一種數控工具機智能溫控裝置製造方法

2023-06-12 15:11:36 5

一種數控工具機智能溫控裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種數控工具機智能溫控裝置。它包括一個AT89C51控制模塊、溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D、鍵盤模塊、一個顯示模塊和一個報警模塊，所述溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D和鍵盤模塊的輸出端與AT89C51控制模塊的輸入端連接，而AT89C51控制模塊的輸出端則與顯示模塊和報警模塊的輸入端連接，所述溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C和溫度傳感器D四個溫度傳感器根據工具機結構和實際工況及熱源分布，分別分布在測量電機溫度、測量工具機工作溫度、測量主軸溫度和測量主軸箱溫度場中，當溫度過高時AT89C51控制模塊向報警模塊發送指令，使報警模塊發出聲音提醒工作人員，溫度傳感器採集溫度信號傳輸到AT89C51控制模塊進行處理，AT89C51控制模塊再把處理後的溫度數據送到顯示模塊上顯示出來。其構成簡單，信號採集效果好，數據處理速度快，便於實際檢測輸出。
【專利說明】一種數控工具機智能溫控裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種數控工具機智能溫控裝置。
【背景技術】
[0002]數控工具機是製造業的最基本裝備，在國民經濟發展中具有極為重要的地位和作用，所以隨著製造業對數控工具機的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控工具機的應用範圍還在不斷擴大，並且不斷發展以更適應生產加工的需要。慢慢地，人們發現溫度的控制對於數控工具機有著很大的影響。
[0003]而目前市場主要存在單點和多點兩種溫度測量儀表。對於單點溫測儀表，主要採用傳統的模擬集成溫度傳感器，在這些溫度測量系統中往往採用模擬技術進行設計，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補償、多點測量中的切換誤差和信號調理電路的誤差等問題；而其中某一環節處理不當，就可能造成整個系統性能的下降。多點溫度測量儀表，測量精度不高，系統可擴展性能差。
[0004]所以，開發良好的數控工具機智能溫控裝置可以在一定程度上減少工具機的熱誤差，提聞工具機的工作效率，從而提聞工具機生廣的廣量。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種數控工具機智能溫控裝置，實現對數控工具機的溫度進行實時監測控制，並能使數控工具機可以減少工具機的熱誤差，提高工具機的工作效率，從而提高機
床生產的產量。
[0006]為了達到上述目地，本發明的構思如下:
本發明是對數控工具機溫度進行實時監測控制，使用了 AT89C51單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件，採用了多個溫度傳感器對多點溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度上下限設置，超過溫度值就報警。顯示電路採用IXD1602模塊，使用單片機直接驅動蜂鳴器和LED燈構成報警電路。並且可以將溫度信號發送到上位機上進行觀察，最終完成了數控工具機測溫系統的總體設計。其裝置構成簡單，信號採集效果好，數據處理速度快，便於實際檢測輸出。綜合工具機結構和實際工況及熱源分布將4個溫度傳感器分別分布在測量電機溫度、測量工具機工作溫度、測量主軸溫度場和測量主軸箱的溫度場中。
[0007]根據上述發明構思，本發明採用下述技術方案:
一種數控工具機智能溫控裝置，包括一個AT89C51控制模塊、溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D、鍵盤模塊、顯示模塊和報警模塊。四路電路分別測量電機溫度、測量工具機工作溫度、測量主軸溫度和測量主軸箱溫度場，當四路電路的溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C和溫度傳感器D檢測到的溫度信號傳到AT89C51控制模塊，AT89C51控制模塊將溫度在顯示模上顯示，當溫度過高時AT89C51控制模塊向報警模塊發送指令，使報警模塊發出聲音提醒工作人員，其構成簡單，信號採集效果好，數據處理速度快，便於實際檢測輸出。
