一种带ZigBee的自组网吨位仪
技术领域
本实用新型涉及吨位仪领域，尤其涉及一种带ZigBee的自组网吨位仪。
背景技术
随着现场设备智能程度的不断提高，自动化控制系统的分散程度也越来越高。工业控制系统正由分散式自动化向分布式自动化演进，因此，基于组件的自动化成为新兴的趋势。工厂中的相关的机械部件、电气/电子部件和应用软件等具有独立工作能力的工艺模块抽象成为一个封装好的组件，各组件间使用ZigBee工业网络连接。
市场上现有的吨位监控装置，大多数采用RS-422、RS-485等通讯方式与其他设备通讯，这些通讯方式对现场环境要求极高，对通信的速度和通信距离都有一定的限制，例如RS-485在通信速率大于115200bps时，传输距离将小于300m，通讯速率越高，通讯距离会越短，同时稳定性将越差，数据的正确性降低。
实用新型内容
技术目的：针对现有技术中通信性能较差的缺陷，本实用新型公开了一种带ZigBee的自组网吨位仪，在吨位仪的功能基础上增加了一个能够支持无线通讯的ZigBee通讯的功能，工作模式包括点对点工作模式与广播工作模式，配置方式有按键配置与软件配置，可以满足工厂自动化和运动控制应用，可以实现与ZigBee工业网络中其他节点的通信，吨位数据信息可以通过该通讯模块传输到网络节点中的主控设备，并且可对吨位仪进行参数设定。
技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型提供以下技术方案。
一种带ZigBee的自组网吨位仪，其特征在于：包括若干个压力传感器、单片机模块和与单片机模块相连的吨位数据接收处理模块、ZigBee通讯模块、电源模块，所述若干个压力传感器与吨位数据接收处理模块连接；所述压力传感器安装于机床的重力受力区，用于采集吨位数据，并将吨位数据传输至吨位数据接收处理模块，所述吨位数据接收处理模块用于数据处理和AD转换，并将AD转换后的数字信号发送至单片机模块；所述ZigBee通讯模块用于实现单片机模块的短距离无线通信，其中：所述吨位数据接收处理模块包括与压力传感器连接的吨位数据接收模块和AD转换模块；
所述ZigBee通讯模块包括ZM32P2S24E模块、电容八八、电容八九和发光二极管三，并联的电容八八与电容八九的一端接地，其另一端接3.3V电源接头，发光二极管三的负极端连接ZM32P2S24E芯片的引脚27，正极端接3.3V电源接头；
所述单片机模块包括控制芯片，所述ZM32P2S24E芯片的引脚12、引脚15、引脚26、引脚28、引脚29分别连接控制芯片的引脚59、引脚58、引脚23、引脚28、引脚36。
优选地，所述控制芯片为APM32E103R9T7芯片。
优选地，所述单片机模块还包括电容十四、电容十三、晶振、电阻十四、电阻十五、电容八；所述电容十四一端与控制芯片的引脚5连接，另一端接地；所述电容十三一端与控制芯片的引脚6连接，另一端接地；所述晶振一端与控制芯片的引脚5连接，另一端与控制芯片的引脚6连接；所述电阻十四一端与控制芯片的引脚60连接，另一端接地；所述电阻十五一端控制芯片的引脚7连接，另一端接3.3V电源接头；所述电容八一端与控制芯片的引脚7连接，另一端接地；所述控制芯片的引脚12接地，所述控制芯片的引脚13、引脚1分别与3.3V电源接头连接。
优选地，所述单片机模块还包括电容九、电容十、电容十一、电容十二、电容十五、电容十六；所述电容九的一端与控制芯片的引脚31连接，另一端与控制芯片的引脚32连接，电容十的一端与控制芯片的引脚18连接，另一端与控制芯片的引脚19连接，电容十六的一端与控制芯片的引脚47连接，另一端与控制芯片的引脚48连接，电容十二的一端与控制芯片的引脚63连接，另一端与控制芯片的引脚64连接，电容十一、电容十五并联后，其一端与控制芯片的引脚12连接，另一端与控制芯片的引脚13连接。
优选地，所述单片机模块还包括接线端子三，所述接线端子三的引脚3、引脚4和引脚5分别与控制芯片的引脚49、引脚46、引脚7依次对应连接。
