一种基于WiFi模块的水钻机无线控制系统及方法与流程

一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统及方法
技术领域
1.本发明涉及机械自动化领域，特别涉及一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统及方法。


背景技术：

2.现有技术中家装或工程上的钢筋混泥土上的打孔通常使用金刚石水钻机。水钻机的种类多种多样并且适用于不同的应用环境可以做微调以实现不同的钻孔要求，如专利申请号为201920972050.4一种水钻机用导向套及水钻机。包括筒型安装座、消音套和导向套，筒型安装座的竖直下方贯通设置有灰尘收集室，筒型安装座的一端边沿设置有第一法兰盘，另一端连通消音套；第一法兰盘远离筒型安装座的表面设置有吸水层；消音套的内壁同轴设置有消音材料层，消音套远离筒型安装座的一端边沿设置有第二法兰盘；导向套一端边沿设置有第三法兰盘，第二法兰盘与第三法兰盘卡箍连接。该水钻机用导向套，实现了钻孔时的防护和除尘。
3.这种水钻机在使用过程中需要用到手动的方式进行控制，钻头的进给量和钻头的转速等都无法可靠控制，只能依靠操作者的经验来进行控制打孔，这种方式存在的缺陷包括：
4.1、手动控制费时费力，存在安全隐患；
5.2、根据经验来调整控制打孔的深度，无法实现定量打孔，存在一定的误差，打孔精度不高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统及方法，解决现有技术手动控制打孔深度的缺陷，采用无线输入控制信号的方式由自动水钻机自动进行控制打孔。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，包括智能水钻机、远程控制终端，所述智能水钻机包括水钻机组件、水钻机控制器、wifi模块；所述水钻机控制器的输出端连接至水钻机组件，用于驱动控制水钻机运行状态；所述水钻机控制器通过wifi模块与远程控制终端连接，所述远程控制终端用于将用户设置的水钻机的钻孔深度、钻孔速度参数经wifi模块传递至水钻机控制器中执行。
8.所述远程控制终端被配置有人机交互界面，用户通过人机交互界面查看水钻机实时工作参数以及输入对水钻机的控制参数。
9.在人机交互界面上设置有测试按钮，用于测试远程控制功能。
10.所述测试按钮包括快进按钮、快退按钮、启动按钮和或停止按钮中的任一或任意组合。
11.所述水钻机组件包括钻头组件、步进电机组件、所述步进电机组件用于驱动钻头组件向打孔方向前后移动；所述水钻机控制器输出端分别连接钻头组件、步进电机组件，用
于控制其工作。
12.所述步进电机组件包括步进电机驱动器、步进电机m2，所述水钻机控制器的输出端经步进电机驱动器连接至步进电机m2，用于驱动步进电机的运动。
13.所述钻头组件的供电端经双向可控硅q1连接至交流供电电源；所述双向可控硅q1的控制端经隔离驱动芯片u2与水钻机控制器的输出端连接。
14.所述钻头组件上设置有齿轮，所述齿轮与设置在水钻机的底座齿条啮合；所述步进电机组件用于驱动齿轮的转动进而驱动钻头组件沿着齿条方向移动。
15.所述水钻机控制器的输入端分别连接打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器；所述水钻机控制器基于打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器检测的数据以及用户传来的控制数据来对水钻电机组件进行控制并实时反馈水钻机的运行参数经wifi模块至远程控制终端。
16.一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统的控制方法，包括：
17.s1、远程控制终端上电启动；
18.s2、通过操作远程控制终端进入测试步骤来判断远程控制终端与水钻机控制器的通信连接状态；
19.s3、在测试步骤完成后，通过操作远程控制终端的人机交互界面录入打孔数据，打孔数据经wifi模块传递至水钻机控制器中；
20.s3、水钻机控制器按照基于wifi模块接收到的数据控制水钻机组件工作并实时反馈工作状态至远程控制终端中并由远程控制终端的人机交互界面显示实时钻孔数据。
21.本发明的优点在于：通过wifi模块下发到水钻控制器，水钻机控制器便执行相应操作，可以做到不接触操作控制，提高用户操作的便利性和安全性。同时水钻机控制器把实时运行数据通过wifi模块发送到web界面，方便实时监控查看；通过设定参数后自动打孔，打孔可以做到定量，打孔更加准确。
附图说明
