一种基于NB-IoT的振动采集器的制作方法

一种基于nb
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iot的振动采集器
技术领域
1.本实用新型涉及无线通信设备，具体地涉及一种基于nb
‑
iot的振动采集器。


背景技术：

2.nb
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iot(narrow band internet of things,nb
‑
iot)是iot领域基于蜂窝的窄带物联网的一个新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(lpwan)。nb
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iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。
3.机床一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多:除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。
4.机床在工作时会产生振动，采集机床的振动数据，进而分析出机床的工作状态，有利于机床的维护效率。在制造业的工厂中，机床的数量很多，对每个机床都采集振动数据，用现有的振动数据采集器，分析效率十分低下。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于nb
‑
iot的振动采集器，实现远程收集振动数据，提高分析效率。
6.本实用新型是这样实现的：一种基于nb
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iot的振动采集器，包括：
7.壳体，所述壳体的表面固设有锁定装置；
8.振动传感器，固设于所述壳体的内部；
9.控制器，固设于所述壳体的内部，与所述振动传感器电连接；
10.nb
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iot模块，固设于所述壳体的内部，与所述控制器电连接；
11.所述控制器能获取所述振动传感器的振动数据，再将所述振动数据传给所述nb
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iot模块，所述nb
‑
iot模块能将所述振动数据发送给监控平台。
12.进一步地，所述锁定装置是磁铁。
13.进一步地，还包括电源模块，所述电源模块固设于所述壳体的内部，所述电源模块包括外部电源输入单元、电池电源输入单元、电源切换单元与电源输出单元；
14.所述外部电源输入单元用于向所述电源切换单元提供外部电源；
15.所述电池电源输入单元用于向所述电源切换单元提供电池电源；
16.当所述电源切换单元检测到所述外部电源输入单元得电时，向所述电源输出单元提供外部电源，当所述电源切换单元检测到所述外部电源输入单元失电时，向所述电源输出单元提供电池电源；
17.所述电源输出单元为所述振动传感器与所述nb
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iot模块供电。
18.进一步地，还包括电源开关与电源指示灯，所述电源开关与电源指示灯均与所述电源切换单元电连接，所述电源开关与电源指示灯均固设于所述壳体的表面。
19.进一步地，所述电源模块还包括电池充电单元，所述外部电源输入单元还用于向所述电池充电单元提供所述外部电源，所述电池电源输入单元包括充电电池，所述电池充电单元用于对所述充电电池进行充电。
20.进一步地，还包括电源接口，所述电源接口与所述外部电源输入单元电连接，所述电源接口固设于所述壳体的表面，所述控制器还与所述电源切换单元电连接；
21.所述锁定装置用于固定在机床上，所述电源接口用于跟机床的电源器连接，所述电源切换单元将检测到的所述外部电源输入单元的失电与得电信号反馈给所述控制器，所述控制器通过所述nb
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iot模块向所述监控平台发送机床断电与上电的状态数据。
22.进一步地，还包括rs485接口与rs485开关，所述rs485接口与rs485开关均与所述控制器电连接，所述rs485接口与rs485开关均固设于所述壳体的表面，所述rs485接口用于跟上位机通信连接。
23.进一步地，还包括传感器归零按钮，所述传感器归零按钮固设于所述壳体的表面，所述传感器归零按钮与所述控制器电连接。
24.进一步地，还包括sim卡座，所述sim卡座与所述nb
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iot模块电连接，所述sim卡座与所述壳体固定连接。
25.进一步地，还包括天线接口与nb
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iot射频天线，所述天线接口与所述nb
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iot模块电连接，所述天线接口固设于所述壳体的表面，所述nb
‑
iot射频天线与所述天线接口拆装式连接。
26.本实用新型的优点在于：1、通过锁定装置固定在机床上，振动传感器采集机床的振动数据，将振动数据通过无线方式远程发送给监控平台，可在多个机床上安装本实用新型，再由监控平台同时分析多个机床的振动数据，分析效率高。2、锁定装置为磁铁，可以直接吸附在机床上，安装效率高。3、支持外部供电及电池供电的自由切换，以及具有电池充电功能，延长工作时间。4、还能远程监控机床的开机与停机的状态，便于机床的管理。5、支持通过rs485接口设置内部参数。6、支持手动对振动传感器进行零偏矫正。
附图说明
27.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
28.图1是本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器的工作原理框图。
29.图2是本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器的结构示意图。
30.图3是本实用新型中电源模块的结构框图。
31.图4是本实用新型中外部电源输入单元的电路示意图。
32.图5是本实用新型中电池电源输入单元与电池充电单元的电路示意图。
33.图6是本实用新型中电源切换单元与电源输出单元的电路示意图。
34.图7是本实用新型中振动传感器的电路示意图。
35.图8是本实用新型中nb
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iot模块的电路示意图。