优选地，所述AD转换模块包括AD转换芯片，所述AD转换芯片引脚16、引脚17、引脚18、引脚19、引脚20、引脚21、引脚22、引脚24、引脚25、引脚27、引脚28、引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚33分别与控制芯片的引脚4、引脚3、引脚2、引脚62、引脚61、引脚22、引脚21、引脚57、引脚56、引脚54、引脚55、引脚53、引脚52、引脚51、引脚50、引脚38依次对应连接；所述AD转换芯片引脚9、引脚10分别与控制芯片的引脚27、引脚26依次对应连接；所述AD转换芯片引脚12、引脚13、引脚14、引脚11分别与控制芯片的引脚14、引脚9、引脚8、引脚15依次对应连接；所述AD转换芯片引脚3、引脚4、引脚5分别与控制芯片的引脚39、引脚40、引脚41依次对应连接。
优选地，所述若干个压力传感器为四个HT-400应变压力传感器，所述压力传感器通过独立穿线管或走线槽与吨位数据接收处理模块连接。
优选地，所述电源模块包括TD1501芯片、SPX1117芯片、保险管一、电容五七、电容五八、电感一、电感二、瞬态抑制二极管一、二极管三、二极管一、极性电容一、电容二、二极管二、电感三、极性电容六、电容三、瞬态抑制二极管二、电容四、极性电容七和电容五，所述电容五七的一端和电感一的一端与保险管一的一端连接，而所述保险管一的另一端与24VIN接头连接，所述电容五八的一端和电感二的一端与0V接头连接，所述电容五七的另一端和电容五八的另一端与PE接头连接；所述二极管三的正极端与电感一另一端连接，负极端与24VOUT接头连接，瞬态抑制二极管一的正极端与电感一另一端连接，负极端与电感二另一端连接；所述二极管一的正极端与电感一另一端连接，负极端与TD1501芯片的引脚1连接；所述TD1501芯片的引脚3与电感二另一端连接，所述极性电容一的正极端与TD1501芯片的引脚1连接，负极端与TD1501芯片的引脚3连接；所述电容二一端与TD1501芯片的引脚1连接，电容二的另一端与TD1501芯片的引脚3连接；TD1501芯片的引脚3与TD1501芯片的引脚5相连接；所述电感三一端与TD1501芯片的引脚2连接，另一端与TD1501芯片的引脚4连接；所述二极管二的正极端与TD1501芯片的引脚5相连接，负极端与TD1501芯片的引脚2连接；所述极性电容六的正极端与TD1501芯片的引脚4连接，负极端与TD1501芯片的引脚5连接，所述电容三并联在极性电容六的两端，且所述极性电容六正极端与5V接头连接；所述瞬态抑制二极管二并联在电容三的两端，电容四并联在电容三的两端；所述SPX1117芯片的引脚3与TD1501芯片的引脚4连接，所述SPX1117芯片的引脚1与TD1501芯片的引脚5连接，所述极性电容七的负极端与TD1501芯片的引脚5连接，正极端与SPX1117芯片的引脚2连接，TD1501芯片的引脚5接地，所述SPX1117芯片的引脚2与3.3V电源接头连接，所述电容五一端与3.3V电源接头连接，另一端接地。
优选地，所述ZigBee自组网吨位仪还包括信号通讯模块，所述信号通讯模块为485通信，用于与单片机模块近距离通信；所述信号通讯模块包括电阻一、静电二极管一、SP3485EN芯片和电阻二，所述电阻一的一端与485_A接头连接，另一端与485_B接头连接，所述静电二极管一的引脚1、引脚2并联在电阻一的两端，静电二极管一的引脚3接地，所述SP3485EN芯片的引脚6与静电二极管一的引脚1连接，SP3485EN芯片的引脚7与静电二极管一的引脚2连接，SP3485EN芯片的引脚5接地，SP3485EN芯片的引脚8接3.3V电源接头，所述电阻二一端与SP3485EN芯片的引脚2连接，另一端接地；所述SP3485EN芯片的引脚2与SP3485EN芯片的引脚3连接，所述SP3485EN芯片的引脚4与STM32103芯片的引脚42连接，所述SP3485EN芯片的引脚1与控制芯片的引脚43连接，所述SP3485EN芯片的引脚2与控制芯片的引脚45连接。