22.下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
23.图1为本发明控制系统结构原理图；
24.图2为本发明水钻机组件示意图；
25.图3为本发明水钻机控制系统原理图。
26.上述图中的标记均为：1、水钻机控制器；2、钻头；3、步进电机组件；4主电机；5、立柱底座；6、齿条。
具体实施方式
27.下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
28.本实施例主要介绍一种实现远程控制水钻机工作的方案，可以对水钻机的工作进行控制并可以定量的控制水钻机的工作，实现水钻机打孔深度等定量可控；同时操作人员通过终端设置和控制，可以做到原理水钻机，进而提升了水钻机工作时的安全性，具体方案如下：
29.如图1所示，一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，包括智能水钻机、远程控制终端，智能水钻机包括水钻机组件、水钻机控制器、wifi模块；其中：
30.水钻机控制器的输出端连接至水钻机组件，用于驱动控制水钻机运行状态，包括但不限于控制水钻机启动、关闭以及工作时的状态数据；水钻机控制器为水钻机工作的核心控制器，可以根据实际需要通过单片机等微控制器开发实现。
31.水钻机控制器通过wifi模块与远程控制终端连接，远程控制终端用于将用户设置的水钻机的钻孔深度、钻孔速度参数经wifi模块传递至水钻机控制器中执行。
32.其中wifi模块为具有wifi芯片的通信模块，实现基于wifi网络的水钻机控制器和远程控制终端的通信连接。远程控制终端为具有显示和设置功能的手持设备，远程控制终端被配置有人机交互界面，用户通过人机交互界面查看水钻机实时工作参数以及输入对水钻机的控制参数。优选的，远程控制终端可以为手机、电脑等设备，手机上开发对应的控制app，在控制app上对应开发设置有控制按钮和输入按钮等，从而实现用户将数据通过app输入到手机中，然后通过手机基于wifi通信的方式将数据发送至水钻机控制器中，由水钻机控制器控制水钻机组件按照用于设定的控制参数来工作，同时可以反馈水钻机的工作状态数据经wifi送入到远程控终端中进行显示。
33.在本技术的一个优选的实施例中，在人机交互界面上设置有测试按钮，用于测试远程控制功能，在启动工作前先通过测试按钮对远程控制终端和水钻机之间的控制进行测试，当两者之间建立可靠连接，控制可以被快速执行后才进入工作阶段；测试按钮包括快进按钮、快退按钮、启动按钮和或停止按钮中的任一或任意组合。其中测试按钮可以采用实体按键集成在远程控制终端中也可以是软开关集成在远程控制终端中，如采用手机来实现远程控制终端时，测试按钮就可以通过软件实现的软开关来实施该按键功能。
34.通过远程控制终端的人机交互界面输入的控制参数包括打孔深度、进给速度等参数，水钻机控制器根据该参数对水钻机进行控制时，同时需要通过人机交互界面进行数据的展示，监控水钻机在工作过程中的参数，因此需要设置有打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器水钻机控制器的输入端分别连接打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器；水钻机控制器基于打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器检测的数据以及用户传来的控制数据来对水钻电机组件进行控制并实时反馈水钻机的运行参数经wifi模块至远程控制终端。
35.打孔进给深度传感器、进给速度传感器可以通过编码器检测驱动水钻机前进的步进电机的圈数等转化得到，钻头电机电流传感器可以采用电流互感器获取，电流互感器设置在钻头电机的供电回路中，用于基于该电流来判断水钻电机是否正常工作，当电流过大说明此时存在堵转或者被钻材料过硬，可以手动调节降低进给速度等，因此可以基于电流方便用户调节对应的控制参数。水钻机前进距离与步进电机的转的圈数有关，而圈数又可以通过编码器获得，因此在设定的打孔深度完成后将打孔深度转换成步进电机的圈数，然后根据编码器采集的信号进行比对来判断是否完成的打孔，若是则可以反转结束打孔。
36.水钻机组件用于实现本技术的按照水钻机控制器的控制进行工作，水钻机组件包括钻头组件、步进电机组件；步进电机组件用于驱动钻头组件向打孔方向前后移动，钻头组件包括主电机和钻头，由主电机控制钻头钻洞以实现钻孔。水钻机控制器输出端分别连接钻头组件、步进电机组件，用于控制其工作。
