激光切割工藝中無線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計外文翻譯

1、畢業(yè)設(shè)計外文翻譯糧食倉儲無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計Design of wireless temperature measurement systemfor grain storage激光切割工藝中無線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計摘要本文提出了一種先進(jìn)的工程材料的激光切割加工的無線溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)。該無 線系統(tǒng)可以有效的進(jìn)行自動溫度監(jiān)測。該系統(tǒng)包括硬件，軟件，和一臺計算機(jī)。該無線 系統(tǒng)的包括電源子系統(tǒng)，傳感器子系統(tǒng)，和一個主要基于無線射頻（RF）技術(shù)的主節(jié)點 系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是簡單的數(shù)據(jù)管理溫度報警和所需文件的準(zhǔn)確性。該集成無線溫度 傳感器的有用性是在馬來西亞理科大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院制造實驗室進(jìn)行測試的。在實驗室

2、 收集的數(shù)據(jù)用來評估該系統(tǒng)的實用性。數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)可以測量和監(jiān)測在硬頂?shù)牡臅r 間和距離的范圍內(nèi)的溫度。這項工作是使用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)控激光切削過程（WSN溫度 的一個重要的開始。關(guān)鍵詞：溫度監(jiān)測；無線傳感器；激光切割；過程監(jiān)控1簡介該過程監(jiān)控系統(tǒng)具有避免意外故障的優(yōu)點，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。 其獲取更大的工藝參數(shù)也給出了更好的可視性和更好的決策權(quán)。這些系統(tǒng)通常與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)使用傳感器測量相關(guān)的參數(shù)。傳感器測得的數(shù)據(jù)通過有線通信傳輸給處理系統(tǒng)。 然而，這些系統(tǒng)可以是非常昂貴和不靈活的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)已經(jīng)可以通過 無線方式來傳輸。目前，無線技術(shù)，特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳

3、感器技術(shù)，MEM技 術(shù)，無線通信技術(shù)，嵌入式計算技術(shù)、分布式信息管理技術(shù)，得到了迅速的發(fā)展。無線 傳輸?shù)闹匾獌?yōu)勢就是簡化了系統(tǒng)的布線和管理。否則，在一些危險，或者偏遠(yuǎn)的區(qū)域和 地點不可能實現(xiàn)傳感器的應(yīng)用。更快的部署和安裝各種各樣的傳感器，可以使多點測量， 低成本，低功耗，小體積，和便攜成為可能。在工業(yè)上激光切割金屬的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用是由于其加工復(fù)雜的工件時可以非接觸式加 工，并且精度高，表面光潔度高，易于數(shù)控（CNC。另外，這項技術(shù)已被用于先進(jìn)的工 程材料的研究，例如，鎢，鈦，陶瓷，鋁合金，鉻鎳鐵合金，鉭，和金屬基復(fù)合材料。 激光切割要達(dá)到良好的切削性能涉及許多操作參數(shù)，如激光功率，切割速度，頻率，

4、占 空比，焦距，間隔距離，輔助氣體壓力，束噴嘴，和切割鏡片。應(yīng)該在切削過程中監(jiān)測 測這些參數(shù)，來控制切削的動作，以達(dá)到預(yù)期的切削效果。然而，目前的技術(shù)已被用來 監(jiān)測過程中切削是基于有線通信的，它缺乏靈活性。例如，為了滿足要求需要部署固定 的連線來供電和傳輸數(shù)據(jù)。另外，這個系統(tǒng)時面臨著現(xiàn)有設(shè)施被用于新的加工業(yè)務(wù)改造 的困難（必須獨立的分析每個切削參數(shù)）。為了解決這個問題，無線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該應(yīng)用 在先進(jìn)的金屬材料激光切割的過程中。許多類型的無線技術(shù)發(fā)的展從簡單的紅外數(shù)據(jù)協(xié)議（IrDA）該協(xié)議利用紅外光的短 距離的點對點通信，短距離的無線個人區(qū)域網(wǎng)（WPAN的一點對多點的通信，如藍(lán)牙和 ZigBee;

5、中距離的多跳無線局域網(wǎng)（WLAN遠(yuǎn)程蜂窩電話系統(tǒng)，如全球移動/通用分組無 線服務(wù)系統(tǒng)（GSM/GPRSffi碼分多址（CDM）。其中，紅外，藍(lán)牙，ZigBee，和GSM 為激光切割數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)遙測的潛在的選擇。其中紅外線是一種需要一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)的但總顯得無許可的通信技術(shù)。ZigBee廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測 溫度，氣體，和其他。ZigBee是一個不耗電的系統(tǒng)，但它不能在大面積和遠(yuǎn)距離傳輸。 藍(lán)牙只能在10米的距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。然而，高耗能使得藍(lán)牙不是一種普通的數(shù)據(jù)傳輸方 式。另一種無線傳輸技術(shù)是GSM盡管GSM可以大范圍和遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，但是它花費(fèi) 很高。GSMB過SIM卡來

