皮帶傳動設備故障檢測系統設計概要

孫斌

摘 要：隨著國家經濟工業的發展，皮帶傳動裝置應用于各行各業中，在工業、制造業等領域都起著至關重要的作用。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，實現故障的自動檢測、報警以及保護功能。

關鍵詞：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，不因其發生故障而影響生產才是關鍵，該文主要介紹了皮帶傳動設備故障監測系統主控制器的通信、主控制器與PC的通信、主控制器通過LCD顯示信息、主控制器將數據存入EEPROM、主控制器將數據通過MODBUS協議重新打包并發送給每個站點及檢測控制模塊設計。主要實現的功能是把最后檢測節點所獲得的所有檢測節點的信息組成數據包通485總線發送給主控制器，完成數據包的解析，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、將數據顯示在主控制器的LCD上、將數據存入EEPROM及重新將數據通過MODBUS協議打包發送給每個站點進行控制。

1 系統總體設計

節點電路板把傳過的所有拉繩開關和其他開關量的信息打成數據包，通過485總線發給單片機，單片機對數據包進行包頭識別，數據包的解析，把故障顯示在PC機上，并且可以顯示出是哪個節點出現故障。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開關量控制總體的通斷接收發送，預留兩路PLC是甲方要求以后預備其他功能。從而實現了皮帶故障保護。

2 系統硬件設計

2.1 按鍵模塊

STM32開發板總共有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OLED與MCU的連接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容：ALIENTEK的TFTLCD模塊、紅牛開發板的液晶模塊、CRE開發板的液晶模塊、STMSKY開發板的液晶模塊等。所以，如果有以上幾款開發板的液晶模塊，或者接口與上面原理圖是兼容的，都是可以在ALIENTEK MiniSTM32開發板上使用的。

2.3 RS232通信模塊

PLC開關量通過RS232通信模塊發送給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、發端的數據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，在發送數據時，發送端驅動器輸出正電平在+5～+15 V，負電平在-5～-15 V電平。當無數據傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數據到結束，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OLED與MCU的連接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容：ALIENTEK的TFTLCD模塊、紅牛開發板的液晶模塊、CRE開發板的液晶模塊、STMSKY開發板的液晶模塊等。所以，如果有以上幾款開發板的液晶模塊，或者接口與上面原理圖兼容的，都是可以在ALIENTEK MiniSTM32開發板上使用的。這些引腳與MCU的連接關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，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 系統軟件設計

軟件是在KEIL開發環境下實現開發的，采用C語言編程以及modbus協議用于控制器的通信。C語言具有良好的程序結構，適用于模塊化程序設計，在該故障檢測系統中，各模塊主要包括：主函數模塊，數據包校驗模塊，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數據存儲模塊，MODBUS協議數據打包模塊以及各模塊串口及變量的賦值與定義。

4 結語

首先，在測試結果前，先檢查一下電路連接和硬件是否正確，接著，我們下載已經編寫好的程序，程序下載完畢后，接通電源，開發板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，前臺PC機發送的數據包通過485總線傳輸，傳送給主板解析后發送給下臺PC機，若想停止系統，關閉電源即可。經測試，系統運行正常，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單片機應用系統開發典型實例[M].中國電力出版社，2005.

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