時(shí)松，周孟然，胡鋒

（1.安慶聯(lián)動(dòng)屬具股份有限公司，安徽 安慶 246001；2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232000）

叉車屬具是一種用于自動(dòng)化裝卸或短距離搬運(yùn)的一種高效率設(shè)備，其種類也多種多樣。隨著自動(dòng)化工廠的快速發(fā)展以及其較高效的裝卸和搬運(yùn)效率，叉車屬具越來越廣泛地應(yīng)用于工廠內(nèi)的貨物搬運(yùn)和裝卸。叉車屬具完成貨物的裝載、搬運(yùn)等一系列動(dòng)作主要是依賴叉車油路的液壓，現(xiàn)階段針對(duì)叉車屬具夾緊力的檢測(cè)設(shè)備缺乏，導(dǎo)致了我們無法準(zhǔn)確掌握夾緊力的情況。基于這一現(xiàn)實(shí)需求，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種叉車屬具夾緊力無線檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)叉車屬具夾緊力的無線式、精準(zhǔn)檢測(cè)對(duì)推動(dòng)叉車屬具領(lǐng)域的智能化具有參考價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

叉車屬具夾緊力無線檢測(cè)系統(tǒng)主要由軟硬件兩大部分組成，硬件部分主要由前端的檢測(cè)端和手持式的無線端組成，其中前端的檢測(cè)端主要包含多個(gè)壓力傳感器、AD模塊以及微控制器1等，手持式的無線端主要包含微控制器2、觸摸屏、預(yù)警模塊以及儲(chǔ)存模塊等；軟件部分主要包含系統(tǒng)的主程序、各功能模塊子程序以及相關(guān)的初始化子程序等。叉車屬具夾緊力無線檢測(cè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)進(jìn)行叉車屬具夾緊力檢測(cè)的基本流程為：首先，在系統(tǒng)開機(jī)后出現(xiàn)歡迎界面和系統(tǒng)主界面，通過觸摸屏選擇系統(tǒng)的功能（實(shí)時(shí)檢測(cè)、夾緊力數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以及歷史數(shù)據(jù)查閱），在選定系統(tǒng)功能后，會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的功能子界面。若是進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè)子界面，則微控制器2通過自帶的無線通信接口和微控制器1進(jìn)行通訊，隨后微控制器1驅(qū)動(dòng)AD模塊和壓力傳感器進(jìn)行叉車屬具夾緊力的采集并以數(shù)字量的形式返回微控制器1，接著通過無線通信傳輸至微控制器2，并在觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，最終實(shí)現(xiàn)夾緊力的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 壓力傳感器

壓力傳感器主要是用于實(shí)現(xiàn)叉車屬具夾緊力的精準(zhǔn)檢測(cè)，其主要包括壓力傳感器探頭和壓力變送器兩部分。采用型號(hào)為DYMH-102的承載力為5t的壓阻式傳感探頭來將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后，采用型號(hào)為DY510壓力變送器，利用原裝進(jìn)口高性能器件將DYMH-102壓力傳感器探頭輸出信號(hào)進(jìn)行精密方法和調(diào)理，最終輸出0～5V可以被AD模塊識(shí)別的電信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)叉車屬具夾緊力的準(zhǔn)確檢測(cè)。DYMH-102壓力傳感器探頭和DY510壓力變送器的實(shí)物如圖2和圖3所示。

圖2 DYMH-102壓力傳感器探頭實(shí)物圖

圖3 DY510壓力變送器實(shí)物圖

2.2 AD模塊

壓力傳感器采集得到的是一個(gè)0～5V的模擬量的電信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化，采用ADS1158模塊將0～5V的電信號(hào)數(shù)字化。該芯片具有優(yōu)異的模數(shù)轉(zhuǎn)換性能，其具有16通道的16為AD采樣接口，采用SPI通訊接口可以輕松地和微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。ADS1158兼顧了采樣精度和采樣速度，對(duì)于夾緊力檢測(cè)這一任務(wù)可以展示出優(yōu)異的性能，同時(shí)，簡單的通信方式使得叉車屬具的夾緊力的變化和傳輸易于實(shí)現(xiàn)。

