激光切割工藝中無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)外文翻譯

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯糧食倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Design of wireless temperature measurement systemfor grain storage激光切割工藝中無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(wú)線溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)。該無(wú) 線系統(tǒng)可以有效的進(jìn)行自動(dòng)溫度監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)包括硬件，軟件，和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。該無(wú)線 系統(tǒng)的包括電源子系統(tǒng)，傳感器子系統(tǒng)，和一個(gè)主要基于無(wú)線射頻（RF）技術(shù)的主節(jié)點(diǎn) 系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)管理溫度報(bào)警和所需文件的準(zhǔn)確性。該集成無(wú)線溫度 傳感器的有用性是在馬來(lái)西亞理科大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院制造實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試的。在實(shí)驗(yàn)室

2、 收集的數(shù)據(jù)用來(lái)評(píng)估該系統(tǒng)的實(shí)用性。數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)可以測(cè)量和監(jiān)測(cè)在硬頂?shù)牡臅r(shí) 間和距離的范圍內(nèi)的溫度。這項(xiàng)工作是使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)控激光切削過程（WSN溫度 的一個(gè)重要的開始。關(guān)鍵詞：溫度監(jiān)測(cè)；無(wú)線傳感器；激光切割；過程監(jiān)控1簡(jiǎn)介該過程監(jiān)控系統(tǒng)具有避免意外故障的優(yōu)點(diǎn)，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(cè)量相關(guān)的參數(shù)。傳感器測(cè)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(wú)線方式來(lái)傳輸。目前，無(wú)線技術(shù)，特別是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳

3、感器技術(shù)，MEM技 術(shù)，無(wú)線通信技術(shù)，嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息管理技術(shù)，得到了迅速的發(fā)展。無(wú)線 傳輸?shù)闹匾獌?yōu)勢(shì)就是簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的布線和管理。否則，在一些危險(xiǎn)，或者偏遠(yuǎn)的區(qū)域和 地點(diǎn)不可能實(shí)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(diǎn)測(cè)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(shí)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(xiàng)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(cè) 測(cè)這些參數(shù)，來(lái)控制切削的動(dòng)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(lái) 監(jiān)測(cè)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(lái)供電和傳輸數(shù)據(jù)。另外，這個(gè)系統(tǒng)時(shí)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(dú)立的分析每個(gè)切削參數(shù)）。為了解決這個(gè)問題，無(wú)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(wú)線技術(shù)發(fā)的展從簡(jiǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，短距離的無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，如藍(lán)牙和 ZigBee;

5、中距離的多跳無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN遠(yuǎn)程蜂窩電話系統(tǒng)，如全球移動(dòng)/通用分組無(wú) 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(cè)系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)遙測(cè)的潛在的選擇。其中紅外線是一種需要一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)的但總顯得無(wú)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(cè) 溫度，氣體，和其他。ZigBee是一個(gè)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(wú)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(lái)

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(yíng)商扣除相應(yīng) 的金額。為了達(dá)到檢測(cè)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(jì)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(shì)。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(dòng)和小型化等優(yōu)點(diǎn)。目前，馬來(lái)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(gè)激光切割工藝中無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)，制造。這對(duì) 于在激光金屬切割過程中使用無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有重要的意義。2無(wú)線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)A無(wú)線模塊圖2-1表示了一個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分：傳感元件和 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該傳感節(jié)點(diǎn)是一個(gè)組合的多類型傳感器，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC，存儲(chǔ) 器，控制器，和射頻收發(fā)器。無(wú)線收發(fā)器通常特定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中的主要問題是電源使用。一般來(lái)說(shuō)，電池是為數(shù)據(jù)處理計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸提供能量。由 于該裝置在實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用，我們決定使用從電源的12V電源。圖2-1無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖B傳感器節(jié)點(diǎn)

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(gè)寬范圍的溫度檢測(cè)器件，檢測(cè)范圍從-200oC到1200bCo它用 于激光切削過程溫度監(jiān)測(cè)是非常合適的。K型熱電偶?xì)埵５氖且粋€(gè)非常小的線性模擬輸 出啊信號(hào)，需要用放大器來(lái)把這個(gè)輸出信號(hào)放大到05V的范圍內(nèi)。一種穩(wěn)定的小信號(hào)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(gè)固定的增益。從AD9595俞出10mV° C的穩(wěn)定的增益。該輸出信 號(hào)輸入到微控制器中進(jìn)行處理，然后以一個(gè)合適的范圍發(fā)送出去。在這個(gè)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(cè)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(gè)項(xiàng)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(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB對(duì)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(gè)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(jì)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(jì)視圖D節(jié)點(diǎn)軟件本部分介紹如何通過軟件的編程來(lái)開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)被劃分為幾個(gè)部分：傳感器的 信號(hào)采集，傳感器的數(shù)據(jù)顯示，從傳感器通過無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)， 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(xiàng) 目采用K型熱電偶傳感器監(jiān)測(cè)溫度。熱電偶在一個(gè)很小的范圍呢輸

11、出一個(gè)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?yàn)?ADC的輸出電壓范圍只能是 05匕在控制部分，一個(gè)12位的ADC把輸入的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成表示溫度 的數(shù)字信號(hào)。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(gè)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(cè)試數(shù)據(jù)。圖2-4發(fā)射機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件實(shí)

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(kù)接收流程圖。介紹了無(wú)線接收模塊的系統(tǒng)與計(jì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理和加工然后顯示出來(lái)。原始數(shù)據(jù)可以以文本的形式存儲(chǔ)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(diǎn)的軟件實(shí)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(lái)監(jiān)測(cè)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。可以在9600bps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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)表格中，如表1所示。表2-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料rimeDate1 empcratiirc (°C)09:20AM27-01-201023.7509:21AM27-01-201()23.7509:22AM27-01-201023753實(shí)驗(yàn)方法這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)（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(gè)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(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。

14、支架是用來(lái)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(hào)并把溫度信號(hào)以電 信號(hào)的形式傳送出去，溫度信號(hào)經(jīng)過處理后將在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。溫度控制加熱器數(shù)據(jù)發(fā)送模塊圖3-1實(shí)驗(yàn)裝置的發(fā)射部分圖3-2實(shí)驗(yàn)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(diǎn)接收。在筆記本上使用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件進(jìn)行 登陸和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。通過USB來(lái)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(shí)時(shí)顯示溫度的監(jiān)測(cè)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(wú) 線傳輸距離也是在5米的范圍內(nèi)進(jìn)行的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在馬來(lái)西亞理工大學(xué)的機(jī)械工程實(shí) 驗(yàn)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(cè)量溫度，并且能夠把溫度數(shù)據(jù)通過無(wú)線的方式傳輸?shù)诫娔X上。在該試驗(yàn)中用的是型號(hào) 為2020T的K型熱電偶，并將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。lime I minute)圖4-1溫度與時(shí)間5結(jié)論在本文中，對(duì)激光切割過程中的無(wú)