6、傳輸數(shù)據(jù)，SIM卡里的資金每發(fā)送一條信心將被運(yùn)營商扣除相應(yīng) 的金額。為了達(dá)到檢測的目的，我們的程序?qū)⒊掷m(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，GSM不是本設(shè)計的 最佳選擇。在433 MHz的射頻（RF傳輸在數(shù)據(jù)傳輸距離，系統(tǒng)功耗和單元尺寸方面擁 有很大的優(yōu)勢。某些射頻模塊可以傳輸超過4公里的距離，并且只消耗很少的功率。在 我們的應(yīng)用中，433MHZ勺射頻傳輸是最好的選擇，應(yīng)為其低功耗，低成本，維護(hù)方便， 傳輸距離遠(yuǎn)。以前的研究人員選擇了射頻傳輸系統(tǒng)基于其傳輸距離遠(yuǎn)，成本低，可靠性 高，低功耗，智能化，安裝靈活，便于移動和小型化等優(yōu)點。目前，馬來西亞理工大學(xué) 已經(jīng)研究了激光切割技術(shù)在先進(jìn)工程材料切割過程中的應(yīng)用，使用

7、的是有線的監(jiān)控系統(tǒng)。 在本文中，我們初步研究一個激光切割工藝中無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的的設(shè)計，制造。這對 于在激光金屬切割過程中使用無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)有重要的意義。2無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計A無線模塊圖2-1表示了一個無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)由兩個主要部分：傳感元件和 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該傳感節(jié)點是一個組合的多類型傳感器，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC，存儲 器，控制器，和射頻收發(fā)器。無線收發(fā)器通常特定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中的主要問題是電源使用。一般來說，電池是為數(shù)據(jù)處理計算和數(shù)據(jù)傳輸提供能量。由 于該裝置在實驗室的應(yīng)用，我們決定使用從電源的12V電源。圖2-1無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖B傳感器節(jié)點

8、的硬件熱電偶是一種結(jié)合了兩種不同的金屬（鋁，鉻）的特殊的合金，產(chǎn)生的溫度差引起 的電壓。K型熱電偶是一個寬范圍的溫度檢測器件，檢測范圍從-200oC到1200bCo它用 于激光切削過程溫度監(jiān)測是非常合適的。K型熱電偶?xì)埵５氖且粋€非常小的線性模擬輸 出啊信號，需要用放大器來把這個輸出信號放大到05V的范圍內(nèi)。一種穩(wěn)定的小信號放 大器是 AD595如圖二）oI IROMI ICHROMELCONSTANTAN (ALUMEL10mCOMMON 4lu Lu uj圖2-2 AD595完整系統(tǒng)根據(jù)圖2-2，銅（鋁）和鐵（鎳鉻）連接到AD595的 14引腳和1引腳。AD595放大 過程開始于247.3這

9、個固定的增益。從AD9595俞出10mV° C的穩(wěn)定的增益。該輸出信 號輸入到微控制器中進(jìn)行處理，然后以一個合適的范圍發(fā)送出去。在這個系統(tǒng)中，可編 程微控制器（PSoC選擇從AD595輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。工作在5V使PSoC芯片適宜應(yīng) 用在溫度監(jiān)測中。該應(yīng)用程序由兩部分組成：傳送部分和接收部分。數(shù)據(jù)從傳感器傳出， 單片機(jī)使用收發(fā)模塊接收并處理數(shù)據(jù)后發(fā)送給接收機(jī)，然后該接收器接收數(shù)據(jù)。電源是 在選擇收發(fā)模塊的共同因素。在這個項目中，我們使用了 508射頻模塊它工作在433mhz 下可以傳輸?shù)木嚯x超過500mC PCB板的設(shè)計一個設(shè)計適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB對于傳感器與接口的操作是非常重

10、要的。印刷 電路板是一個2層0.95毫米厚的標(biāo)準(zhǔn)的FR-4板，PCB勺輪廓尺寸為89mm 71毫米。下圖（圖 2-3）是使用ORCADamily Release 9.2軟件設(shè)計的PCB板。為了維持PCB板的布局LED MAX23西片，和PSoCS片都安裝在PCB板的表面。圖2-3 PCB的設(shè)計視圖D節(jié)點軟件本部分介紹如何通過軟件的編程來開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)被劃分為幾個部分：傳感器的 信號采集，傳感器的數(shù)據(jù)顯示，從傳感器通過無線發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲， 并進(jìn)行進(jìn)一步的分析。圖2-4表示了從傳感器讀取數(shù)據(jù)到接收機(jī)接收數(shù)據(jù)的過程。本項 目采用K型熱電偶傳感器監(jiān)測溫度。熱電偶在一個很小的范圍呢輸

