吕勇 《数控机床无线手轮设计》研究报告

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1、数控机床无线手轮设计研究报告设计者：吕勇，李峥，舒培，李阳君指导教师：卢明（潇湘学院）作品内容简介随着无线通信技术的不断发展和成熟，越来越多的无线产品出现在我们的日常生活中，使得人们摆脱了有线的束缚，使用起来更加方便。在工业控制上,有线手轮控制器由于受到连接线的影响，难以实现较远距离操作。而且有线手轮常常因为线路老化或断裂等而产生接触不良的问题，会使连接不可靠。本文采用2.4G无线射频技术，将现有的有线手轮控制器改装成了一种新型无线手轮。通过使用无线技术,摆脱了机床的连接线,解决了连接线老化或断裂的问题,提高

2、了手轮的使用寿命。摆脱了有线连接的束缚，让使用者可以移动自由,操作方便，能够提高工作效率。该无线手轮由手持发送端和机床接收端两部分组成，手持设备和接收设备之间采用2.4G无线传输方式进行信息传输。发送端使用单片机将手轮产生的差分脉冲信号和其它控制信号进行采集，然后按一定的格式进行数据编码，打包成数据包。然后通过2.4G无线射频模块发送到接收端。接收端将接收到的数据还原成相应的控制信号，对数控机床进行控制。关键词：数控机床；手轮；无线射频；nRF24L01联系人：吕勇联系电话：15273288006E-MAIL

3、：913236248@qq.com目录1．研制背景及意义32．整体设计方案43．硬件电路设计53.1控制器部分53.2电压转换部分53.3信号采集部分63.4信号传输部分73.5信号还原部分83.6状态提示部分94．程序设计104.1手持发送端程序设计104.2机床接收端程序设计105．设计中的关键问题分析116．系统实物图及性能测试127．创新点及应用12参考文献131．研制背景及意义我国现代意义的无线传感网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，1999年首次正式出现于中国科学院《知识创新工程试点领域方向研

4、究》的信息与自动化领域研究报告中，作为该领域提出的五个重大项目之一。随着知识创新工程试点工作的深入，2001年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心引领院内的相关工作，并通过该中心在无线传感网络的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目，初步建立传感网络系统研究平台。近几年来国家发改委、科技部、信息产业部等均启动了在无线传感器网络及自组织网络领域的研发项目。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将“传感器网络及智能信息处理”作为未来信息产业及现代服务业的重点方向”。由于受到

5、了学术界及产业界的普遍关注，无线传感器网络技术正以前所未有的速度发展[1]。各种无线技术的发展并与孤立传感网之结合应用,将是物联网发展最为关键的推动力,也是最为重要的组成部分。2009年无线技术世界暨物联网国际高峰会议正是着眼于此：立足中国，面向全球，以“无线技术推动物联网发展”为主题。现场则以分版块、多种形式，全面探讨无线电通信，特别是中短距离的无线通信技术的发展。伴随着以WLAN、蓝牙、UWB、ZigBee、RFID这些短距离无线技术正日益走向成熟，应用步伐不断加快，各种无线通信技术在自动化控制和家庭信息

6、化领域扮演越来越重要的角色，发挥越来越重要的作用。我国近期也通过一系列措施支持和鼓励中短距离无线通信、与无线传感技术相关技术的研发和产业化。2.4G无线技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz之间,所以简称为2.4G无线技术。2.4GHz是工作在ISM频段的一个频段。ISM频段是工业、科学和医用频段。一般来说世界各国均保留了一些无线频段,以用于工业、科学研究和微波医疗方面的应用。应用这些频段无需许可证，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。2.4GHz传输速率可媲

7、美蓝牙，功耗却大大降低。采用完全开放式的网络协议[2]。13无线通信技术在现在的日常生活中已经十分常见，如无线键盘、鼠标等。在工业控制领域，现阶段更多的还是使用有线设备，为了给用户带来更多方便并提高工作效率，我们也可以使用无线技术来改进产品。一些比较大型的公司，特别是国外公司已经将无线通信技术应用到了工业控制中。在国内，由于起步比较低，再加上国外技术的封锁，因此在这方面做得来不够，急需运用无线通信技术制造更多的实用性工业控制器件。由于无线通信的方便，加上无线通信技术日趋成熟和制造成本的降低，无线通信技术必将应

8、用到各个领域。因此，将无线通信技术应用到工业控制上是很有必要的。手轮，即手摇脉冲发生器。在数控系统中，刀具微动、工件对刀、工作台的随动、机床原点的修正等这些功能通常是通过手轮操作来实现的[3]。手轮主要由光电编码器、坐标轴选择开关和增量倍率选择开关组成，用于手摇方式控制数控机床相应坐标轴的移动。但传统的有线手轮的连接线的接头处容易断裂，使用时间长了容易出现连接不可靠的问题，同时因为受到连接线的影响，