，它們選擇的3D打印 設備往往是桌面級熔融擠出成型設備（即FDM3D打印機）。但這種設備制造速度慢、有噪音 而且有異味（在使用ABS材料時），所以此類3D打印設備不適宜擺放在用戶的工作學習的 書桌上，而更適于擺放在房屋的一個通風角落，通過遠程通訊的方法來實現(xiàn)用戶對設備的 監(jiān)控管理。同時由于桌面級熔融擠出成型設備的工作效果受環(huán)境（如溫度、濕度、風速）影 響很大，個人家庭用戶往往無法根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)來對應地調(diào)整制造參數(shù)設置，設備的性能無 法進一步地發(fā)揮。
[0006] 而對于大型組織用戶而言，作為企業(yè)或政府擁有的3D打印設備數(shù)量將會很多。因 此需要對這些設備進行集中的管理，并賦予內(nèi)部人員不同的監(jiān)控權限，即多部上位機需要 分級同時監(jiān)控管理多個3D打印設備。
[0007] 對于技術研究用戶，無論目的是改進3D打印設備還是探究3D打印設置參數(shù)對成 品質(zhì)量的影響，他們都需要對制造環(huán)境、制造參數(shù)和對應的制造過程進行記錄和分析，而且 當研究涉及激光選區(qū)熔化成形技術時，當前觀察制造過程的方式仍然是直接用肉眼通過玻 璃窗觀察，散射的激光可以穿透玻璃傷害眼睛，由于這種傷害具有初期無法察覺性，如果研 究人員不注意進行眼睛防護，可能會導致眼睛機能的損壞或喪失，甚至導致失明。因此需要 為研究人員提供對制造過程進行間接觀察的系統(tǒng)。
[0008] 最后，目前此類通訊系統(tǒng)都是將系統(tǒng)集成在目標設備之中，通訊系統(tǒng)無法升級、卸 載或變更模塊。比如，當通訊系統(tǒng)需要更強的視頻流處理能能力或需要探測一種新的環(huán)境 信息時，非模塊化的設計會導致用戶必須更換整個通訊系統(tǒng)，有時甚至是包括通訊系統(tǒng)在 內(nèi)的整個控制系統(tǒng)。導致通訊系統(tǒng)變更的成本非常高昂。
[0009] 綜上所述，聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理、制造參數(shù)設置建議、權限組織管理、數(shù)據(jù)記錄分析、間接 觀察功能是3D打印技術走向真正普及當前所需要的功能；而且模塊化的產(chǎn)品在通訊系統(tǒng) 類市場中更具有優(yōu)勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種應用于3D打印設備的 模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)。
[0011] 本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)：
[0012] 一種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、聯(lián)網(wǎng)監(jiān) 控管理器、服務器、上位機，其中數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡分別連接聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器和上位機， 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器、服務器、上位機順序相連，所述聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器與3D打印設備相連。
[0013] 所述的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器包括順序相連的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理板和串口通 信模塊。
[0014] 所述的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括攝像頭、溫濕度傳感器和風速傳感器。
[0015] 所述的數(shù)據(jù)處理板的架構為AVR、ARM、X86中的一種。
[0016] 所述的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡包括順序相連的路由器、調(diào)制解調(diào)器、互聯(lián)網(wǎng)。
[0017] 所述的上位機為電腦、手機、單片機中的一種。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0019] 1、它的監(jiān)控管理功能是基于互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控管理功能，作用范圍為互聯(lián)網(wǎng)覆蓋范 圍。它必須有起中轉(zhuǎn)作用的服務器。而且服務器是Server狀態(tài)被動連接，上位機和監(jiān)控管 理器都是Client狀態(tài)主動尋址。
[0020] 制造參數(shù)設置建議是在服務器上進行分析的，因此用戶不需要在本機進行運算； 參數(shù)設置建議的歷史也可以得到云端保存。
[0021] 權限組織管理是在服務器在服務器上進行，用戶只需要賬號密碼就可以在任何上 位機上以集資的權限管理打印機。
[0022] 數(shù)據(jù)記錄分析是在服務器上的一個功能，由于所有數(shù)據(jù)都存儲在云端，用戶就不 用擔心數(shù)據(jù)的丟失了。
[0023] 2、對3D打印設備能做到完全的遠程監(jiān)控管理，不僅能對多個3D打印設備（可以 是地域上分散的）進行集中的組織管理，并對不同用戶進行權限分配，而且能實時記錄存 儲3D打印過程中產(chǎn)生的有關數(shù)據(jù)，并在需要時進行數(shù)據(jù)提取分析。
