一種應用于3d打印設備的模塊化zigbee監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)，包含依次相連的ZIGBEE監(jiān)控管理器、ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、上位機，其中ZIGBEE監(jiān)控管理器與3D打印設備相連接。本實用新型的系統(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、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ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及通信系統(tǒng)【技術(shù)領域】，特別涉及一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng).
【背景技術(shù)】
[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(jié)構(gòu)復雜程度無關(guān)、成品免組裝、結(jié)構(gòu)復雜性無限制等優(yōu)點，是未來制造技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。同時滿足了個性化、定制化且數(shù)量少的產(chǎn)品的制造需求?？梢灶A見，該技術(shù)將進一步向個人家庭、大型組織和技術(shù)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(jié)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(shù)的普及進程。
[0005]而對于工廠用戶而言，他們擁有的3D打印設備數(shù)量將會很多，所以需要對這些設備進行集中的管理。而ZIGBEE通訊技術(shù)由于其能耗低、自組網(wǎng)、配置簡單等特性廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)之中。因此使用ZIGBEE將工廠中大量3D打印設備連接起來集中管理是一種管理3D打印設備的可能方法。而且3D打印設備的工作效果受環(huán)境(如溫度、濕度、風速)影響很大，工廠用戶往往無法根據(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]因此ZIGBEE監(jiān)控、制造參數(shù)設置建議、權(quán)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(shù)走向真正普及當前所需要的功能。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)。
[0008]本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)，包含依次相連的ZIGBEE監(jiān)控管理器、ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、上位機，其中ZIGBEE監(jiān)控管理器與3D打印設備相連接。
[0010]所述的ZIGBEE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、串口通信模塊，其中數(shù)據(jù)處理板通過串口連接到3D打印設備，串口通信模塊與ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡相連。
[0011]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、風速傳感器。
[0012]所述的數(shù)據(jù)處理板的架構(gòu)為AVR、ARM、X86中的一種。
[0013]所述的上位機為電腦、手機、單片機中的一種。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0015]1、它的監(jiān)控管理功能是基于局域網(wǎng)的監(jiān)控管理功能，作用范圍為局域網(wǎng)覆蓋范圍。上位機是Client狀態(tài)主動尋址。監(jiān)控管理器是Server狀態(tài)被動連接。權(quán)限管理功能集成在上位機功能軟件中，數(shù)據(jù)記錄分析功能在上位機進行，ZIGBEE網(wǎng)絡范圍內(nèi)(廠方尺度)間接觀察。
[0016]2、對3D打印設備能做到完全的ZIGBEE監(jiān)控，不僅能對多個3D打印設備進行集中的組織管理，而且能智能分析環(huán)境數(shù)據(jù)并給出制造參數(shù)設置建議。
[0017]3、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。
[0018]4、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)。但這并不代表本實用新型不可用于其它現(xiàn)有的或未來的串口設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型所述的一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1所述系統(tǒng)的ZIGBEE監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為圖1所述系統(tǒng)的上位機功能軟件界面示意圖；
[0022]圖4為圖1所述系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)信息流示意圖；
[0023]圖5為圖1所述系統(tǒng)的3D打印設備狀態(tài)信息流示意圖；
[0024]圖6為圖1所述系統(tǒng)的機器碼信息流示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0026]ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。ZigBee的特點在于自組網(wǎng)和低功耗，特別適用于工業(yè)生產(chǎn)。自組網(wǎng)是指ZIGBEE網(wǎng)絡每個節(jié)點同時可以起上下傳和中轉(zhuǎn)的功能，也就是說，ZIGBEE網(wǎng)絡不需要像WIFI網(wǎng)絡那樣布置單獨的路由器將網(wǎng)絡架構(gòu)起來。低功耗可以讓ZIGBEE在使用電池的狀態(tài)下也能工作數(shù)年之久。這樣3D打印工廠就可以直接添加新的打印機，ZIGBEE網(wǎng)絡可以自動找到連接這個新打印機的最佳路徑；移除打印機后ZIGBEE網(wǎng)絡也會自動修復。而且低功耗讓通訊模塊的電源方案有更多選擇，可以輕易提供緊急電源，提高穩(wěn)定性。