有益效果：本实用新型在吨位仪的功能基础上增加了一个能够支持无线通讯的ZigBee通讯的功能，工作模式包括点对点工作模式与广播工作模式，配置方式有按键配置与软件配置，可以满足工厂自动化和运动控制应用，可以实现与ZigBee工业网络中其他节点的通信，吨位数据信息可以通过该通讯模块传输到网络节点中的主控设备，并且可对吨位仪进行参数设定。
附图说明
图1为本实用新型的总结构示意图；
图2为本实用新型的ZigBee通讯模块电路图；
图3为本实用新型的单片机模块电路图；
图4为本实用新型的单片机模块中接线端子外围电路图；
图5为本实用新型的AD转换模块电路图；
图6为本实用新型的信号通讯模块电路图；
图7为本实用新型的电源模块电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明和解释。
如附图1所示，一种带ZigBee的自组网吨位仪，包括若干个压力传感器、单片机模块和与单片机模块相连的吨位数据接收处理模块、ZigBee通讯模块、电源模块，所述若干个压力传感器与吨位数据接收处理模块连接。吨位数据接收处理模块包括与压力传感器连接的吨位数据接收模块和AD转换模块；吨位数据接收处理模块用于数据处理和AD转换，并将AD转换后的数字信号发送至单片机模块。
其中，若干个压力传感器为四个HT-400应变压力传感器，所述压力传感器通过独立穿线管或走线槽与吨位数据接收处理模块连接。压力传感器用于感应压力产生压力信号，该信号再经过信号转换模块进行数据处理和转换后发送至单片机模块，其中压力传感器与吨位数据接收模块相连。压力传感器采用的是HT-400应变压力传感器，该压力传感器安装极为方便，一般安装在机床的重力受力区（最大变形区），形成一个传感器监视系统，检测机架形变产生的压力输出型号，对压机保护，为模具保护和零件质量控制提供了非常经济的解决方案。传感器的基本功能是检测压机在零件成形时的变形总量，所有的应变计量传感器的误差都还匹配在1%内，所以可互换而不用重复进行机床的标定。为了严格走线，传感线电缆使用独立的穿线管或走线槽中，并避免与任何压机的控制线或高压电机线一起走线。
吨位数据接收处理模块包括依次连接的吨位数据接收模块和AD转换模块，如附图5所示：AD转换模块包括AD转换芯片、电阻四十R40、电阻四一R41、电阻四二R42、电阻四三R43、电容五三C53、电容五四C54、电容五五C55和电容五六C56，所述电阻四十R40一端接AD转换芯片引脚7，另一端接3.3V电源接头；所述电阻四一R41一端接AD转换芯片引脚8，另一端接3.3V电源接头；所述电阻四二R42一端接AD转换芯片引脚6，另一端接地；所述电阻四三R43一端接AD转换芯片引脚34，另一端接3.3V电源接头；AD转换芯片引脚44、引脚45短接后与电容五三C53的一端连接，AD转换芯片引脚46、引脚43短接后与电容五三C53的另一端连接；AD转换芯片引脚40、引脚41、引脚43、引脚50、引脚52、引脚54、引脚56、引脚58、引脚60、引脚62、引脚64、引脚47、引脚35接地，AD转换芯片引脚38、引脚37、引脚1接VCC电源接头，AD转换芯片引脚39、引脚36短接后接电容五四C54的一端，电容五四C54的另一端接地；AD转换芯片引脚42接电容五五C55的一端，电容五五C55的另一端接地；AD转换芯片引脚23接电容五六C56的一端，电容五六C56的另一端接地，且AD转换芯片引脚23接3.3V电源接头。通过上述接线电路实现AD转换模块的供电，并实现共地。
