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

分布式磁性物含量采集系統(tǒng)

劉喜鑫1邱立存2

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

提出了基于CAN和TCP/IP協(xié)議的磁性物含量分布式采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元、CAN通訊單元、網(wǎng)絡(luò)通訊單元組成。系統(tǒng)以STM32F103RCT6為核心，移植和裁剪TCP/IP協(xié)議棧并與CAN總線互聯(lián)并完成磁性物含量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)控。測(cè)量單元激勵(lì)信號(hào)選用正弦電流，利用相量法測(cè)得線圈傳感器電壓，消除其內(nèi)阻的干擾，提高了分選效率。

TCP/IP;CAN總線;相量法;正弦信號(hào);分布式

一、測(cè)量意義和測(cè)量原理

隨著現(xiàn)代遠(yuǎn)程測(cè)控的發(fā)展，傳統(tǒng)測(cè)量+互聯(lián)網(wǎng)正成為當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要一部分。磁性物含量是重介選煤重要的參數(shù),對(duì)煤炭的分選效果有著直接的影響。

測(cè)量過程中線圈傳感器電感較大且有分布電容，因此信號(hào)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(lián)形式[1]。激勵(lì)信號(hào)采用頻率和振幅較穩(wěn)定的正弦電流信號(hào)。

圖1 磁性物含量測(cè)量的原理

線圈阻抗Z：

(1)

R0為低位漂電阻，i為激勵(lì)信號(hào)，L、R為傳感器電感和內(nèi)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(shí)針旋轉(zhuǎn)90o,得到相應(yīng)虛部，由Hilbert變換[1]得到實(shí)部與虛部相等。

二、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中單片機(jī)產(chǎn)生正弦電流激勵(lì)信號(hào)，采取相量法測(cè)得線圈傳感器的響應(yīng)電壓，根據(jù)電壓值的變化測(cè)的磁性重介質(zhì)的含量。各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過CAN總線傳給以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

測(cè)量單元由STM32單片機(jī)和漆包線圈構(gòu)成，測(cè)量數(shù)據(jù)由CAN驅(qū)動(dòng)器控制存儲(chǔ)于STM32中，由網(wǎng)絡(luò)幀形式封裝打包發(fā)送。相反,存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)控制器緩存中的數(shù)據(jù)，觸發(fā)CPU解析網(wǎng)絡(luò)包并提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，由CAN單元以總線幀形式發(fā)送數(shù)據(jù)[2-3]。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)部分:ENC28J60驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、CAN總線程序設(shè)計(jì)以及TCP/I P協(xié)議棧的移植。

ENC28J60驅(qū)動(dòng)程序包括ENC28J60的初始化和讀寫實(shí)現(xiàn)。ENC28J60的初始化主要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。ENC28J60讀寫驅(qū)動(dòng)通過設(shè)置DMA相應(yīng)寄存器實(shí)現(xiàn)ENC28J60讀寫功能[4-6]。CAN總線程序通過操作STM32內(nèi)部CAN寄存器實(shí)現(xiàn)。TCP/IP協(xié)議棧流程圖如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

四、總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用正弦電流信號(hào)相比傳統(tǒng)激勵(lì)性有好的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上采取相量法測(cè)量電感電壓，所得到的磁性含量數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。通過不同溫度下采集各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，得知系統(tǒng)可以有效抑制溫漂。采用CAN總線能夠有效拓展采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性物含量數(shù)據(jù)的分布式采集和遠(yuǎn)程傳輸。

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