2.3 微控制器

STM32WB55R多協(xié)議無線和超低功耗設(shè)備嵌入了一個(gè)功能強(qiáng)大的超低功耗收發(fā)機(jī)，符合Bluetooth?低能SIG規(guī)范v5.0和IEEE802.15.4-2011，采用芯片自帶的無線收發(fā)功能可以有效地節(jié)約成本和降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尺寸。STM32WB55R包含一個(gè)專用的Arm?Cortex?-M0+，用于執(zhí)行所有實(shí)時(shí)底層操作。這些設(shè)備設(shè)計(jì)為極低功耗，基于高性能Arm?Cortex?-M4 32位RISC內(nèi)核，工作頻率高達(dá)64MHz，這些優(yōu)異性能保障了該芯片可以滿足夾緊力無線檢測(cè)的設(shè)計(jì)需要。STM32WB55還具有標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口，即一個(gè)USART（ISO 7816、IrDA、Modbus和智能卡模式）、一個(gè)低功耗UART（LPUART）、兩個(gè)I2C（SMBus/PMBus）、兩個(gè)SPI（一個(gè)用于STM32WB35xx）高達(dá)32MHz、一個(gè)串行音頻接口（SAI），這使得系統(tǒng)的微控制器和HMI觸摸屏的通信和數(shù)據(jù)交互非常易于設(shè)計(jì)。STM32WB55R的引腳功能如圖4所示。

圖4 STM32WB55R的引腳功能圖

2.4 觸摸屏

為了使得本文設(shè)計(jì)的無線檢測(cè)系統(tǒng)具有友好的交互界面，采用淘晶馳的型號(hào)為TJC4827×343的電容式HMI觸摸屏作為人機(jī)交互和系統(tǒng)功能選擇的載體，設(shè)計(jì)夾緊力無線檢測(cè)系統(tǒng)的操作和顯示界面。該觸摸屏配備了一塊4.3吋液晶屏（分辨率為480×272），具有8MB的FLASH、1024BYTE的EEPROM、512KB的RAM以及1024BYTE的串口指令緩沖，這些優(yōu)異的特性將會(huì)使得該電容式HMI觸摸屏能夠出色地完成本系統(tǒng)對(duì)于人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的需求，同時(shí)，該電容式HMI觸摸屏還具有一定的富余屬性，便于后期進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)改造。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用了STM32WB55R作為系統(tǒng)的核心控制單元，因此，軟件部分基于STM32CubeMX和Keil進(jìn)行系統(tǒng)的主程序、各功能模塊子程序以及相關(guān)的初始化子程序等設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主程序如圖5所示，首先，在系統(tǒng)開機(jī)后出現(xiàn)歡迎界面和系統(tǒng)主界面，通過觸摸屏選擇系統(tǒng)的功能（實(shí)時(shí)檢測(cè)、夾緊力數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以及歷史數(shù)據(jù)查閱），在選定系統(tǒng)功能后，會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的功能子界面。若是進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè)子界面，則微控制器2通過自帶的無線通信接口和微控制器1進(jìn)行通信，隨后微控制器1驅(qū)動(dòng)AD模塊和壓力傳感器進(jìn)行叉車屬具夾緊力的采集并以數(shù)字量的形式返回微控制器1，接著通過無線通信傳輸至微控制器2，并在觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。若是進(jìn)入夾緊力數(shù)據(jù)儲(chǔ)存子界面，則微控制器2會(huì)將采集到的夾緊力數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存至儲(chǔ)存模塊并與后續(xù)查閱。若是進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)查閱子界面，則可以查閱存儲(chǔ)在儲(chǔ)存模塊中的叉車屬具夾緊力的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)。此外，該系統(tǒng)還設(shè)置了報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)到夾緊力出現(xiàn)過高或者過低的異常情況時(shí)，微控制器2會(huì)驅(qū)動(dòng)預(yù)警模塊進(jìn)行聲光報(bào)警，提示用戶注意。

圖5 主程序流程圖

4 結(jié)語

為了滿足叉車屬具夾緊力檢測(cè)的需要，以STM32WB55R作為核心處理單元，進(jìn)行了叉車屬具夾緊力無線檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)利用壓力傳感器實(shí)現(xiàn)了夾緊力的精準(zhǔn)檢測(cè)，并借助STM32WB55R自帶的無線通信功能實(shí)現(xiàn)了夾緊力的無線檢測(cè)，這對(duì)于推動(dòng)叉車屬具領(lǐng)域的智能化具有參考價(jià)值。