37.步进电机组件包括步进电机驱动器、步进电机m2，水钻机控制器的输出端经步进电机驱动器连接至步进电机m2，用于驱动步进电机的运动。钻头组件中主电机的供电端经双向可控硅q1连接至交流供电电源从而实现水钻主电机的供电；双向可控硅q1的控制端经隔离驱动芯片u2与水钻机控制器的输出端连接。水钻机控制器通过控制可控硅q1来实现主电机的供电开启和关闭，同时水钻机控制器还可以分别控制主电机和驱动电机从而实现钻头的转动和钻头组件的进给方向。钻头组件上设置有齿轮，齿轮与设置在水钻机的底座齿条啮合；步进电机组件用于驱动齿轮的转动进而驱动钻头组件沿着齿条方向移动。底座就是用于在水钻机工作前固定的机构，在使用水钻机时将底座放置在要打孔的平面上，通过底座提供支撑力，从而实现打孔，底座可以是框架架构，主要起到支撑作用，可以根据需要来调整具体的底座结构。
38.如图2所示为水钻机的结构示意图，其为侧视图，其结构原理包括：水钻机控制器、钻头、步进电机组件、主电机、立柱底座、齿条等，其中主电机和钻头一起成为钻头组件，主电机用于驱动钻头的转动，其集成为一体化的部件，钻头组件上设置有齿轮，齿轮与设置在水钻机底座上的齿条相啮合；步进电机组件用于驱动齿轮的转动进而驱动钻头组件沿着齿条方向移动。在图2中，底座是一个自上而下的一个固定机构，将齿条固定设置在底座上面并沿着上下的方向布置，这样钻头组件的打孔方向就是沿着齿条方向来打孔。步进电机组件在运行时控制钻头组件沿着齿条运动从而实现打孔，这里可以通过齿条和齿轮啮合以及步进电机的驱动来实现。水钻机控制器内设置步进电机组件、钻头电机组件等涉及到的电控元件，水钻机控制器可以分离式设计或集成在底座上设计，根据实际需要设置即可。步进电机组件包括步进电机驱动器、步进电机、减速机等组件，步进电机驱动器驱动步进电机，步进电机带动减速机，减速机通过齿轮等方式实现钻头组件与齿条的啮合进而实现驱动水钻电机m1沿着齿条移动，从而实现了自动控制钻头组件的前进后退。
39.钻头组件的供电端经双向可控硅q1连接至交流供电电源，从而形成供电回路；双向可控硅q1的控制端经隔离驱动芯片u2与水钻机控制器的输出端连接。用于通过水钻机控制器控制双向可控硅q1来实现水钻电机的启动和关闭。其工作原理为：当启动后，单片机控制q1闭合来实现水钻机的供电启动工作，水钻机控制器可以根据输入的钻孔速度和深度来控制步进电机的工作状态从而实现了自动控制打孔的目的。
40.钻头组件中的主电机的电流是打孔时的重要指标，根据电流来调节步进电机的移动速度，因为在打孔时当电流过大，说明此时打孔阻力太大，步进电机施加在钻头组件上的力太大，若持续施加则会造成水钻机的损坏，因此根据电流数据调整步进电机的前进或后退的速度，当电流过大适当的减慢水钻电机的前进速度，也就是步进电机的转动速度减慢或者也可以控制步进电机先反转带动水钻电机组件后退再正转控制水钻组件再向打孔方向前进。
41.本技术还提供一种基于上述的水钻机无线控制系统的控制方法，包括：
42.s1、远程控制终端上电启动；
43.s2、通过操作远程控制终端进入测试步骤来判断远程控制终端与水钻机控制器的通信连接状态；测试步骤包括：分别单次按下快进、快退、启动、停止等测试按钮，并查看水钻机控制器是否响应对应的控制指令，若是，则测试结果正常，进入下一步远程控制步骤；否则，判断测试远程控制异常，停止远程控制，用户需要对远程控制功能进行检查，此时无
法进行远程控制；
44.s3、在测试步骤完成后，若测试结果正常则通过操作远程控制终端的人机交互界面录入打孔数据，打孔数据经wifi模块传递至水钻机控制器中；
45.s3、水钻机控制器按照基于wifi模块接收到的数据控制水钻机组件工作，按照打孔数据中的钻孔深度、速度等进行水钻机组件的控制，并实时反馈工作状态至远程控制终端中并由远程控制终端的人机交互界面显示实时钻孔数据。实时钻孔数据包括实时钻孔深度、钻孔速度以及钻孔时电机电流大小；方便用户根据实际需要调整；同时当电流大于设定电流阈值时，水钻机控制器控制电机停止工作，同时水钻机控制器通过连接的声光报警器或远程控制终端发出报警信号。
46.申请中在水钻机控制器内装一个wifi模块，实现利用手机无线控制水钻机的功能。首先通过手机建立与水钻机控制器的连接，然后基于手机的触控屏等人机交互界面配置参数，通过wifi模块下发到水钻控制器，水钻机控制器便执行相应操作。同时水钻机控制器把实时运行数据通过wifi模块发送到手机的web界面进行展示。
47.基于wifi模块的web界面水钻机无线控制方法，包括水钻机u1,水钻机控制器、wifi模块，wifi模块通过uart接口和水钻机控制器通讯，同时wifi模块作为web服务器使用，内部定义了web界面，供手机或笔记本等电脑登录和控制。
