一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统
阅读：96发布：2024-01-25
专利汇可以提供一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统，属于数控机床设备技术领域。所述控制装置包括 单片机 控制系统、继电器KM1、继电器KM2及继电器KM3，所述继电器KM1的线圈接入单片机控制系统中，KM1的常开触点 串联 接入数控机床的开机按钮回路中，所述继电器KM2的线圈串联接入数控机床的关机按钮回路中，KM2的常闭触点接入单片机控制系统中，所述继电器KM3的线圈与 电流 互感器串联后接入伺服 电机 三相交流电的一相 电路 中，KM3的常开触点接入单片机控制系统中。本实用新型解决了现有机床设备存在的人员操作混乱、不方便设备统一管理的问题，提高了数控机床设备操作和工作中的安全可靠性。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统专利的具体信息内容。
1.一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置，其特征在于，所述控制装置包括单片机控制系统、继电器KM1、继电器KM2及继电器KM3，所述继电器KM1的线圈接入单片机控制系统中，KM1的常开触点串联接入数控机床的开机按钮回路中，所述继电器KM2的线圈串联接入数控机床的关机按钮回路中，KM2的常闭触点接入单片机控制系统中，所述继电器KM3的线圈与电流互感器串联后接入伺服电机三相交流电的一相电路中，KM3的常开触点接入单片机控制系统中。
2.根据权利要求1所述的基于指纹识别技术的机床使用控制装置，其特征在于，所述单片机控制系统包括主控制模块、电源模块、存储模块、指纹录入模块、指纹处理模块、显示模块、定时模块、输出模块和通信模块，所述主控制模块采用单片机控制芯片，电源模块为系统的其他模块供电，存储模块用于存储机床操作人员的信息及伺服电机的启动和停止时间，指纹录入模块用于采集机床操作人员的指纹信息，指纹处理模块将录入的指纹信息与预先存储的指纹信息进行比对，比对结果通过所述显示模块进行显示，定时模块用于设定机床的启动报警时间和关闭时间。
3.根据权利要求2所述的基于指纹识别技术的机床使用控制装置，其特征在于，所述输出模块用于采集数控机床的使用状态，输出模块将数控机床开机和关机的干接点反馈至单片机控制系统中，由主控制模块记录数控机床开机和关机的时间，同时输出模块根据电流互感器采集数控机床主轴电源的状况，记录数控机床的运行状态。
4.根据权利要求2所述的基于指纹识别技术的机床使用控制装置，其特征在于，所述控制装置上设置有通信接口，所述通信模块将控制装置中采集的指纹数据发送至上位机中，在上位机中对控制装置中的数据进行显示。
5.根据权利要求1所述的基于指纹识别技术的机床使用控制装置，其特征在于，所述控制装置安装在数控机床上，数控机床上设置有电源开关，电源开关控制数控机床上的24V电源给控制装置供电。
一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及数控机床设备技术领域，具体来说涉及一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统。
背景技术
[0002] 近年来，随着计算机控制技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是在机械加工制造业中，数控化加工推动着机械加工行业朝着高质量、高精度及高效率的方向发展。而随着数控行业的不断发展，在生产加工过程中，设备操作的安全性和规范性也体现的越来越重要，尤其是对于数控设备操作不太熟练的人员，如到工厂实习的学生、新工作的学徒工等，常常由于随意操作设备而造成安全事故。
[0003] 为提高数控加工设备操作的安全性，便于对数控设备的使用进行统一规范化管理，本实用新型设计一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统，通过指纹授权获得设备操作权限，并记录设备的工作时间及电机的运行状态，提高数控机床操作中的安全可靠性。同时，通过以太网将数控机床的工作模式及生产参数传输至上位机中，实现生产的数据化，方便整个数控设备系统的管理。实用新型内容