36.图9是本实用新型中mcu的电路示意图。
37.图10是本实用新型中rs485接口的电路示意图。
38.图11是本实用新型中sim卡座的电路示意图。
39.图12是本实用新型中振动数据的示意图。
40.图13是本实用新型中机床状态数据的示意图。
具体实施方式
41.本实用新型实施例通过提供一种基于nb
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iot的振动采集器，解决了现有技术中振动数据采集器分析效率低下的技术问题，实现了远程收集振动数据，提高分析效率的技术效果。
42.本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：将本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器固定在机床上，采集机床的振动数据，然后通过nb
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iot技术，发送给监控平台，监控平台可同时分析多个机床的振动数据，提高效率。
43.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
44.参阅图1至图13，本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器的优选实施例。
45.本实用新型包括：壳体100，所述壳体100的表面固设有锁定装置101；所述锁定装置101是磁铁，可以直接吸附在机床上，安装效率高。振动传感器，固设于所述壳体100的内部；振动传感器采集机床的振动数据。控制器，固设于所述壳体的内部，与所述振动传感器电连接；nb
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iot模块，固设于所述壳体的内部，与所述控制器电连接；所述控制器能获取所述振动传感器的振动数据，再将所述振动数据传给所述nb
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iot模块，所述nb
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iot模块能将所述振动数据通过无线方式远程发送给监控平台。监控平台可以是电信基站或后端服务器。可在多个机床上安装本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器，再由监控平台同时分析多个机床的振动数据，分析效率高，进而分析出各个机床的工作状态。其中振动传感器采用型号jy61
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mpu6050的陀螺仪，控制器采用型号gd32f130g8u6的mcu，nb
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iot模块的型号为bc95。
46.结合图3，还包括电源模块，所述电源模块固设于所述壳体100的内部，所述电源模块包括外部电源输入单元、电池电源输入单元、电源切换单元与电源输出单元；所述外部电源输入单元用于向所述电源切换单元提供外部电源，即5v；所述电池电源输入单元用于向所述电源切换单元提供电池电源，即3.7v；当所述电源切换单元检测到所述外部电源输入单元得电时，向所述电源输出单元提供外部电源，当所述电源切换单元检测到所述外部电源输入单元失电时，向所述电源输出单元提供电池电源；所述电源输出单元为所述振动传感器、控制器与nb
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iot模块供电，所述电源输出单元的供电为3.3v。
47.结合图2，还包括电源开关103与电源指示灯104，所述电源开关103与电源指示灯均与所述电源切换单元电连接，所述电源开关103与电源指示灯均固设于所述壳体100的表面。电源开关103控制电源切换单元是否向电源输出单元供电。
48.结合图3，所述电源模块还包括电池充电单元，所述外部电源输入单元还用于向所述电池充电单元提供所述外部电源，所述电池电源输入单元包括充电电池，所述电池充电单元用于对所述充电电池进行充电。本实用新型支持外部供电及电池供电的自由切换，以及具有电池充电功能，延长工作时间。
49.其中外部电源输入单元、电池电源输入单元、电源切换单元、电源输出单元与电池充电单元均为现有技术的电路单元。结合图4，为外部电源输入单元的电路示意图，实现将输入电源24v转换成5v。结合图5，为电池电源输入单元与电池充电单元的电路示意图，u7是
锂电子充电芯片，其型号tp4057，将5v的外部电源转换成3.7v，对位于电池接口p4的锂电池进行充电；正在充电状态：发光二极管d3亮红光，发光二极管d4熄灭；电池充满状态：发光二极管d3熄灭，发光二极管d4亮绿光；电池反接或电源欠压：发光二极管d3与发光二极管d4都熄灭。结合图6，为电源切换单元与电源输出单元的电路示意图，q3为pmos管，其栅极电平为高时不导通，栅极电平为低时导通；当有外部电源5v(图中vcc_5v)时，pmos管q3的栅极电平为高，pmos管q3不导通，锂电池提供的电池电源(图中vbat_3v7)无法供电，二极管d5导通，此时外部电源通过电源开关sw1(对应电源开关103)进入稳定压器芯片u10，其型号me6211c33m5g
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n，稳定压器芯片u10输出3.3v对振动传感器、控制器与nb
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iot模块等器件进行供电，同时外部电源经过发光二极管d11(对应电源指示灯104)，发光二极管d11亮起；当没有外部电源时，pmos管q3的栅极与gnd连接，栅极的电平为低，pmos管q3，然后锂电池提供的电池电源通过电源开关sw1进入稳定压器芯片u10，同时电池电源经过发光二极管d11，由于电池电源的电压(3.7v)低于外部电源(5v)，所以此时发光二极管d11的亮度较低。当电源开关sw1往左拨动，电源断开，发光二极管d11熄灭；当电源开关sw1往右拨动，电源闭合，发光二极管d11亮起。
50.还包括电源接口102，所述电源接口102与所述外部电源输入单元电连接，所述电源接口102固设于所述壳体100的表面,所述控制器还与所述电源切换单元电连接；所述锁定装置101用于固定在机床上，所述电源接口102用于跟机床的电源器连接，所述电源切换单元将检测到的所述外部电源输入单元的失电与得电信号反馈给所述控制器，所述控制器通过所述nb