48.在本技术中使用前需要进行测试，测试按键是否灵敏，按“快进”“快退”“启动”“停止”按钮看水钻机是否响应。在人机交互界面中输入打孔数据“进给深度”，“进给速度”,然后按“进给”按钮，这时水钻机u1开始执行打孔任务，同时web界面每秒刷新一次“当前深度”、“当前速度”、“当前电流”等信息。等当前深度和进给深度相同时，打孔结束自动退回原点。
49.显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：包括智能水钻机、远程控制终端，所述智能水钻机包括水钻机组件、水钻机控制器、wifi模块；所述水钻机控制器的输出端连接至水钻机组件，用于驱动控制水钻机运行状态；所述水钻机控制器通过wifi模块与远程控制终端连接，所述远程控制终端用于将用户设置的水钻机的钻孔深度、钻孔速度参数经wifi模块传递至水钻机控制器中执行。2.如权利要求1所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述远程控制终端被配置有人机交互界面，用户通过人机交互界面查看水钻机实时工作参数以及输入对水钻机的控制参数。3.如权利要求1所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：在人机交互界面上设置有测试按钮，用于测试远程控制功能。4.如权利要求3所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述测试按钮包括快进按钮、快退按钮、启动按钮和或停止按钮中的任一或任意组合。5.如权利要求1-4任一所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述水钻机组件包括钻头组件、步进电机组件、所述步进电机组件用于驱动钻头组件向打孔方向前后移动；所述水钻机控制器输出端分别连接钻头组件、步进电机组件，用于控制其工作。6.如权利要求5所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述步进电机组件包括步进电机驱动器、步进电机m2，所述水钻机控制器的输出端经步进电机驱动器连接至步进电机m2，用于驱动步进电机的运动。7.如权利要求5所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述钻头组件的供电端经双向可控硅q1连接至交流供电电源；所述双向可控硅q1的控制端经隔离驱动芯片u2与水钻机控制器的输出端连接。8.如权利要求5所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述钻头组件上设置有齿轮，所述齿轮与设置在水钻机的底座齿条啮合；所述步进电机组件用于驱动齿轮的转动进而驱动钻头组件沿着齿条方向移动。9.如权利要求1-8任一所述的一种基于wifi模块的水钻机无线控制系统，其特征在于：所述水钻机控制器的输入端分别连接打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器；所述水钻机控制器基于打孔进给深度传感器、进给速度传感器以及钻头电机电流传感器检测的数据以及用户传来的控制数据来对水钻电机组件进行控制并实时反馈水钻机的运行参数经wifi模块至远程控制终端。10.一种如权利要求1-9任一所述的基于wifi模块的水钻机无线控制系统的控制方法，其特征在于：包括：s1、远程控制终端上电启动；s2、通过操作远程控制终端进入测试步骤来判断远程控制终端与水钻机控制器的通信连接状态；s3、在测试步骤完成后，通过操作远程控制终端的人机交互界面录入打孔数据，打孔数据经wifi模块传递至水钻机控制器中；s3、水钻机控制器按照基于wifi模块接收到的数据控制水钻机组件工作并实时反馈工作状态至远程控制终端中并由远程控制终端的人机交互界面显示实时钻孔数据。

技术总结
本发明公开了一种基于WiFi模块的水钻机无线控制系统及方法，系统包括智能水钻机、远程控制终端，所述智能水钻机包括水钻机组件、水钻机控制器、WiFi模块；所述水钻机控制器的输出端连接至水钻机组件，用于驱动控制水钻机运行状态；所述水钻机控制器通过WiFi模块与远程控制终端连接，所述远程控制终端用于将用户设置的水钻机的钻孔深度、钻孔速度参数经WiFi模块传递至水钻机控制器中执行。本发明的优点在于：通过WiFi模块下发到水钻控制器，水钻机控制器便执行相应操作，可以做到不接触操作控制，提高用户操作的便利性和安全性。提高用户操作的便利性和安全性。提高用户操作的便利性和安全性。


技术研发人员：俞国平 李友生 陆永飞
受保护的技术使用者：铜陵精盛微特机电有限责任公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/13