[0008]各組成單元及其功能說明如下:
UAT89C51控制模塊
單片機晶片AT89C51為40引腳雙列直插式封裝。其各個引腳功能介紹如下:VCC:供電電壓；GND:接地。RST:復位輸入端。當振蕩器復位時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。
[0009]PO 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每個管腳可吸收8TTL門電流。但Pl 口的管腳寫「I」時，被定義為高阻輸入。PO能夠用於外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FLASH編程時，PO 口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，PO輸出原碼,此時PO外部電位必須被拉高。
[0010]Pl 口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，Pl 口緩衝期能接收輸出4個TTL門電流。Pl 口管腳寫入「I」後，電位被內部上拉為高，可用作輸入，Pl 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由於內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，Pl 口作為第八位地址接收。
[0011]P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩衝器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2 口管腳寫入「I」時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入，作為輸入時，P2 口當用於外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址「I」時，它利用內部上拉的優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。
[0012]P3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，可接受輸出4個TTL門電流。當P3 口管腳寫入「I」後，它們被內部上拉為高電平，並用作輸入。作為輸入時，由於外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流，也是由於上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，同時P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。其具體功能如表所示。
[0013]2、鍵盤模塊
如圖3、圖4，設計三個按鍵:復位鍵，上限值加一鍵，上限值減一鍵。按鍵分別與AT89C51的Pl.4和Pl.5，RST鍵檢測這三個開關量輸入。若按下上限值加一鍵，程序中的報警溫度設定值就會增加一攝氏度，若按下上限值減一鍵，程序中的報警溫度設定值就會減少一攝氏度，如果按下復位鍵，程序中的報警溫度設定值就會自動返回到原來初始的設定值。
[0014]3、顯示模塊
顯示模塊採用1602IXD，1602IXD採用標準的16腳接口，各引腳接口說明如表所示。
[0015]4、報警模塊
報警模塊主要採用兩個LED燈和一個蜂鳴器來模擬實現。兩個LED燈分別於AT89C51單片機的P3.2和P3.3引腳相連，報警電路連接於單片機的P3.4引腳。
[0016]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:本發明以單片機AT89C51為核心，實現對數控工具機溫度進行實時監測控制，並能使數控工具機可以減少工具機的熱誤差，提高工具機的工作效率，從而提高工具機生產的產量。同時裝置構成簡單，信號採集效果好，數據處理速度快，便於實際檢測輸出。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的組成框圖。
[0018]圖2為AT89C51引腳分布圖。
[0019]圖3為溫度調節復位電路原理圖。
[0020]圖4為鍵盤電路原理圖。
[0021]圖5為DS18B20內部功能結構。
[0022]圖6為四路溫度採集電路圖。
[0023]圖7為報警電路原理圖。
