王師原

摘 要：皮帶傳動(dòng)設(shè)備故障檢測系統(tǒng)主要是指當(dāng)皮帶傳動(dòng)裝置發(fā)生故障時(shí)的檢測以及恢復(fù)系統(tǒng)，保障其能在工業(yè)等方面正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該文主要設(shè)計(jì)了一種皮帶傳動(dòng)設(shè)備故障檢測系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)檢測、報(bào)警以及保護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：皮帶傳動(dòng) 硬件架構(gòu) 自動(dòng)檢測

中圖分類號：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0056-02

1 研究背景及意義

皮帶傳動(dòng)是指其可以產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)傳動(dòng)輪的力傳遞到另一個(gè)上。皮帶的優(yōu)點(diǎn)是有很好的彈性，能在工作中緩解震動(dòng)和沖擊，使其平穩(wěn)沒有噪音。當(dāng)負(fù)載量過大時(shí)，皮帶便會(huì)在輪上打滑，因此可以防止其他零件損壞，起到安全保護(hù)作用。皮帶是一個(gè)中間零件，它可以根據(jù)需求來選取長度，以適應(yīng)中心距要求較大的工作條件。結(jié)構(gòu)簡單且容易制造，成本較低。

設(shè)計(jì)研發(fā)一套帶通信的皮帶保護(hù)系統(tǒng)，其中包含皮帶保護(hù)和主控制器。皮帶保護(hù)是確保皮帶可以安全運(yùn)行的各種開關(guān)，之前的皮帶保護(hù)基本上都是通過分組串連接至可編程控制器（PLC）上，當(dāng)其中有一個(gè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，PLC便可以完成皮帶停機(jī)的功能，但只可以顯示是哪一組動(dòng)作，不能具體到某一個(gè)保護(hù)上。我們現(xiàn)在想開發(fā)一種可以識別皮帶保護(hù)地址的系統(tǒng)，也就是說，當(dāng)由于皮帶保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致皮帶停機(jī)后，可以在主控制器及上位機(jī)（通過PLC）上顯示出具體是哪種以及哪一個(gè)皮帶保護(hù)動(dòng)作了。

2 MiniSTM32開發(fā)板硬件解析

2.1 STM32硬件體系結(jié)構(gòu)

STM32內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，采用Corte-M3內(nèi)核的微控制器，增強(qiáng)I/O端口和可以連接到兩條APB總線的外設(shè)。這些器件無論什么型號都包括2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM定時(shí)器，還有多達(dá)2個(gè)I2C接口和SPI接口、1個(gè)USB接口、3個(gè)USART接口和1個(gè)CAN接口。STM32處理器的供電電壓為2.0～3.6 V，溫度范圍為-40 ℃～+85 ℃，擴(kuò)展溫度范圍為-40 ℃～+105℃這些省電模式可以確保低功耗應(yīng)用的要求。

2.2 STM32單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括工業(yè)、儀表、機(jī)器人以及家用電器等等，這些應(yīng)用領(lǐng)域大大提升了產(chǎn)品功能、質(zhì)量以及產(chǎn)品的精度。

（1）操作簡便、價(jià)格低廉。

初次接觸單片機(jī)的初學(xué)者，只需要一條ISP下載線，把編輯好的程序或者需要調(diào)試的軟件程序直接寫入STM32單片機(jī)即可，這樣便可以開發(fā)STM32單片機(jī)系列中各種被封裝的器件。STM32單片機(jī)便于升級，價(jià)格低廉?？梢灾苯釉陔娐钒迳线M(jìn)行程序的修改、燒錄等操作，便于產(chǎn)品升級。

（2）低耗、高速、保密。

STM32單片機(jī)耗能低，有些器件可以在低電壓下工作。而且在STM32單片機(jī)上包含預(yù)取指令的功能，可以使指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)全部執(zhí)行。即在執(zhí)行一條指令時(shí)，可以預(yù)先將下一條的指令取進(jìn)來。并且數(shù)據(jù)的處理速度快。STM32單片機(jī)上包含32個(gè)通用工作寄存器。最后，STM32單片機(jī)具有不易被破解的位加密鎖Lock Bit技術(shù)，使其保密性能良好。