[0004] 本实用新型提供一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统，解决现有机床设备存在的人员操作混乱、不方便设备统一管理的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] 一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置，所述控制装置包括单片机控制系统、继电器KM1、继电器KM2及继电器KM3，所述继电器KM1 的线圈接入单片机控制系统中，KM1的常开触点串联接入数控机床的开机按钮回路中，所述继电器KM2的线圈串联接入数控机床的关机按钮回路中，KM2的常闭触点接入单片机控制系统中，所述继电器KM3的线圈与电流互感器串联后接入伺服电机三相交流电的一相电路中，KM3的常开触点接入单片机控制系统中。
[0007] 基于上述方案，本实用新型做如下优化：
[0008] 作为一种改进的方案，所述单片机控制系统包括主控制模块、电源模块、存储模块、指纹录入模块、指纹处理模块、显示模块、定时模块、输出模块和通信模块。所述主控制模块采用单片机控制芯片；电源模块设计为多种基准电源，为系统的其他模块供电；存储模块用于存储机床操作人员的信息及伺服电机的启动和停止时间；指纹录入模块用于采集机床操作人员的指纹信息，指纹处理模块将新录入的指纹信息与预先存储的指纹信息进行比对，比对结果通过所述显示模块进行显示，定时模块用于设定机床的启动报警时间和关闭时间。
[0009] 作为一种改进的方案，所述输出模块用于采集数控机床的使用状态，输出模块将数控机床开机和关机的干接点反馈至单片机控制系统中，由主控制模块记录数控机床开机和关机的时间，同时输出模块根据电流互感器采集数控机床主轴电源的状况，记录数控机床的运行状态。
[0012] 本实用新型的另一目的在于提供一种基于指纹识别技术的机床使用控制系统，所述控制系统包括多台数控机床，每台数控机床上安装有机床使用控制装置，所述数控机床上设置有电源开关，电源开关控制数控机床上的24V电源给控制装置供电，所述机床使用控制装置包括单片机控制系统、指纹录入模块、继电器KM1、继电器KM2和继电器KM3；
[0013] 所述继电器KM1的线圈接入单片机控制系统中，KM1的常开触点串联接入数控机床的开机回路中，单片机控制系统将指纹录入模块录入的指纹与预先采集的指纹进行比对，若一致，则单片机控制系统输出电流信号使 KM1的常开触点闭合，并记录比对成功的时间；
[0014] 所述继电器KM2的线圈串联接入数控机床的关机按钮回路中，KM2的常开触点接入单片机控制系统中，按下数控机床的关机按钮后，KM2所在的回路产生电流，使KM2的常开触点闭合，单片机控制系统记录数控机床的关机时间；
[0015] 所述继电器KM3的线圈与电流互感器串联后接入伺服电机三相交流电的一相电路中，KM3的常开触点接入单片机控制系统中，当伺服电机工作时，电流互感器产生电流使KM3的常开触点闭合，单片机控制系统记录伺服电机的启动时间，当伺服电机停止工作时，单片机控制系统记录伺服电机的停止时间。
[0016] 作为一种改进的方案，所述单片机控制系统包括主控制模块、电源模块、存储模块、指纹处理模块、显示模块、定时模块、输出模块和通信模块，所述主控制模块采用单片机控制芯片，电源模块为系统的其他模块供电，存储模块用于存储机床操作人员的信息及伺服电机的启动和停止时间，指纹录入模块用于采集机床操作人员的指纹信息，指纹处理模块将录入的指纹信息与预先存储的指纹信息进行比对，比对结果通过所述显示模块进行显示，定时模块用于设定机床的启动报警时间和关闭时间。
[0017] 作为一种改进的方案，所述控制系统采用Modbus RTU通信接口，通过设置每台数控机床上机床使用控制装置的IP地址，将现场多个控制装置的数据统一发送至上位机中，在上位机中对控制系统的数据进行显示。
[0018] 实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0019] 本实用新型的一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置及系统，机床操作人员需通过指纹识别授权后方可获得设备的操作权限，避免了设备混乱操作造成的安全隐患，同时通过记录车床设备的工作时间及电机的运行状态，提高数控机床设备操作和工作中的安全可靠性，并通过设定机床的启动报警时间和关闭时间，进一步增强了机床设备使用时的安全规范性，对于实习生的使用操作起到充分的安全保障作用。机床使用控制装置采集存储的数据通过以太网传输至上位机中，实现了生产的数据化，方便整个数控设备系统的管理。附图说明
