皮帶傳動設備故障檢測系統(tǒng)設計概要

孫斌

摘 要：隨著國家經(jīng)濟工業(yè)的發(fā)展，皮帶傳動裝置應用于各行各業(yè)中，在工業(yè)、制造業(yè)等領(lǐng)域都起著至關(guān)重要的作用。該文主要設計了一種基于STM32單片機的皮帶傳動設備故障檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)故障的自動檢測、報警以及保護功能。

關(guān)鍵詞：STM32 皮帶傳動 自動檢測

中圖分類號：TH133 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0055-02

皮帶傳動裝置的應用越來越廣泛，而如何才能確保其能夠順利流暢運轉(zhuǎn)，不因其發(fā)生故障而影響生產(chǎn)才是關(guān)鍵，該文主要介紹了皮帶傳動設備故障監(jiān)測系統(tǒng)主控制器的通信、主控制器與PC的通信、主控制器通過LCD顯示信息、主控制器將數(shù)據(jù)存入EEPROM、主控制器將數(shù)據(jù)通過MODBUS協(xié)議重新打包并發(fā)送給每個站點及檢測控制模塊設計。主要實現(xiàn)的功能是把最后檢測節(jié)點所獲得的所有檢測節(jié)點的信息組成數(shù)據(jù)包通485總線發(fā)送給主控制器，完成數(shù)據(jù)包的解析，解析出故障后進行故障報警，然后控制繼電器的通斷，進行故障保護，并與PLC進行通信、將數(shù)據(jù)顯示在主控制器的LCD上、將數(shù)據(jù)存入EEPROM及重新將數(shù)據(jù)通過MODBUS協(xié)議打包發(fā)送給每個站點進行控制。

1 系統(tǒng)總體設計

節(jié)點電路板把傳過的所有拉繩開關(guān)和其他開關(guān)量的信息打成數(shù)據(jù)包，通過485總線發(fā)給單片機，單片機對數(shù)據(jù)包進行包頭識別，數(shù)據(jù)包的解析，把故障顯示在PC機上，并且可以顯示出是哪個節(jié)點出現(xiàn)故障。兩路皮帶需兩個485接口芯片。解析出故障后通過光電耦合器控制繼電器輸出開關(guān)量進行故障保護。設計時為了保證有故障就立即停，所以設置了閉鎖線檢測，只要有故障皮帶就動作。另外有PLC開關(guān)量控制總體的通斷接收發(fā)送，預留兩路PLC是甲方要求以后預備其他功能。從而實現(xiàn)了皮帶故障保護。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 按鍵模塊

STM32開發(fā)板總共有3個按鍵，KEY0和KEY1用作普通按鍵輸入，分別連接在PA13和PA15上，它們都連接在了JTAG相關(guān)的引腳上（KEY0還連接在SWDIO上），這樣，在使用KEY0和KEY1的時候，就不能使用JTAG來調(diào)試了，這點使用時要注意。 KEY0和KEY1還和PS/2的DAT和CLK線共用，他們都通過JTAG的上拉電阻來提供上拉。

2.2 液晶顯示模塊

LCD1是一個通用的液晶模塊接口。OLED是一個給OLED顯示模塊供電的接口，它和LCD1拼接在一起。當使用2.4/2.8的LCD時，我們接到LCD1上就可以了，而當我們使用ALIENTEK 的OLED模塊時，則接OLED排陣做電源，同時會連接到LCD1上的部分管腳，從而實現(xiàn)OLED與MCU的連接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容：ALIENTEK的TFTLCD模塊、紅牛開發(fā)板的液晶模塊、CRE開發(fā)板的液晶模塊、STMSKY開發(fā)板的液晶模塊等。所以，如果有以上幾款開發(fā)板的液晶模塊，或者接口與上面原理圖是兼容的，都是可以在ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板上使用的。

2.3 RS232通信模塊

PLC開關(guān)量通過RS232通信模塊發(fā)送給STM32F103RBT6進行通信，控制整體操作。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地。典型的 RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5～+15 V，負電平在-5～-15 V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12 V與-3～-12 V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2～3 V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15 m，最高速率為20 Kbps。

2.4 液晶顯示模塊

ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板載有目前比較通用的液晶顯示模塊接口，LCD1是一個通用的液晶模塊接口。OLED是一個給OLED顯示模塊供電的接口，它和LCD1拼接在一起。當使用2.4/2.8的LCD時，我們接到LCD1上就可以了，而當我們使用ALIENTEK的OLED模塊時，則接OLED排陣作電源，同時會連接到LCD1上的部分管腳，從而實現(xiàn)OLED與MCU的連接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容：ALIENTEK的TFTLCD模塊、紅牛開發(fā)板的液晶模塊、CRE開發(fā)板的液晶模塊、STMSKY開發(fā)板的液晶模塊等。所以，如果有以上幾款開發(fā)板的液晶模塊，或者接口與上面原理圖兼容的，都是可以在ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板上使用的。這些引腳與MCU的連接關(guān)系我們在這里就不一一列出了，可以從MCU的原理圖上找到。

2.5 EEPROM模塊

ALIENTEK MiniSTM32自帶了24C02的EEPROM芯片，該芯片的容量為2Kbit，也就是256個字節(jié)，對于我們普通應用來說是足夠了的。也可以選擇換大的芯片，因為在原理上是兼容24C02～24C512全系列的EEPROM芯片的。

把A0～A2接地，對24C02來說也就是把地址位設置成了0了。IIC_SCL接在MCU的PC12上，IIC_SDA接在MCU的PC11上，如果想在ALIENTEK MiniSTM32開發(fā)板上使用硬件IIC，也可以，你只需要設置PC11和PC12為浮空輸入，然后把PB10和PB11（IIC2）或者PB6和PB7（IIC1）通過飛線連接到PC11和PC12上就可以使用硬件IIC了。

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件是在KEIL開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)開發(fā)的，采用C語言編程以及modbus協(xié)議用于控制器的通信。C語言具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于模塊化程序設計，在該故障檢測系統(tǒng)中，各模塊主要包括：主函數(shù)模塊，數(shù)據(jù)包校驗模塊，拉繩故障報警模塊，其他故障報警模塊，485串口接收中斷處理模塊，拉繩地址解析與控制繼電器模塊，其他地址解析與控制繼電器模塊，RTC實時時鐘模塊，EEPROM數(shù)據(jù)存儲模塊，MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)打包模塊以及各模塊串口及變量的賦值與定義。

4 結(jié)語

首先，在測試結(jié)果前，先檢查一下電路連接和硬件是否正確，接著，我們下載已經(jīng)編寫好的程序，程序下載完畢后，接通電源，開發(fā)板R2323的RX與TX分別接到USART1的TX與RX，即就是PA9與PA10。然后運行系統(tǒng)，前臺PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)包通過485總線傳輸，傳送給主板解析后發(fā)送給下臺PC機，若想停止系統(tǒng)，關(guān)閉電源即可。經(jīng)測試，系統(tǒng)運行正常，并且可以正確將故障點反饋到主處理器和顯示器上。

參考文獻

[1] 張軍.STM32單片機應用系統(tǒng)開發(fā)典型實例[M].中國電力出版社，2005.

[2] 王天苗，魏洪興.嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)[M].清華大學出版社，2008.