基于STM32的電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

俞雙懋 黃文超

(山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠 山東 青島 266101)

一、總體方案設(shè)計(jì)

本文以STM32為主控制器，SE930振動(dòng)傳感器傳感器輸出4-20mA電流信號(hào)，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的振動(dòng)信號(hào)傳輸給STM32，通過CAN總線將振動(dòng)信號(hào)傳輸給上位機(jī)。STM32內(nèi)部自帶CAN控制器bxCAN，加上外圍的TJA1040收發(fā)器，再通過一個(gè)USBCAN智能CAN接口卡，就能方便實(shí)現(xiàn)STM32與上位機(jī)PC的通信。用于振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及查詢，總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

二、硬件設(shè)計(jì)

(一)微處理選型

微控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定有序的工作，在整個(gè)系統(tǒng)中起至關(guān)重要的作用，微控制器的選擇是很關(guān)鍵的一步，需要從微控制器的性能、技術(shù)指標(biāo)、功耗、軟件支持等方面，同時(shí)結(jié)合本文所需的接口和要實(shí)現(xiàn)的功能等因素，來綜合選擇微控制器的型號(hào)[3]。

本系統(tǒng)系統(tǒng)選用STM32F103RBT6微控制器，同傳統(tǒng)的8位和16位單片機(jī)相比，SMT32單片機(jī)具有更多的片上外設(shè)和更先進(jìn)的內(nèi)核架構(gòu)，操作系統(tǒng)可以進(jìn)行多任務(wù)執(zhí)行；同高端的CPU相比其成本低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)[3]。

(二)傳感器選型

SE930防爆一體化壓電式振動(dòng)傳感器主要由壓電敏感元件、放大、積分電路、電壓電流轉(zhuǎn)換等電路組成，動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良、頻響寬、壽命長(zhǎng)、外觀小巧。可選測(cè)量機(jī)殼振動(dòng)加速度、速度或者位移值。SE930防爆一體化壓電式振動(dòng)變送器可廣泛用于風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)組、磨煤機(jī)、制氧機(jī)、發(fā)電機(jī)、離心機(jī)、壓縮機(jī)、水泵、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸承振動(dòng)測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)控。一款兩線制振動(dòng)傳感器，輸出4—20mA的電流信號(hào)，可直接供給采集器或者監(jiān)控設(shè)備。

(三)通訊模塊設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控電解吸垢系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時(shí)還要滿足多系統(tǒng)模塊化工作的需求，本文選用了CAN總線通信方式。通過CAN總線方式，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)同時(shí)控制多組吸垢系統(tǒng)，同時(shí)能夠完成電解吸垢系統(tǒng)的啟停信號(hào)、故障報(bào)警信號(hào)、電流、電壓等數(shù)據(jù)的傳輸。STM32內(nèi)部自帶CAN控制器bxCAN，加上外圍的TJA1040收發(fā)器，再通過一個(gè)USBCAN智能CAN接口卡，就能方便實(shí)現(xiàn)STM32與上位機(jī)PC的通信[4]，如圖2所示。STM32的bxCAN控制器支持2.0A和2.0B協(xié)議，最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)1Mbps，支持11位的標(biāo)準(zhǔn)幀格式和29位的拓展幀格式的接收與發(fā)送，具備3個(gè)發(fā)送郵箱和2個(gè)接收FIFO，還有3級(jí)可編程濾波器[4]。

圖2 CAN通信電路設(shè)計(jì)

三、軟件設(shè)計(jì)

采用VC++6.0編寫上位機(jī)軟件，用于電機(jī)振動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。首先配置CAN通信參數(shù)，設(shè)置人員登錄信息，通過SQL server數(shù)據(jù)庫保存歷史數(shù)據(jù)，通過波形分析、頻譜分析、包絡(luò)分析、自相關(guān)分析、短時(shí)FFT分析和全矢譜分析實(shí)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，引入電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)分析趨勢(shì)圖，如圖3所示。

圖3 電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)

四、結(jié)語

為保障制絲工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性和連續(xù)性，保障制絲設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。本文采用STM32和SE930振動(dòng)傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括振動(dòng)信號(hào)的感知模塊、振動(dòng)信號(hào)采集模塊、遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控和診斷模塊。該系統(tǒng)可以通過振動(dòng)信號(hào)來監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，通過特定算法預(yù)測(cè)故障，保障制絲設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的實(shí)用性。