金屬帶鋸床故障報警系統設計

孫榮霞 劉騰發 劉暢 葛衛華

摘 ?要：金屬帶鋸床是一種對金屬進行加工、切割的數控機床，工作人員將設定好的數據輸入系統，機床就可以自行加工直到完成。但是當機床在無人值守時遇到一些突發狀況（如鋸條斷裂）無法自行處理，需要人工進行手動操作。基于上述突發狀況設計一個基于GSM的金屬帶鋸床故障報警系統。硬件部分主要包括：溫度傳感器（DS18B20）、A3144霍爾傳感器、TC35通信模塊和STM8S208MB單片機等。系統的軟件部分主要是通過IAR對單片機進行開發來實現溫度和轉速的監測。單片機控制TC35將故障信息通過短信的方式發送給工作人員。

關鍵詞：GSM ?TC35 ?STM8 ?短信 ?故障報警

中圖分類號：TP277 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）06（a）-0021-03

隨著國內金屬加工產品需求日益增多，因此金屬帶鋸床行業得到了快速發展[1]。金屬帶鋸床通過使用先進的信號采集設備，整體向著高精度、高效率的方向發展。由于金屬帶鋸床的自動化程度較高，大部分時間都工作在無人值守的狀態，當金屬帶鋸床運行出現故障的時候，如何讓工作人員及時發現，并對鋸床進行實時監測的控制手段就變得非常重要。但一般的遠程監測系統的價格非常昂貴，且對網絡的要求非常高[2]。GSM移動通信網是目前覆蓋范圍最廣泛的網絡，所以利用GSM網絡通過短信的方式對鋸床進行遠程監測。

1 ?系統硬件設計

整個系統由一部手機、TC35模塊、溫度傳感器、霍爾傳感器、STM8S208MB單片機及外圍電路等組成。系統硬件框圖如圖1所示。

系統的原理為：由系統的溫度傳感器實時監測環境溫度及鋸床水溫，A3144霍爾傳感器測量鋸床電機的轉速。當水溫或者轉速超過用戶設定的閾值時，單片機通過串口控制TC35模塊發送故障短信給目的手機號碼。維修人員得知故障后可以及時趕到現場維護。

2 ?系統軟件設計

該系統的軟件設計主要包括短信發送程序、溫度測量程序、轉速測量程序的設計等。系統程序流程圖如圖2所示。

2.1 溫度測量程序設計

溫度的測量采用的是DS18B20，由于程序是通過寄存器進行編寫的，所以該部分程序設計最主要的是要注意DS18B20的時序問題。為了更好地集成主函數，測溫部分的程序如下所示。

void DS18B20_get_Temperature（u8 ch）;

{ ? ? ? u8 msb_byte=0，lsb_byte=0;

DS18B20_reset（）;

DS18B20_Wbyte（0xCC）;

DS18B20_Wbyte（0xBE）;

lsb_byte=DS18B20_Rbyte（）;

msb_byte=DS18B20_Rbyte（）;

Tem_u16=msb_byte;

Tem_u16=Tem_u16<<8;

Tem_u16=Tem_u16|lsb_byte; ?if（Tem_u16<=0x0831）//溫度閾值設定

flag=1;

else

flag=0;

Tem_f=Tem_u16*0.0625; ?Tem_u16=（u16）（Tem_f+0.5）;

}

通過在程序中設定溫度的閾值，實現對鋸床溫度的監控。當溫度超過閾值，單片機通過控制TC35向工作人員發送故障信息。

2.2 轉速測量程序設計

霍爾傳感器測速的原理為每當永磁鐵經過傳感器一次，傳感器就會產生一個脈沖信號發送給STM8，通過檢測信號的頻率來確定轉速。該文采用的是STM8S208MB中TIM1資源的輸入捕獲功能進行計數。測速的部分程序如下。

void ZhuanSu（void）

{ ? TIM1_CCR1H=0x00;

TIM1_CCR1L=0x00;

TIM1_CCER1|=0x01;

while（（TIM1_SR1&0x02）==0）;

A =（u16）TIM1_CCR1H<<8;

A|=TIM1_CCR1L;

while（（TIM1_SR1&0x02）==0）; B=（u16）TIM1_CCR1H<<8;

B|=TIM1_CCR1L;

TIM1_CCER1&=0xFE

SYS=（B-A）;

}

2.3 短信發送程序設計

短信的發送是單片機通過串口向TC35模塊發送AT指令完成的。TC35可以發送中文和英文短信，為了讀取方便所以使用的是發送中文短信。短信發送程序流程圖如圖3所示。

3 ?系統測試及改進

該系統基于上述原理完成了實物并進行了多次測試。在GSM信號接收正常的情況下，分別模擬了金屬帶鋸床水溫過高、鋸條轉速過快和鋸條斷裂等意外情況的發生，系統可以迅速反應并準確無誤地將情況發送給工作人員。

對多次測試結果進行分析，當網絡環境出現波動時，會造成系統反應遲鈍，信息發送延遲較大，故對TC35的天線部分進行了改進，將天線加強后并伸出設備，使網絡信號得到大幅優化，系統應答更加迅速。

該系統將單片機與GSM模塊聯系起來，通過單片機的串口向TC35發送指令和數據，利用現有的GSM實現了遠程數據的傳輸。金屬帶鋸床故障報警系統的設計使其在任何有GSM網絡的地方都能對系統進行監控，提高了設備的自動化程度。

參考文獻

[1] 接鑫，高連興.金屬帶鋸床的技術現狀及發展趨勢分析[J].機床與液壓，2016，44（17）：188-190.

[2] 閔軍，蔣文萍，孫陳影，等.基于STM8單片機的無線報警系統設計[J].消防科學與技術，2019，38（1）：119-121.

[3] 馮春暉.基于GSM的家庭安全報警系統設計[J].信息技術，2016（10）：212-216.

[4] 石聰，劉小華，孔令琴，等.基于STM8的士兵心率呼吸率監測預警裝置設計[J].傳感器與微系統，2017，36（4）：90-93.

[5] 夏振華，蔡昌新，王曉爽.遠程故障診斷報警系統的設計[J].工業儀表與自動化裝置，2010（4）：62-63，79.