分布式磁性物含量采集系統

(1.華北理工大學電氣工程學院 河北 唐山 064400；2.華北理工大學信息工程學院 河北 唐山 064400)

分布式磁性物含量采集系統

劉喜鑫1邱立存2

(1.華北理工大學電氣工程學院河北唐山064400；2.華北理工大學信息工程學院河北唐山064400)

提出了基于CAN和TCP/IP協議的磁性物含量分布式采集系統。該系統由現場測量單元、CAN通訊單元、網絡通訊單元組成。系統以STM32F103RCT6為核心，移植和裁剪TCP/IP協議棧并與CAN總線互聯并完成磁性物含量數據實時的監控。測量單元激勵信號選用正弦電流，利用相量法測得線圈傳感器電壓，消除其內阻的干擾，提高了分選效率。

TCP/IP;CAN總線;相量法;正弦信號;分布式

一、測量意義和測量原理

隨著現代遠程測控的發展，傳統測量+互聯網正成為當下物聯網發展的重要一部分。磁性物含量是重介選煤重要的參數,對煤炭的分選效果有著直接的影響。

測量過程中線圈傳感器電感較大且有分布電容，因此信號頻率需低于200HZ。線繞電感可等效如圖1所示電阻和電感串聯形式[1]。激勵信號采用頻率和振幅較穩定的正弦電流信號。

圖1 磁性物含量測量的原理

線圈阻抗Z：

(1)

R0為低位漂電阻，i為激勵信號，L、R為傳感器電感和內阻。

V=|V|ejωtejφ=|V|cos(ωt+φ)+j|V|sin(ωt+φ)

(2)

(3)

如式(2)、式(3)正弦量V逆時針旋轉90o,得到相應虛部，由Hilbert變換[1]得到實部與虛部相等。

二、系統總設計

本設計中單片機產生正弦電流激勵信號，采取相量法測得線圈傳感器的響應電壓，根據電壓值的變化測的磁性重介質的含量。各節點數據通過CAN總線傳給以太網，實現對數據遠程監控，系統框圖如圖2所示。

圖2 系統框圖

測量單元由STM32單片機和漆包線圈構成，測量數據由CAN驅動器控制存儲于STM32中，由網絡幀形式封裝打包發送。相反,存儲于網絡控制器緩存中的數據，觸發CPU解析網絡包并提取關鍵數據，由CAN單元以總線幀形式發送數據[2-3]。

三、系統軟件設計

系統軟件設計主要包括3個部分:ENC28J60驅動程序設計、CAN總線程序設計以及TCP/I P協議棧的移植。

ENC28J60驅動程序包括ENC28J60的初始化和讀寫實現。ENC28J60的初始化主要對參數進行設定。ENC28J60讀寫驅動通過設置DMA相應寄存器實現ENC28J60讀寫功能[4-6]。CAN總線程序通過操作STM32內部CAN寄存器實現。TCP/IP協議棧流程圖如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

四、總結

本設計采用正弦電流信號相比傳統激勵性有好的穩定性，在此基礎上采取相量法測量電感電壓，所得到的磁性含量數據更為準確。通過不同溫度下采集各節點數據實驗，得知系統可以有效抑制溫漂。采用CAN總線能夠有效拓展采集節點數量，實現對磁性物含量數據的分布式采集和遠程傳輸。

[1]賀智國,趙威,騫永博,等.基于Hilbert變換和跟蹤濾波的正弦掃描數據處理方法研究[J].強度與環境,2012(4):40-45.

[2]劉繼忠,邱于兵,黃翔.基于ARM 的遠程溫濕度監測系統的設計[J].儀表技術與傳感器2012,8:90-92.

[3]丁雪靜,許永輝.基于MCP2515的CAN總線通信單元設計[J].現代電子技術,2015,38(21):60-63.

[4]鹿海霞,王丹麟,楊衛民.CAN總線協議到EtherCAT從站協議的轉換網關設計[J].單片機與嵌入式系統應用,2013,(02):48-51.

[5]張丁丁,孫志毅.TCP/IP協議棧的實現方法[J].工業控制計算機,2013,(09):35-36.

[6]丁力,吳文婷,徐萌萌,陶燦輝,宋志平.基于DSP技術和CAN總線的數據采集系統設計[J].測控技術,2014,(10):56-59.

劉喜鑫，男，漢族，河北唐山人，碩士，華北理工大學電氣學院，研究方向：智能控制與檢測。