[0020] 图1是本实用新型基于指纹识别技术的机床使用控制装置的控制原理图；
[0021] 图2是本实用新型基于指纹识别技术的机床使用控制装置的电路架构图；
[0022] 图3是图2中主控制模块的电路连接图；
[0023] 图4是图2中电源模块的电路连接图；
[0025] 图5是图2中存储模块的电路连接图；
[0026] 图6是指纹处理模块中指纹处理单元的电路连接图；
[0027] 图7是指纹处理模块中指纹特征存储单元的电路连接图；
[0028] 图8是指纹处理模块中通信接口单元的电路连接图；
[0029] 图9是图2中显示模块的电路连接图；
[0030] 图10是图2中定时模块的电路连接图；
[0031] 图11是图2中输出模块的电路接线方式示意图；
[0032] 图12是图2中通信模块的电路连接图；
[0033] 图13是本实用新型基于指纹识别技术的机床使用控制系统的控制原理图；
[0034] 图14是本实用新型基于指纹识别技术的机床使用控制系统的通信示意图；
[0035] 附图标记：1-单片机控制系统，11-主控制模块，12-电源模块，13-指纹处理模块，14-显示模块，15-通信模块，16-存储模块，17-输出模块，18- 定时模块，2-指纹输入模块。
具体实施方式
[0036] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0037] 实施例一
[0038] 如图1所示，本实施例的一种基于指纹识别技术的机床使用控制装置，包括单片机控制系统1、继电器KM1、继电器KM2及继电器KM3，继电器 KM1的线圈接入单片机控制系统中，KM1的常开触点串联接入数控机床的开机按钮回路中，所述继电器KM2的线圈串联接入数控机床的关机按钮回路中，KM2的常闭触点接入单片机控制系统中，所述继电器KM3的线圈与电流互感器串联后接入伺服电机三相交流电的一相电路中，KM3的常开触点接入单片机控制系统中。
[0039] 具体而言，如图2所示，所述单片机控制系统1包括主控制模块11、电源模块12、存储模块16、指纹录入模块2、指纹处理模块13、显示模块14、定时模块18、输出模块17和通信模块15。主控制模块11采用STM32单片机控制芯片，具体电路设计如图3所示；为方便电路各个模块的整合及扩展，电源模块12设计为5V、3.3V、2.5V及1.8V四种基准电源，为系统的其他模块供电，具体电路设计如图4所示，其中，图4a为5V稳压电源设计，图4b 为5V转2.8V电压转换电路；图4c为USB供电电路；图4d为3.3V及1.8V稳压电源设计，图4e为2.5V稳压电源设计；存储模块16用于存储机床操作人员的信息及伺服电机的启动和停止时间，具体可通过SD卡进行数据存储，SD 卡存储模块的电路设计如图5所示；指纹录入模块2用于采集机床操作人员的指纹信息，指纹处理模块13将新录入的指纹信息与预先存储的指纹信息进行比对，比对结果通过显示模块14进行显示；定时模块18用于设定机床的启动报警时间和关闭时间。
[0040] 更具体来说，指纹处理模块13包括指纹处理单元、指纹特征存储单元和通信接口单元三部分，并通过串口与主控制模块11进行数据传输。指纹处理单元采用STM32F205数字处理器为核心，实现指纹录入、图像处理、模板生成等功能，指纹处理单元的具体电路设计如图6所示；指纹特征存储单元采用SST25VF080B串行闪存器件，进行指纹存储，具体电路设计如图7所示；通信接口单元采用UART接口和通讯协议，用于将采集的指纹数据发送至主控制模块11中，具体电路设计如图8所示。主控制模块11通过串口方式与显示模块14连接，显示模块14采用3.2寸液晶显示模块，操作人员用指纹登录后，液晶显示模块能够显示操作人员姓名、编号、开机时间、运行时间等信息，显示模块14的具体电路设计如图9所示。
[0041] 进一步的，定时模块18用于设定机床的启动报警时间和关闭时间，如设定机床的启动报警时间为15分钟，到达设定时间15分钟前，报警提示达到设定时间，工作人员准备开始工作，到达设定的数控机床的关闭时间后，数控机床自动关闭，操作者进行指纹认证也不能启动机床，除非关闭数控机床总电源，重新启动设备可以用指纹识别，定时模块18的具体电路设计如图10所示。