[0024]圖8為顯示電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025]本發明的優選實施例結合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
實施例一:
參見圖1，本數控工具機智能溫控裝置，包括一個AT89C51控制模塊、溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D、鍵盤模塊、一個顯不模塊和一個報警模塊,其特徵在於:所述溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D和鍵盤模塊的輸出端與AT89C51控制模塊的輸入端連接，而AT89C51控制模塊的輸出端則與顯示模塊和報警模塊的輸入端連接，所述溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C和溫度傳感器D四個溫度傳感器根據工具機結構和實際工況及熱源分布，分別分布在測量電機溫度、測量工具機工作溫度、測量主軸溫度和測量主軸箱溫度場中，當溫度過高時AT89C51控制模塊向報警模塊發送指令，使報警模塊發出聲音提醒工作人員，溫度傳感器採集溫度信號傳輸到AT89C51控制模塊處理，AT89C51控制模塊再把處理後的溫度數據送到顯示模塊上顯示出來。其構成簡單，信號採集效果好，數據處理速度快，便於實際檢測輸出。
[0026]實施例二:
參見圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，圖7，圖8，本實施例與實施例一相同，特創之處如下:所述AT89C51控制模塊是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CM0S8位單片機，片內含4kbytes的可編程的Flash只讀程序存儲器，兼容標準8051指令系統及引腳，併集成了Flash只讀程序存儲器，既可在線編程，也可用傳統方法進行編程，與MCS-51兼容，數據保留時間約10年，三級程序存儲器鎖定，128X8位內部RAM，32根可編程I/O線，兩個16位定時器/計數器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閒置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路。由於具有以上特性AT89C51單片機在電子類產品中有廣泛的應用。
[0027]所述鍵盤模塊主要設置三個按鍵:溫度復位鍵SI，溫度上限值加一鍵S2，溫度上限值減一鍵S3。其分別與AT89C51單片機的RST、P1.4、P1.5三個口相連接。溫度復位鍵SI串聯電阻Rl與電源VCC接通，如果按下復位鍵，程序中的報警溫度設定值就會自動返回到原來初始的設定值。Rl選用IOkQ，防止電流過大，單片機IO 口被5V電源的電流擊穿。SI的一端經接點Ql連接電源5V並經電容C3連接AT89C51的RST腳，SI的另一端經接點Q2接地和連接AT89C51的RST腳，在Ql與Q2點之間加一電容C3，使兩端電壓不突變，使復位電平維持一定時間，使單片機復位。溫度上限值加一鍵S2與電阻R4串聯與電源接通，S2與R4間的接點Q3連接Q3連接AT89C51的Pl.4腳，當溫度上限值加一鍵S2斷開時，Q3為高電平，當溫度上限值加一鍵S2按下，Q3變為低電平程序中的報警溫度設定值就會增加一攝氏度，同理溫度上限值減一鍵S3與電阻R5串聯與電源接通，S3與R5間的接點Q4連接AT89C51的Pl.5腳，當溫度上限值減一鍵S3斷開時，Q4為高電平，當溫度上限值減一鍵S3按下，Q4變為低電平，程序中的報警溫度設定值就會減少一攝氏度。R3與R4選用IOkQ，防止電流過大，單片機IO 口被5V電源的電流擊穿。所述溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D均採用智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件；Dallas半導體公司的數字溫度傳感器DS18B20是世界上第一種支持「一線總線」接口的溫度傳感器，一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕鬆地組建傳感器網絡，為測溫系統的構建引入全新概念。設計四路電路分別裝有溫度傳感器A、溫度傳感器B、溫度傳感器C、溫度傳感器D，4路對象進行的溫度控制，因此採用4片DS18B20溫度傳感器，並將單片機的Pl.0,PL UPl.2,Pl.3引腳分別連接4個DS18B20的數據接口。