如附图3所示，单片机模块包括控制芯片、电容十四C14、电容十三C13、晶振Y1、电阻十四R14、电阻十五R15、电容八C8、电容九C9、电容十C10、电容十一C11、电容十二C12、电容十五C15、电容十六C16；所述电容十四C14一端与控制芯片的引脚5连接，另一端接地；所述电容十三C13一端与控制芯片的引脚6连接，另一端接地；所述晶振Y1一端与控制芯片的引脚5连接，另一端与控制芯片的引脚6连接；
所述电阻十四R14一端与控制芯片的引脚60连接，另一端接地，为单片机模块的引脚60提供下拉电阻；所述电阻十五R15一端控制芯片的引脚7连接，另一端接3.3V电源接头；所述电容八C8一端与控制芯片的引脚7连接，另一端接地；通过电阻十五R15和电容八C8实现单片机模块的外围复位电路。
所述电容九C9一端与控制芯片的引脚31连接，另一端与控制芯片的引脚32连接，电容十C10一端与控制芯片的引脚18连接，另一端与控制芯片的引脚19连接，电容十六C16一端与控制芯片的引脚47连接，另一端与控制芯片的引脚48连接，电容十二C12一端与控制芯片的引脚63连接，另一端与控制芯片的引脚64连接，控制芯片的引脚31、引脚18、引脚47、引脚63接地，控制芯片的引脚32、引脚13、引脚44、引脚64接3.3V电源接头。电容九C9、电容十C10、电容十二C12和电容十六C16作为去耦电容，连接在控制芯片的电源和地之间。
电容十一C11、电容十五C15并联后，其一端与控制芯片的引脚12连接，另一端与控制芯片的引脚13连接，实现控制芯片的滤波；所述控制芯片的引脚12接地，所述控制芯片的引脚13、引脚1分别与3.3V电源接头连接。
所述AD转换芯片引脚16、引脚17、引脚18、引脚19、引脚20、引脚21、引脚22、引脚24、引脚25、引脚27、引脚28、引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚33分别与控制芯片的引脚4、引脚3、引脚2、引脚62、引脚61、引脚22、引脚21、引脚57、引脚56、引脚54、引脚55、引脚53、引脚52、引脚51、引脚50、引脚38依次对应连接；所述AD转换芯片引脚9、引脚10分别与控制芯片的引脚27、引脚26依次对应连接；所述AD转换芯片引脚12、引脚13、引脚14、引脚11分别与控制芯片的引脚14、引脚9、引脚8、引脚15依次对应连接；所述AD转换芯片引脚3、引脚4、引脚5分别与控制芯片的引脚39、引脚40、引脚41依次对应连接。通过上述引脚接线实现AD转换芯片与控制芯片之间的信号传输。
如附图4所示，所述单片机模块还包括接线端子三J3，所述接线端子三J3的引脚3、引脚4和引脚5分别与控制芯片的引脚49、引脚46、引脚7依次对应连接。通过接线端子三J3将控制芯片中的SWCLK引脚、SWDIO引脚和RESET引脚引出，接线更方便，避免线路杂乱。
如附图2所示，所述ZigBee通讯模块包括ZM32P2S24E芯片、电容八八C88、电容八九C89和发光二极管三LED3，所述ZM32P2S24E芯片的引脚12、引脚15、引脚26、引脚28、引脚29分别连接控制芯片的引脚59、引脚58、引脚23、引脚28、引脚36，实现ZigBee通讯的功能，工作模式包括点对点工作模式与广播工作模式。
并联的电容八八C88与电容八九C89的一端接地，其另一端接3.3V电源接头，发光二极管三LED3的负极端连接ZM32P2S24E芯片的引脚27，正极端接3.3V电源接头。ZM32P2S24E芯片的引脚27是状态STATE引脚，若ZM32P2S24E芯片工作正常，ZM32P2S24E芯片的引脚27处于低电平状态，则发光二极管三LED3导通，发光二极管三LED3亮；若ZM32P2S24E芯片出现故障，ZM32P2S24E芯片的引脚27处于高电平状态，则发光二极管三LED3不亮。