[0042] 进一步的，输出模块17用于采集数控机床的使用状态，输出模块将数控机床开机和关机的干接点反馈至单片机控制系统1中，由主控制模块11 记录数控机床开机和关机的时间，同时输出模块17根据电流互感器采集数控机床主轴电源的状况，记录数控机床的运行状态，输出模块17的电路接线方式如图11所示。
[0043] 本实施例的控制装置安装在数控机床上，数控机床上设置有电源开关，电源开关控制数控机床上的24V电源给控制装置供电。控制装置上还设置有基于以太网的通信接口，通信模块15将控制装置中采集的指纹数据信息发送至上位机中，在上位机中对控制装置中的数据进行显示，通信模块15的具体电路设计如图12所示。
[0044] 实施例二
[0045] 如图13所示，本实施例提供一种基于指纹识别技术的机床使用控制系统，控制系统包括多台数控机床，本实施例中以30台为例，每台数控机床上安装有机床使用控制装置，所述数控机床上设置有电源开关，电源开关控制数控机床上的24V电源给控制装置供电。机床使用控制装置包括单片机控制系统1、指纹录入模块2、继电器KM1、继电器KM2和继电器 KM3；继电器KM1的线圈接入单片机控制系统中，KM1的常开触点串联接入数控机床的开机回路中，单片机控制系统将指纹录入模块录入的指纹与预先采集的指纹进行比对，若一致，则单片机控制系统1输出电流信号使KM1的常开触点闭合，并记录比对成功的时间；继电器KM2的线圈串联接入数控机床的关机按钮回路中，KM2的常开触点接入单片机控制系统中，按下数控机床的关机按钮后，KM2所在的回路产生电流，使KM2的常开触点闭合，单片机控制系统1记录数控机床的关机时间；继电器KM3 的线圈与电流互感器串联后接入伺服电机三相交流电的一相电路中，KM3 的常开触点接入单片机控制系统中，当伺服电机工作时，电流互感器产生电流使KM3的常开触点闭合，单片机控制系统1记录伺服电机的启动时间，当伺服电机停止工作时，单片机控制系统记录伺服电机的停止时间。
[0046] 具体而言，如图2至图12所示，本实施例的单片机控制系统1与实施例一种单片机控制系统基本相同，包括主控制模块11、电源模块12、存储模块16、指纹处理模块13、显示模块14、定时模块18、输出模块17 和通信模块15。主控制模块11采用STM32单片机，电源模块12为系统的其他模块供电，存储模块16用于存储机床操作人员的信息及伺服电机的启动和停止时间，指纹录入模块2用于采集机床操作人员的指纹信息，指纹处理模块13将录入的指纹信息与预先存储的指纹信息进行比对，比对结果通过所述显示模块14进行显示，定时模块18用于设定机床的启动报警时间和关闭时间，各个模块的具体电路实现可参照实施例一。
[0047] 如图14所示，本实施例的控制系统采用Modbus RTU通信接口，通过设置每台数控机床上机床使用控制装置的IP地址，将现场多个控制装置的数据统一发送至上位机中，在上位机中对控制系统的数据进行显示。
[0048] 本实施例的基于指纹识别技术的机床使用控制系统，使用时，首先打开数控机床上设置的电源开关，通过24V开关电源给机床使用控制装置供电，控制装置得电后可以进行工作。首先，操作人员通过控制装置录入指纹进行指纹比对，比对成功后，按动数控机床开机回路中的开机按钮，则数控机床可以开始工作，同时控制装置记录比对成功的时间。数控机床正常启动后，控制装置检测伺服电机电流产生和断开的时间，从而监控数控机床的运行状态。工作结束后，按下数控机床关机回路中的关机按钮，同时控制装置记录设备关闭时间。工作时，控制装置将现场多个控制装置内的操作人员信息及伺服电机启动和停止时间的信息统一发送至上位机中，在上位机中对控制系统的数据进行显示，从而避免机床设备的操作人员混乱、方便设备的统一监控管理。
[0049] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限定本实用新型，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下所作的任何修改、改进和等同替换等，均包含在本实用新型的保护范围内。
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