[0028]所述顯示模塊採用IXD1602模塊，IXD1602字符顯示模塊，與採用數碼管相比，硬體連接和軟體調試上都有優勢。只要把要顯示的內容放進液晶模塊的顯示存儲器裡就可以直觀的顯示出指定的內容，也就是說讓四路溫度同時顯示在液晶上，讓人一目了然。顯示模塊IXD1602與AT89C51單片機實現對IXD命令和顯示數據的讀寫控制功能，PO 口作數據口，與 LCD1602 的 D0、D1、D2、D3、D4、D5、6、D7 相接，在 P0.UP0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6、P0.7 口與DO?D7數據線之間分別接8個上拉電阻，以確保電路能夠正常顯示。由上拉電阻提高驅動能力，連接LCD1602的數據傳送接口。將單片機的P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7 口作為實時溫度顯示IXD1602的顯示數據傳送接口。將P2.2、P2.1、P2.0分別接IXD的RS、Rff和E端；IXD1602的其它三個控制端VDD和VSS、VEE分別接電源和地。
[0029]所述所述報警模塊採用兩個LED燈Dl和D2及一個蜂鳴器LSl來模擬實現；LED燈Dl正極串聯電阻RlO與電源VCC相接通，LED燈Dl另一端與單片機AT89C51的P3.2相連接，同理LED燈D2正極串聯電阻R9與電源VCC相接通，LED燈Dl另一端與單片機AT89C51的P3.3相連接，R9與RlO選用300 Ω的電阻起到防止電流過大，保護器件的作用，單片機IO 口被5V電源的電流擊穿。由於蜂鳴器是一個感性負載，所以一般不用單片機的I/O 口直接對他進行操作，而是需要三極體放大電流來驅動，故蜂鳴器LSl正極與電源VCC相連，LSl負極與三極體的集電極C相連，三極體的發射極E與地相連，三極體的基極B串聯電阻R6與單片機AT89C51的P3.4 口相連，R6選用300 Ω的電阻起到防止電流過大，保護器件的作用，單片機IO 口被5V電源的電流擊穿。當所採集的四路溫度都處於安全範圍內時Dl和D2燈都不亮，當其中的任何一路溫度低於安全穩定範圍內時，Dl燈亮且蜂鳴器響。同理當其中的任何一路溫度高於安全穩定範圍內時，D2燈亮且蜂鳴器響。
【權利要求】
1.一種數控工具機智能溫控裝置，包括一個AT89C51控制模塊(I)、溫度傳感器A (2)、溫度傳感器B (3)、溫度傳感器C (4)、溫度傳感器D (5)、鍵盤模塊(6)、一個顯示模塊(7)和一個報警模塊(8)，其特徵在於:所述溫度傳感器A (2)、溫度傳感器B (3)、溫度傳感器C(4)、溫度傳感器D (5)和鍵盤模塊(6)的輸出端與AT89C51控制模塊(I)的輸入端連接，而AT89C51控制模塊(I)的輸出端則與顯示模塊(7)和報警模塊(8)的輸入端連接，所述 溫度傳感器A (2)、溫度傳感器B (3)、溫度傳感器C (4)和溫度傳感器D (5)四個溫度傳感器，根據工具機結構和實際工況及熱源分布分別分布在測量電機溫度、測量工具機工作溫度、測量主軸溫度和測量主軸箱溫度場中，當溫度過高時，AT89C51控制模塊(I)向報警模塊(8)發送指令，使報警模塊(8)發出聲音提醒工作人員，溫度傳感器採集溫度信號傳輸到AT89C51控制模塊(I)進行處理，AT89C51控制模塊(I)再把處理後的溫度數據送到顯示模塊(7)上顯示出來。
2.根據權利要求1所述的數控工具機智能溫控裝置，其特徵在於:所述AT89C51控制模塊(I)是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CM0S8位單片機，片內含4kbytes的可編程的Flash只讀程序存儲器，兼容標準8051指令系統及引腳，併集成了 Flash只讀程序存儲器，既可在線編程，也可用傳統方法進行編程，與MCS-51兼容，數據保留時間約10年，三級程序存儲器鎖定，128X8位內部RAM，32根可編程I/O線，兩個16位定時器/計數器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閒置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路。