[0024] 3、在設備涉及激光等危險源時，可幫助用戶進行間接觀察，保障用戶的安全，能智 能分析環(huán)境數(shù)據(jù)并給出制造參數(shù)設置建議。
[0025] 4、模塊化設計：系統(tǒng)即插即用，上位機上不需添加硬件，系統(tǒng)可以選擇性地使用或 更換或卸載各部分、系統(tǒng)具有擴展性。
[0026] 5、本系統(tǒng)不需經(jīng)過任何改動即可應用于數(shù)控機床、激光焊接設備、無人全站儀等 任何串口設備。本系統(tǒng)強調(diào)應用于3D打印設備是因為3D打印設備具有加工時間長、對環(huán) 境要求高、個性化及定制化制造、數(shù)量多、地域上分散等特點，特別適合使用該系統(tǒng)。但這并 不代表本發(fā)明不可用于其它現(xiàn)有的或未來的串口設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明所述的一種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的結構 示意圖；
[0028] 圖2為圖1所述系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器的結構示意圖；
[0029] 圖3為圖1所述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡的結構示意圖；
[0030] 圖4為圖1所述系統(tǒng)的上位機功能軟件界面示意圖；
[0031] 圖5為圖1所述系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)信息流示意圖；
[0032] 圖6為圖1所述系統(tǒng)的3D打印設備狀態(tài)信息流示意圖；
[0033] 圖7為圖1所述系統(tǒng)的機器碼信息流示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0035] 如圖1，一種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器、上位機，其中數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡分別連接聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器和 上位機，聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器、服務器、上位機順序相連，所述聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器與3D打印設備相 連；其中
[0036] 在聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器和服務器之間，串口信號經(jīng)過串口通信模塊處理后轉(zhuǎn)換為其它 協(xié)議的信號，再通過信號中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡即可轉(zhuǎn)換為TCP/IP網(wǎng)絡信號并將其傳遞到服務器，信號 反向傳遞的轉(zhuǎn)換關系不變；服務器與上位機軟件間的連接方式則多種多樣，而且均是已存 在的連接方式，本系統(tǒng)并沒有進行改動；
[0037] 如圖2,所述的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器包括順序相連的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理板2 和串口通信模塊4 ;環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊連接數(shù)據(jù)處理板2,環(huán)境采集模塊包括攝像頭10、溫 濕度傳感器和風速傳感器7,用于記錄下3D打印設備9所在的環(huán)境數(shù)據(jù)，并傳送給數(shù)據(jù)處 理板2 ;數(shù)據(jù)處理板2通過串口 1和接口 8連接到3D打印設備9,同時通過串口通信模塊4 連接到數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡；視乎所要處理的數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)處理板2的架構可以是AVR、ARM或X86 等；所述數(shù)據(jù)處理板2負責將環(huán)境數(shù)據(jù)和3D打印設備發(fā)出的指令通過串口信號傳送給串口 通信模塊4,并且從串口通信模塊4接受來自上位機指令，并將指令中的機器碼（直接指揮 3D打印設備的代碼）通過串口連接傳遞給3D打印設備9 ;串口通信模塊4通過串口 3連接 數(shù)據(jù)處理板2,通過其他信號傳輸協(xié)議5 (可以是藍牙、WIFI、有線網(wǎng)絡或ZIGBEE等）連接 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡；所述串口通信模塊4的功能是使信號在串口和其它信號形式之間轉(zhuǎn)換，把 來自上位機的指令能傳遞到數(shù)據(jù)處理板2,數(shù)據(jù)處理板2上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡； 攝像頭10通過接口 6與數(shù)據(jù)處理板2相連接；
[0038] 服務器接收儲存所有來自聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器和上位機的數(shù)據(jù)并向它們發(fā)送部分或 全部數(shù)據(jù)；服務器起到信息的中轉(zhuǎn)和存儲作用，收到來自上位機的機器碼，它會自動發(fā)往聯(lián) 網(wǎng)監(jiān)控管理器，同時將副本儲存起來；收到來自聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器的環(huán)境數(shù)據(jù)及設備狀態(tài)信 息，它會自動發(fā)往上位機，同時將副本儲存起來；上位機可對歷史數(shù)據(jù)進行查詢和提??；
