皮帶傳動設備故障檢測系統硬件架構設計

王師原

摘 要：皮帶傳動設備故障檢測系統主要是指當皮帶傳動裝置發生故障時的檢測以及恢復系統，保障其能在工業等方面正常運轉。該文主要設計了一種皮帶傳動設備故障檢測系統的硬件架構，實現故障的自動檢測、報警以及保護功能。

關鍵詞：皮帶傳動 硬件架構 自動檢測

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

1 研究背景及意義

皮帶傳動是指其可以產生連續的旋轉運動，將一個傳動輪的力傳遞到另一個上。皮帶的優點是有很好的彈性，能在工作中緩解震動和沖擊，使其平穩沒有噪音。當負載量過大時，皮帶便會在輪上打滑，因此可以防止其他零件損壞，起到安全保護作用。皮帶是一個中間零件，它可以根據需求來選取長度，以適應中心距要求較大的工作條件。結構簡單且容易制造，成本較低。

設計研發一套帶通信的皮帶保護系統，其中包含皮帶保護和主控制器。皮帶保護是確保皮帶可以安全運行的各種開關，之前的皮帶保護基本上都是通過分組串連接至可編程控制器（PLC）上，當其中有一個保護動作時，PLC便可以完成皮帶停機的功能，但只可以顯示是哪一組動作，不能具體到某一個保護上。我們現在想開發一種可以識別皮帶保護地址的系統，也就是說，當由于皮帶保護動作導致皮帶停機后，可以在主控制器及上位機（通過PLC）上顯示出具體是哪種以及哪一個皮帶保護動作了。

2 MiniSTM32開發板硬件解析

2.1 STM32硬件體系結構

STM32內置高速存儲器，采用Corte-M3內核的微控制器，增強I/O端口和可以連接到兩條APB總線的外設。這些器件無論什么型號都包括2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還有多達2個I2C接口和SPI接口、1個USB接口、3個USART接口和1個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 ℃，擴展溫度范圍為-40 ℃～+105℃這些省電模式可以確保低功耗應用的要求。

2.2 STM32單片機的優點

單片機已廣泛地應用于各個領域，包括工業、儀表、機器人以及家用電器等等，這些應用領域大大提升了產品功能、質量以及產品的精度。

（1）操作簡便、價格低廉。

初次接觸單片機的初學者，只需要一條ISP下載線，把編輯好的程序或者需要調試的軟件程序直接寫入STM32單片機即可，這樣便可以開發STM32單片機系列中各種被封裝的器件。STM32單片機便于升級，價格低廉。可以直接在電路板上進行程序的修改、燒錄等操作，便于產品升級。

（2）低耗、高速、保密。

STM32單片機耗能低，有些器件可以在低電壓下工作。而且在STM32單片機上包含預取指令的功能，可以使指令在一個時鐘周期內全部執行。即在執行一條指令時，可以預先將下一條的指令取進來。并且數據的處理速度快。STM32單片機上包含32個通用工作寄存器。最后，STM32單片機具有不易被破解的位加密鎖Lock Bit技術，使其保密性能良好。

（3）I/O口功能強，具有A/D轉換等電路。

STM32單片機的I/O口能準確反映輸入/輸出口的真實情況。那些具有大電流的工業級產品，可以直接驅動繼電器或者可控硅SCR，有效地節省了外圍驅動器件。同時，STM32單片機內只帶模擬比較器，可以將I/O口用作A/D轉換，組成A/D轉換器。STM32單片機具有很高的可靠性，可以重設啟動復位。

（4）有強大的通訊接口和定時器/計數器。

STM32單片機的定時/計數器因存在兩種位數，可以用作比較器。此外，STM32單片機具有高速的特性，它有串行異步通訊UART接口，因此不會占用SPI同步傳輸功能。

（5）片內EEPROM。

與FLASH不同，EEPROM電可擦除只讀存儲器是按照字節讀寫的，作為一個獨立的數據空間存在。EEPROM的使用時常至少為100 000次擦除周期。其訪問方式由控制寄存器、數據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數據操作。

3 單片機外圍電路設計

單片機外圍電路設計主要包括電源設計、復位電路的設計、光耦設計、繼電器設計、時鐘電路的設計、下載端口設計、驅動電路設計、開關量設計、閉鎖線檢測電路設計、PLC開關量通過RS232的電路設計、預留PLC電路設計以及單片機所需引腳的連接。

3.1 RS232通信模塊

RS232是 一種PC機通信中比較常用的串行接口。通過RS232通信模塊，PLC開關量發送數據與STM32進行通信，以此來進行整體操作的控制。

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準。將接收和發送端的數據信號看成信號地。信號在正負電平之間上下波動，在發送數據時，發送端驅動器會輸出不同電壓的正電平和負電平。正電平的電壓大小在+5～+15 V，負電平的電壓在-5～-15 V。當沒有數據傳輸時，線上電平為TTL電平，因此，在開始傳輸數據到數據傳輸截止，線上電平由TTL電平至RS232電平再返到TTL電平。

3.2 STM32 RTC時鐘模塊

RTC模塊的計數器是一組具有可以連續計數的計數器，它和時鐘配置系統在后備區域，RTC可以保證當系統重置或喚醒時的時間和設置不更改。但在系統重置后，為了防止后備區域被進行意外寫，會自動禁止訪問RTC和后備寄存器。

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

另有復位電路、下載端口等模塊，不在這里一一贅述。

4 硬件實現

4.1 下載硬件連接

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

4.2 下載過程文件

把硬盤中已經編譯好的.hex文件下載到電路板上。

4.3 硬件運行

程序下載完畢后，接通電源，開發板R2323的RX與TX分別接到USART1的TX與RX，即就是PA9與PA10。然后運行系統，前臺PC機發送的數據包通過485總線傳輸，傳送給主板解析后發送給下臺PC機，若想停止系統，關閉電源即可。

參考文獻

[1] 張建，王鳳賀，張秋菊.用STM32單片機實現嵌入式手持數據傳輸設備的設計[J].光電技術應用，2002（4）：25-28.

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