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iot模块向所述监控平台发送机床断电与上电的状态数据。当机床上电时，电源接口102通电获得24v，从而外部电源输入单元就提供5v的外部电源并传给电源切换单元，电源切换单元将5v信号降压后传给控制器，此时控制器就通过nb
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iot模块向监控平台发送机床上电的状态数据；当机床断电后，电源接口102断电，外部电源输入单元没有提供外部电源，电源切换单元自动切换至电池电源，以及电源切换单元提供0v信号给控制器，控制器就通过nb
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iot模块向监控平台发送机床断电的状态数据。这样远程监控机床的开机与停机的状态，便于机床的管理。机床开机时，本实用新型由机床的电源器供电；机床停机时，本实用新型由锂电池供电。
51.结合图2、图7、图9与图10，还包括rs485接口105与rs485开关106(对应图7中的sw2)，所述rs485接口105与rs485开关106均与所述控制器电连接，所述rs485接口105与rs485开关106均固设于所述壳体100的表面，所述rs485接口105用于跟上位机通信连接。支持通过rs485接口设置控制器的内部参数，将rs485开关打开，进入参数设置模式，将rs485关闭，回到正常工作模式。
52.结合图2、图7与图9，还包括传感器归零按钮107，所述传感器归零按钮107固设于所述壳体100的表面，所述传感器归零按钮107与所述控制器电连接。支持手动对振动传感器进行零偏矫正；即振动传感器的归零重置，对之前采集的振动数据清零，重新开始计算；在首次使用本实用新型时需要手动归零，后续若没有调整安装姿态，则无需归零操作。再结合图7，dtsa
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6就是按键(对应传感器归零按钮107)，使sw3闭合一下，然后在zero sign那产生一个0电平信号，mcu的引脚收到0电平信号从而触发归零重置。
53.结合图2、图8与图11，还包括sim卡座108，所述sim卡座108与所述nb
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iot模块电连接，所述sim卡座108与所述壳体100固定连接。sim卡座108用于接入电信物联网专用sim卡。
图11中p5为sim卡座，u5是集成的tvs管(瞬态抑制二极管)，用来防止浪涌，来保护sim卡的时钟信号，数据信号和复位信号。
54.结合图2，还包括天线接口与nb
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iot射频天线109，所述天线接口与所述nb
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iot模块电连接，所述天线接口固设于所述壳体100的表面，所述nb
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iot射频天线109与所述天线接口拆装式连接。nb
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iot射频天线为可拆卸的设计，通过nb
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iot射频天线向电信基站或后端服务器发送振动数据与机床上电断电的状态数据。壳体100的表面还设有信号强度灯110，信号强度灯110用于指示nb
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iot射频天线的信号强度。
55.本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器，具有定时上传振动数据的功能；实时获取振动传感器的数据，根据用户设置的时间间隔，通过nb
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iot模块定时向监控平台发送机床的振动曲线。每次nb
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iot模块重启时，系统会立即发送一组数据，然后进入等待时间，达到用户设置的时间间隔后，系统再次发送数据。上传时间由用户通过rs485接口进行设置，若不设置，默认时间为每小时上传一次。
56.数据格式为：一次上传10组参数，为1s内的振动曲线，每组数据格式为：x轴振动加速度，y轴振动加速度，z轴振动加速度，如图12所示。
57.本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器，具有判断机床状态改变的功能；支持实时获取机床上电状态，在每次机床上电或者断电时，通过nb
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iot模块向监控平台发送当前的机床状态。在每次机床开机时，系统同时上传一组振动数据，实时更新机床状态。
58.数据格式为：power state:x(其中x为机床状态；0代表掉电、1代表上电)，如图13所示。
59.本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器，具有rs485接口查询设置参数的功能；支持通过rs485接口bc95模块的imei号和sim卡的卡号，支持通过rs485接口查询nb
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iot模块的信号强度，支持通过rs485接口设置振动曲线的上传频率。
60.本实用新型的基于nb
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iot的振动采集器的使用流程：
61.1、接入24v电源，或者直接使用内部锂电池；
62.2、打开电源开关；
63.3、电源led亮起，信号强度灯不亮；此时系统正在初始化，等待大约30s；
64.4、信号强度灯亮起，此时系统初始化完成；
65.5、每次重新安装后，按下传感器归零按键5s左右，信号强度灯从常亮状态进入闪烁状态，按住按键5s不松手，当信号强度灯从闪烁状态变为全亮状态，零偏参数校准完成；
66.6、设置完成，模块开始工作
67.7、若需要设置参数，将485开关拨到485设置状态，使用上位机向485口发送指定指令，系统会根据接收到的指令设置，并返回信息。设置完成之后需要将485开关拨回工作状态，否则系统无法正常工作。
68.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。