（3）I/O口功能強(qiáng)，具有A/D轉(zhuǎn)換等電路。

STM32單片機(jī)的I/O口能準(zhǔn)確反映輸入/輸出口的真實(shí)情況。那些具有大電流的工業(yè)級產(chǎn)品，可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或者可控硅SCR，有效地節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。同時(shí)，STM32單片機(jī)內(nèi)只帶模擬比較器，可以將I/O口用作A/D轉(zhuǎn)換，組成A/D轉(zhuǎn)換器。STM32單片機(jī)具有很高的可靠性，可以重設(shè)啟動(dòng)復(fù)位。

（4）有強(qiáng)大的通訊接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。

STM32單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器因存在兩種位數(shù)，可以用作比較器。此外，STM32單片機(jī)具有高速的特性，它有串行異步通訊UART接口，因此不會(huì)占用SPI同步傳輸功能。

（5）片內(nèi)EEPROM。

與FLASH不同，EEPROM電可擦除只讀存儲(chǔ)器是按照字節(jié)讀寫的，作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間存在。EEPROM的使用時(shí)常至少為100 000次擦除周期。其訪問方式由控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和地址寄存器來決定，可以通過SPI和JTAG以及并行電纜來下載EEPROM數(shù)據(jù)操作。

3 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)主要包括電源設(shè)計(jì)、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)、光耦設(shè)計(jì)、繼電器設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)、下載端口設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、開關(guān)量設(shè)計(jì)、閉鎖線檢測電路設(shè)計(jì)、PLC開關(guān)量通過RS232的電路設(shè)計(jì)、預(yù)留PLC電路設(shè)計(jì)以及單片機(jī)所需引腳的連接。

3.1 RS232通信模塊

RS232是 一種PC機(jī)通信中比較常用的串行接口。通過RS232通信模塊，PLC開關(guān)量發(fā)送數(shù)據(jù)與STM32進(jìn)行通信，以此來進(jìn)行整體操作的控制。

RS-232采用單端通信的不平衡傳輸方式，在低速率串行通訊中，是一種可以加大通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。將接收和發(fā)送端的數(shù)據(jù)信號看成信號地。信號在正負(fù)電平之間上下波動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器會(huì)輸出不同電壓的正電平和負(fù)電平。正電平的電壓大小在+5～+15 V，負(fù)電平的電壓在-5～-15 V。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上電平為TTL電平，因此，在開始傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸截止，線上電平由TTL電平至RS232電平再返到TTL電平。

3.2 STM32 RTC時(shí)鐘模塊

RTC模塊的計(jì)數(shù)器是一組具有可以連續(xù)計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，它和時(shí)鐘配置系統(tǒng)在后備區(qū)域，RTC可以保證當(dāng)系統(tǒng)重置或喚醒時(shí)的時(shí)間和設(shè)置不更改。但在系統(tǒng)重置后，為了防止后備區(qū)域被進(jìn)行意外寫，會(huì)自動(dòng)禁止訪問RTC和后備寄存器。

RTC由APB1接口和一系列可編程計(jì)數(shù)器這兩部分組成。APB1接口與APB1總線相連，其一組16位寄存器可通過總線進(jìn)行讀寫；一系列可編程的計(jì)數(shù)器又叫RTC核，包括預(yù)分頻模塊和一個(gè)32位可編程計(jì)數(shù)器。

另有復(fù)位電路、下載端口等模塊，不在這里一一贅述。

4 硬件實(shí)現(xiàn)

4.1 下載硬件連接

該開發(fā)板提供3種固件載入方式：JLINK（PC通過JTAG與主控制器連接）、串口轉(zhuǎn)USB口和LAN。下載線同時(shí)通過JLINK，串口轉(zhuǎn)USB口，由這個(gè)口提供電源。

4.2 下載過程文件

把硬盤中已經(jīng)編譯好的.hex文件下載到電路板上。

4.3 硬件運(yùn)行

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(yùn)行系統(tǒng)，前臺PC機(jī)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(jī)，若想停止系統(tǒng)，關(guān)閉電源即可。

參考文獻(xiàn)

[1] 張建，王鳳賀，張秋菊.用STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式手持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2002（4）：25-28.

[2] 周俊杰.嵌入式C編程與Atmel STM32[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.