11、出一個很小的電壓。 AD595是熱電偶冷端補(bǔ)償放大器，可以放大輸出電壓的，可以與單片機(jī)連接如圖2-5。AD595產(chǎn)生的輸出電壓為10mVX：。最大輸出電壓為15V,但是也要取決于電源的電壓。 AD595電路能使輸出電壓的范圍保持在05V為了獲得和AD595俞出相同的電壓，圖2-5 中R2上的電壓應(yīng)該是其三倍。之所以使用這種方法是因為 ADC的輸出電壓范圍只能是 05匕在控制部分，一個12位的ADC把輸入的模擬電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成表示溫度 的數(shù)字信號。所有的數(shù)據(jù)可以通過液晶顯示模塊顯示，他們是通過一個通用異步接收發(fā) 送模塊（UART發(fā)送的。每隔一分鐘發(fā)送一次測試數(shù)據(jù)。圖2-4發(fā)射機(jī)節(jié)點軟件實

12、現(xiàn)流程圖圖2-5 AD595單片熱電偶冷端補(bǔ)償放大器圖2-6顯示的傳感器數(shù)據(jù)庫接收流程圖。介紹了無線接收模塊的系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng) 集成。在接收端，允許用戶通過使用數(shù)據(jù)記錄器軟件監(jiān)視傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理和加工然后顯示出來。原始數(shù)據(jù)可以以文本的形式存儲和記錄，可進(jìn)一步的用其他的 軟件進(jìn)行加工，如微軟的EXCEL圖2-6接收器節(jié)點的軟件實現(xiàn)流程圖E數(shù)據(jù)記錄軟件數(shù)據(jù)記錄軟件是用來監(jiān)測從傳感器輸出的數(shù)據(jù)的。該軟件可以在微軟Win dows XP和微軟的Windows Vista系統(tǒng)運(yùn)行?？梢栽?600bps的速率下進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。它可以直接通過串口或市售 的RS-232接口連接到PC的COM端

13、口。它可以可以實時監(jiān)測傳感器輸出的數(shù)據(jù)，并并把數(shù)據(jù)以文本的 形式記錄在一個表格中，如表1所示。表2-1實驗數(shù)據(jù)資料rimeDate1 empcratiirc (°C)09:20AM27-01-201023.7509:21AM27-01-201()23.7509:22AM27-01-201023753實驗方法這個實驗裝置是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成的。發(fā)射部分由溫度控制器，傳感器節(jié)點（發(fā) 射機(jī)），加熱器，和支架構(gòu)成，如圖3-1所示。接收部分由接收模塊和一個筆記本電腦 組成，如圖3-2所示。溫度控制器可以工作在0-4000C的范圍內(nèi)。溫度傳感器中的熱電 偶在加熱器中可以把溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號。

14、支架是用來安裝熱電偶溫度傳感器和加熱 器的。溫度控制器設(shè)置一定的溫度，加熱器加熱，熱電偶感受熱信號并把溫度信號以電 信號的形式傳送出去，溫度信號經(jīng)過處理后將在顯示屏上實時顯示。溫度控制加熱器數(shù)據(jù)發(fā)送模塊圖3-1實驗裝置的發(fā)射部分圖3-2實驗裝置的接收器在接收機(jī)中，發(fā)射機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù)由接收節(jié)點接收。在筆記本上使用數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行 登陸和數(shù)據(jù)的存儲。通過USB來連接數(shù)據(jù)接收模塊和筆記本電腦。每隔一分鐘在液晶顯 示器上實時顯示溫度的監(jiān)測值。發(fā)射部分和接收部分的距離大約為5米，因此數(shù)據(jù)的無 線傳輸距離也是在5米的范圍內(nèi)進(jìn)行的。這個實驗是在馬來西亞理工大學(xué)的機(jī)械工程實 驗室里進(jìn)行的。4結(jié)果與討論圖4-1顯示了在一分鐘內(nèi)，5米的遠(yuǎn)的距離傳輸數(shù)據(jù)的結(jié)果。結(jié)果表明，該裝置能夠 測量溫度，并且能夠把溫度數(shù)據(jù)通過無線的方式傳輸?shù)诫娔X上。在該試驗中用的是型號 為2020T的K型熱電偶，并將測量的溫度數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來。lime I minute)圖4-1溫度與時間5結(jié)論在本文中，對激光切割過程中的無