如附图6所示，信号通讯模块为485通信，用于与单片机模块远距离通信；信号通讯模块使用的是1个SP3485芯片，该芯片是一个低功耗差分收发器，满足RS-485标准规范。通过该通讯模块，双通道吨位仪可以实现与工业网络中其他设备，如PLC、触摸屏的通信。信号通讯模块包括电阻一R1、静电二极管一ESD1、防静电二极管一SM712、SP3485EN芯片和电阻二R2，电阻一R1的一端与485_A接头连接，另一端与485_B接头连接，静电二极管一ESD1的一端分别与485_A接头和SP3485EN芯片的引脚6连接，防静电二极管一SM712的一端分别与485_B接头和SP3485EN芯片的引脚7连接，静电二极管一ESD1的另一端与防静电二极管一SM712的另一端相互连接后接地；SP3485EN芯片的引脚5接地，SP3485EN芯片的引脚8接3.3V电源接头，电阻二R2一端与SP3485EN芯片的引脚2连接，另一端接地；SP3485EN芯片的引脚2与SP3485EN芯片的引脚3连接，SP3485EN芯片的引脚4与控制芯片的引脚42连接，SP3485EN芯片的引脚1与控制芯片的引脚43连接，SP3485EN芯片的引脚2与控制芯片的引脚45连接。
本实用新型在吨位仪的功能基础上增加了一个能够支持无线通讯的ZigBee通讯的功能，使得本实用新型不仅能实现485远距离通信，还能实现ZigBee通讯，工作模式包括点对点工作模式与广播工作模式，配置方式有按键配置与软件配置，可以满足工厂自动化和运动控制应用，可以实现与ZigBee工业网络中其他节点的通信，吨位数据信息可以通过该通讯模块传输到网络节点中的主控设备，并且可对吨位仪进行参数设定。
如附图7所示，电源模块输出正负10V电压到四个压力传感器的电源输入端，并给电路中其他模块提供相应的直流工作电压。电源模块包括TD1501芯片、SPX1117芯片、保险管一F1、电容五七C57、电容五八C58、电感一L1、电感二L2、瞬态抑制二极管一TVS1、二极管三D3、二极管一D1、极性电容一C1、电容二C2、二极管二D2、电感三L3、极性电容六C6、电容三C3、瞬态抑制二极管二TVS2、电容四C4、极性电容七C7和电容五C5，所述电容五七C57的一端和电感一L1的一端与保险管一F1的一端连接，而所述保险管一F1的另一端与24VIN接头连接，所述电容五八C58的一端和电感二L2的一端与0V接头连接，所述电容五七C57的另一端和电容五八C58的另一端与PE接头连接；所述二极管三D3的正极端与电感一L1另一端连接，负极端与24VOUT接头连接，瞬态抑制二极管一TVS1的正极端与电感一L1另一端连接，负极端与电感二L2另一端连接；所述二极管一D1的正极端与电感一L1另一端连接，负极端与TD1501芯片的引脚1连接；所述TD1501芯片的引脚3与电感二L2另一端连接，所述极性电容一C1的正极端与TD1501芯片的引脚1连接，负极端与TD1501芯片的引脚3连接；所述电容二C2一端与TD1501芯片的引脚1连接，电容二C2的另一端与TD1501芯片的引脚3连接；TD1501芯片的引脚3与TD1501芯片的引脚5相连接；所述电感三L3一端与TD1501芯片的引脚2连接，另一端与TD1501芯片的引脚4连接；所述二极管二D2的正极端与TD1501芯片的引脚5相连接，负极端与TD1501芯片的引脚2连接；所述极性电容六C6的正极端与TD1501芯片的引脚4连接，负极端与TD1501芯片的引脚5连接，所述电容三C3并联在极性电容六C6的两端，且所述极性电容六C6正极端与5V接头连接；所述瞬态抑制二极管二TVS2并联在电容三C3的两端，电容四C4并联在电容三C3的两端；所述SPX1117芯片的引脚3与TD1501芯片的引脚4连接，所述SPX1117芯片的引脚1与TD1501芯片的引脚5连接，所述极性电容七C7的负极端与TD1501芯片的引脚5连接，正极端与SPX1117芯片的引脚2连接，TD1501芯片的引脚5接地，所述SPX1117芯片的引脚2与3.3V电源接头连接，所述电容五C5一端与3.3V电源接头连接，另一端接地。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