3.根據權利要求1所述的數控工具機智能溫控裝置，其特徵在於:所述溫度傳感器A(2)、溫度傳感器B (3)、溫度傳感器C (4)和溫度傳感器D (5)均採用智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件；DS18B20支持「一線總線」接口，測量溫度範圍為-55 °C~+125 °C，在-1 (TC~+85°C範圍內，精度為±0.5°C，現場溫度之間以「一線總線」的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗幹擾性，適合於惡劣環境的現場溫度測量；四路電路分別裝有溫度傳感器A (2)、溫度傳感器B (3)、溫度傳感器C (4)和溫度傳感器D (5)，對4路對象進行的溫度控制，因此採用4片DS18B20溫度傳感器，並將單片機的Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3引腳分別連接4個DS18B20的數據接口 DQ。
4.根據權利要求1所述的數控工具機智能溫控裝置，其特徵在於:所述鍵盤模塊(6)主要設置三個按鍵:溫度復位鍵S1、溫度上限值加一鍵S2和溫度上限值減一鍵S3，其分別與AT89C51單片機的RST、Pl.4、Pl.5三個口相連接；溫度復位鍵SI串聯電阻Rl與電源VCC接通，如果按下復位鍵，程序中的報警溫度設定值就會自動返回到原來初始的設定值；Rl選用IOkQ，防止電流過大，造成單片機IO 口被5V電源的電流擊穿；S1的一端經接點Ql連接電源5V並經過一個電容C3連接AT89C51的RST腳，SI的另一端經接點Q2接地和連接AT89C51的RST腳，在Ql與Q2點之間與電阻Rl並聯一電容C3，使兩端電壓不突變，使復位電平維持一定時間，使單片機復位；溫度上限值加一鍵S2與電阻R4串聯與電源接通，S2與R4間的接點Q3連接AT89C51的Pl.4腳當溫度上限值加一鍵S2斷開時，Q3為高電平，當溫度上限值加一鍵S2按下，Q3變為低電平程序中的報警溫度設定值就會增加一攝氏度，同理溫度上限值減一鍵S3與電阻R5串聯與電源接通，S3與R5間的接點Q4連接AT89C51的Pl.5腳，當溫度上限值減一鍵S3斷開時，Q4為高電平，當溫度上限值減一鍵S3按下，Q4變為低電平，程序中的報警溫度設定值就會減少一攝氏度；R3與R4選用IOkQ，防止電流過大，造成單片機IO 口被5V電源的電流擊穿。
5.根據權利要求1所述的數控工具機智能溫控裝置，其特徵在於:所述顯示模塊(7)採用IXD1602模塊，讓四路溫度同時顯示在液晶上，讓人一目了然；顯示模塊(7)IXD1602與AT89C51單片機實現對LCD命令和顯示數據的讀寫控制功能，單片機的PO 口作數據口，與LCD1602 的 DO、DU D2、D3、D4、D5、6、D7 相接，在單片機的 P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7 口與IXD1602的DO~D7數據線之間分別接8個上拉電阻，以確保電路能夠正常顯示；由上拉電阻提高驅動能力，連接IXD1602的數據傳送接口 ；將單片機的P0.UP0.2、P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7 口作為實時溫度顯示IXD1602的顯示數據傳送接口 ；將P2.2、P2.1、P2.0分別接LCD的RS、Rff和E端;LCD1602的其它三個控制端VDD和VSS、VEE分別接電源和地。
6.根據權利要求1所述的數控工具機智能溫控裝置，其特徵在於:所述報警模塊(8)採用兩個LED燈Dl和D2及一個蜂鳴器LSl來模擬實現；LED燈Dl正極串聯電阻RlO與電源VCC相接通，LED燈Dl另一端與單片機AT89C51的P3.2相連接，同理LED燈D2正極串聯電阻R9與電源VCC相接通，LED燈Dl另一端與單片機AT89C51的P3.3相連接，R9與RlO選用300Ω的電阻起到防止電流過大，保護器件的作用，防止單片機IO 口被5V電源的電流擊穿；由於蜂鳴器LSl是一個感性負載，所以一般不用單片機的I/O 口直接對他進行操作，而是需要三極體放大電流來驅動，蜂鳴器LSl正極與電源VCC相連，LSl負極與三極體Zl的集電極C相連，三極體的發射極E與地相連，三極體的基極B串聯電阻R6與單片機AT89C51的P3.4 口相連，R6選用300Ω的電阻起到防止電流過大，保護器件的作用，防止單片機IO口被5V電源的電流擊穿；當所採集的四路溫度都處於安全範圍內時Dl和D2燈都不亮，當其中的任何一路溫度低於安全穩定範圍內時，Dl燈亮且蜂鳴器LSl響；同理當其中的任何一路溫度高於安全穩定範圍內時，D2燈亮且蜂鳴器LSl響。
【文檔編號】G05B19/406GK103645675SQ201310662651
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】遊玉霖, 孫晶, 施群, 羅崢嶸, 龍蛟, 鄒凱麗 申請人:上海大學