[0027]如圖1，一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)，包含依次相連的ZIGBEE監(jiān)控管理器、ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、上位機，其中ZIGBEE監(jiān)控管理器與3D打印設備相連接；
[0028]所述的ZIGBEE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、串口通信模塊4，其中數(shù)據(jù)處理板2通過串口 I和接口 8連接到3D打印設備9，串口通信模塊4與ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡相連；
[0029]所述的環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括攝像頭10、溫濕度傳感器、風速傳感器7，攝像頭10通過接口 6與數(shù)據(jù)處理板2連接。
[0030]根據(jù)所要處理的數(shù)據(jù)量，所述的數(shù)據(jù)處理板2的架構(gòu)為AVR、ARM、X86中的一種；數(shù)據(jù)處理板負責將環(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，并且從串口通信模塊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，串口通信模塊通過串口連接數(shù)據(jù)處理板，通過ZIGBEE協(xié)議連接ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡；所述串口通信模塊的功能是把來自上位機的指令能傳遞到數(shù)據(jù)處理板，數(shù)據(jù)處理板上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑IGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡；
[0031]上位機功能軟件的功能是虛擬串口、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。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。
[0032]如圖4，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2接收到后將其分析整理，串口通訊模塊4則將數(shù)據(jù)的格式由串口轉(zhuǎn)化為ZIGBEE協(xié)議5，通過ZIGBEE網(wǎng)絡傳送到達上位機。
[0033]如圖5，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。而本實用新型則是通過ZIGBEE網(wǎng)絡將狀態(tài)信息傳送到上位機。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)格式為ZIGBEE協(xié)議，通過ZIGBEE網(wǎng)絡最終到達上位機。
[0034]如圖6，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。而本實用新型的則是通過ZIGBEE網(wǎng)絡將機器碼從上位機發(fā)送到3D打印機。串口通訊模塊從ZIGBEE網(wǎng)絡接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式為串口，監(jiān)控管理器將機器碼發(fā)給打印機。
[0035]具體到本實施例，進一步地講:
[0036]聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和連接方式如圖2所示。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)時需將USB插頭插在數(shù)據(jù)處理板串口通訊接口 Al。然后再將監(jiān)控管理器配置通過ZIGBEE協(xié)議連接上ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡即可。
[0037]上位機功能軟件的界面如圖3所示。功能軟件內(nèi)部對上位機控制軟件進行了關(guān)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。
[0038]以下是該系統(tǒng)應用的一個場合:
[0039]對于工廠等大量擁有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ZIGBEE監(jiān)控器，對其配置連接上家庭電腦，將3D打印設備藍牙監(jiān)控器的串口線連接到3D打印設備，安裝上位機功能軟件。這樣組織內(nèi)部人員就可以統(tǒng)一管理3D打印設備了。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。
[0040]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型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實用新型的精神實質(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，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包含依次相連的ZIGBEE監(jiān)控管理器、ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡、上位機，其中ZIGBEE監(jiān)控管理器與3D打印設備相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的ZIGBEE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、串口通信模塊，其中數(shù)據(jù)處理板通過串口連接到3D打印設備，串口通信模塊與ZIGBEE中轉(zhuǎn)網(wǎng)絡相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(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、風速傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理板的架構(gòu)為AVR、ARM、X86中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于3D打印設備的模塊化ZIGBEE監(jiān)控系統(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】G05B19/418GK203982155SQ201420317411
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】曾裕華, 王廣興, 楊永強, 王迪, 白玉超, 許垂中, 吳培紅, 鐘文超 申請人:華南理工大學