[0039] 上位機的功能是虛擬串口、顯示環(huán)境數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)提取分析；當設備通過串口線 連接到上位機，上位機會分配一個串口號（如COM3)給該設備，而上位機控制軟件通過連接 上這個串口號來與設備發(fā)生連接；如果使用該系統(tǒng)，設備沒有直接通過串口與上位機相連， 所以需要上位機功能軟件將非串口連接方式虛擬為串口連接，讓上位機分配一個串口號， 上位機控制軟件就可以通過這個串口號與設備對接；如圖4,攝像頭、溫濕度傳感器等環(huán)境 數(shù)據(jù)采集模塊是原有的3D打印設備所不具有的，上位機沒有顯示相應數(shù)據(jù)的窗口，所以上 位機功能軟件需要具備顯示對應環(huán)境數(shù)據(jù)的界面；所述數(shù)據(jù)提取分析是提取服務器中儲存 的環(huán)境數(shù)據(jù)和設置數(shù)據(jù)，通過分析環(huán)境數(shù)據(jù)來向用戶給出推薦的制造參數(shù)或者通過環(huán)境數(shù) 據(jù)和設置數(shù)據(jù)間的對比幫助用戶了解制造設置參數(shù)與打印效果間的聯(lián)系；此外，上位機可 以是電腦、手機甚至是單片機，在不同平臺上的功能軟件的形式可能有所不同；
[0040] 如圖3,所述的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡包括順序相連的路由器、調(diào)制解調(diào)器、互聯(lián)網(wǎng)。
[0041] 在本實施例中，進一步具體來講：
[0042] 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡是使用TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，是本系統(tǒng)直接使用的技術非 常成熟的部分；如圖3,如果最左端路由器釋放的信號"轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)協(xié)議A"是WIFI，那只需 配置聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器使其連接上家庭WIFI，它就可以自動尋址找到互聯(lián)網(wǎng)中的服務器了， 而上位機也只需接入互聯(lián)網(wǎng)，就能連接上服務器。
[0043] 如圖2, 3D打印設備串口接口 8原本通過USB接口連接上位機，使用系統(tǒng)時只需將 USB插頭插在數(shù)據(jù)處理板串口通訊接口 1即可；然后再將監(jiān)控管理器配置通過轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù) 協(xié)議5(如WIFI、以太網(wǎng)等）連接上數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡即可。
[0044] 上位機功能軟件的界面如圖4所示，功能軟件內(nèi)部對上位機控制軟件進行了關 聯(lián)，使用時只需打開上位機功能軟件就可以同步打開上位機控制軟件；然后功能軟件的界 面邊框會自動與控制軟件的界面邊框鎖定，從而給用戶一個集成化的上位機軟件環(huán)境。在 其中一種上位機功能軟件界面設計中，軟件分為三部分功能，分別是實時視頻監(jiān)控、環(huán)境數(shù) 據(jù)的呈現(xiàn)以及制造參數(shù)設置建議以及歷史數(shù)據(jù)的提取和分析。
[0045] 如圖5,環(huán)境數(shù)據(jù)是原本上位機和3D打印機都不產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。環(huán)境數(shù)據(jù)由監(jiān)控管 理器上的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊產(chǎn)生，監(jiān)控管理器的數(shù)據(jù)處理板接收到后將其分析整理，串口 通訊模塊則將數(shù)據(jù)的格式由串口轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡使用的協(xié)議。通過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡和服 務器的轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達上位機。
[0046] 如圖6,打印機狀態(tài)信息是由打印機生成的，原本直接傳送到上位機。而本發(fā)明則 是通過互聯(lián)網(wǎng)將狀態(tài)信息從打印機發(fā)送到上位機。監(jiān)控管理器讀取狀態(tài)信息，串口通訊模 塊轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，通過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡和服務器的轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達上位機。
[0047] 如圖7,機器碼是由上位機生成的命令代碼，原本由上位機直接傳送到3D打印機。 而本發(fā)明的則是通過互聯(lián)網(wǎng)將機器碼從上位機發(fā)送到3D打印機。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡和服務器 轉(zhuǎn)發(fā)機器碼，串口通訊模塊轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，監(jiān)控管理器將機器碼發(fā)給打印機。
[0048] 以下是該系統(tǒng)應用的三個不同的場合：
[0049] 對于個人家庭用戶，他們可以在使用了 3D打印設備后覺得有必要時再購買本系 統(tǒng)。對于這些用戶，使用本系統(tǒng)需要：購買聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器（其中包括了環(huán)境數(shù)據(jù)采集模 塊、數(shù)據(jù)處理板、串口通信模塊），對其配置連接上家庭WIFI，將3D打印設備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理 器的串口線連接到3D打印設備，安裝上位機功能軟件。使用時，用戶可以將3D打印設備放 置于房屋通風角落，使其工作時不會打擾到用戶。用戶可以在任意一個能接入互聯(lián)網(wǎng)的上 位機上完全監(jiān)控該設備的運行，并獲得當前設備環(huán)境下推薦的工藝參數(shù)設置。用戶可以在 辦公室或?qū)W校遠程發(fā)起打印并隨時監(jiān)控，加工完成后用戶就可以取下設備中的制造成品。
[0050] 對于企業(yè)、政府等大量擁有3D打印設備的用戶，當他們需要統(tǒng)一管理這些設備時 就可以引入這個系統(tǒng)。使用系統(tǒng)需要：購買與設備數(shù)量對應的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器，與上述個人 家庭情況相似地進行連接，企業(yè)管理員在服務器上制定管理策略。使用時，組織內(nèi)部的人員 會被分配不同的監(jiān)控管理權限，并且隨時可以進行修改。另外，用戶可以隨時根據(jù)自己的需 要升級、添加、轉(zhuǎn)讓或卸載系統(tǒng)的模塊，大幅降低設備或系統(tǒng)升級換代的成本。
[0051] 對于科研單位用戶，當用戶需要方便地采集與3D打印技術有關的實驗數(shù)據(jù)時可 以采用這個系統(tǒng)。使用本系統(tǒng)需要進行的準備與個人家庭用戶的一致。使用時，科研人員 可以選擇在不同的材料、設備硬件、制造參數(shù)設置、環(huán)境條件和制造目標下進行制造實驗操 作。實驗過程中服務器會不停記錄存儲材料類型、設備模式、制造參數(shù)設置、攝像頭視頻信 息、環(huán)境信息、制造目標類型等等的原始數(shù)據(jù)，科研人員可以通過上位機功能軟件從服務器 中提取他們需要的數(shù)據(jù)，并在功能軟件中進行簡單的分析，或者是將數(shù)據(jù)導出，使用第三方 分析方法。同時他們的只通過環(huán)境數(shù)據(jù)間接觀察，所以他們不會受到來自危險源（如激光） 的傷害。
[0052] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng) 絡、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器、上位機，其中數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡分別連接聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器、服務器 和上位機，聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器、服務器、上位機順序相連，所述聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務器與3D打印設備 相連。
2. 根據(jù)權利要求1所述的應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在 于：所述的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器包括順序相連的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理板和串口通信模 塊。
3. 根據(jù)權利要求2所述的應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在 于：所述的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括攝像頭、溫濕度傳感器和風速傳感器。
4. 根據(jù)權利要求2所述的應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在 于：所述的數(shù)據(jù)處理板的架構為AVR、ARM、X86中的一種。
5. 根據(jù)權利要求1所述的應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在 于：所述的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡包括順序相連的路由器、調(diào)制解調(diào)器、互聯(lián)網(wǎng)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的應用于3D打印設備的模塊化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，其特征在 于：所述的上位機為電腦、手機、單片機中的一種。
【文檔編號】G05B19/418GK104090539SQ201410265515
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】王廣興, 楊永強, 王迪, 白玉超 申請人:華南理工大學