皮帶傳動設備故障檢測系統軟件設計

王師原

摘 要：隨著皮帶傳動裝置的廣泛應用，其故障檢測顯得至關重要。本文主要介紹了一種皮帶傳動設備故障檢測系統的軟件設計方法，采用C語言以及Modbus等主要技術，包含主控制器與PC的通信、主控制器通過LCD顯示信息、主控制器將數據通過MODBUS協議重新打包并發送給每個站點及檢測控制模塊設計。主要功能是實現故障的自動檢測以及處理功能。

關鍵詞：C語言 皮帶傳動 自動檢測

中圖分類號：TP36 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

軟件系統總體結構

1.1程序整體設計

整體程序采用分模塊設計法，各模塊主要包括：主函數模塊，數據包校驗模塊，拉繩故障報警模塊，其它故障報警模塊，485串口接收中斷處理模塊，拉繩地址解析與控制繼電器模塊，其它地址解析與控制繼電器模塊，RTC實時時鐘模塊，EEPROM數據存儲模塊，MODBUS協議數據打包模塊以及各模塊串口及變量的賦值與定義。

1.2 數據包格式

數據包的包頭是FFFFFFAA，第五個字節是數據包的長度，第6個字節是終端電壓，第7個字節是校驗碼，第8個字節放的是節點電路板的個數，第9個字節放的是拉繩開關量的個數，第10個字節放的是其它故障的開關量的個數，接下的1～16個字節是拉繩狀態每個開關量的狀態，最后1～5個字節是其它狀態的開關量的狀態。所以數據包的長度最大為32個字節。拉升和其它狀態的節點排序與物理地址ID剛好相反。

2主要開發技術

2.1 C語言

C語言具有良好的程序結構，適用于模塊化程序設計，因此采用C語言設計單片機應用系統程序時，首先要盡可能地采用結構化的程序設計方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個應用系統程序結構清晰，易于調試和維護。不同的功能模塊，分別指定相應的入口參數和出口參數，對于一些要重復調用的程序一般把其編成函數，這樣可以減少程序代碼的長度，又便于整個程序的管理，還可增強可讀性和移植性。

C語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現對系統硬件的控制。C語言也是一種結構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結構化程序設計技術。

2.2 Modbus協議

Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。控制器能直接或經由 Modem組網。控制器通信使用主從技術，僅有一設備能初始化傳輸。其它設備根據主設備查詢提供的數據作出相應應答。當使用modbus通信時，每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus 協議發出。。

3 各模塊具體設計

3.1主函數模塊

當執行某個中斷程序時，CPU自動禁止其它中斷發生。執行完后恢復。在接受485數據包的過程中禁止其它中斷，不允許其它任務發生。硬件規定的優先級由高到低次序：UART1（485中斷），RTC（實時時鐘更新時間中斷，中斷間隔為一秒）。初始化后，如果數據包頭接收正確，則判斷485總線準備好接收信息，進行數據校驗，如果校驗正常則去解析故障信息，控制繼電器動作進行故障保護，重組PC包發到PC機顯示，在初始化值，如果校驗和不正常，則PC上顯示出網絡故障并且在LCD上顯示，還將數據包存儲到EEPROM，如果PC命令主控制器發回數據，則主控制器將數據包通過MODBUS協議打包并且發送給PC，如果key_up按下進行對EEPROM數據包讀取，如果485沒接收則也是網絡出現故障。

3.2 485串口中斷接收模塊

把前級工作狀態計數器清零，看包頭是否完全正確，如果正確，則有效數據包組接收數據，數據包的長度增加，看數據包的長度是否等于發送數據包的長度，如果相等的話則把數據包組的長度初值賦為5，完整接收數據，把包頭完全接收標志清0，如果包頭接收不正確，則看三個FF是否接收正確，如果正確，則看AA是否正確，三個FF再逐一判斷是否正確。

3.3主控制器與PC通信模塊

每次進入中斷USART2接收PC發來的命令，命令總共是8個字節。接收完成后RECALL_OK2置1，并將記錄接收自己數接b_counter2置0。

3.4 MODBUS協議數據打包模塊

對于MODBUS協議，它是PC和主控制器的通信協議。從上述可知PC是通過USART2串口實現與主控制器通信的。每次接收到PC發到主控制器的命令80030000000D9A1E，總共八個字節。且通過crc校驗后得到整個八個字節的CRC碼為零，表示正確接收，主控制器會將最近一次故障數據通過MODBUS協議打包發回給PC。

3.5 皮帶拉繩地址解析與控制繼電器模塊

拉繩的長度模8取余。看是不是整數個字節，如果是整數個字節，就確定拉繩狀態用的字節數，得到拉繩的狀態數，如果皮帶有故障，首先控制處理并且控制繼電器動作。皮帶有故障判斷皮帶的地址，節點的排序與物理地址ID相反，則通過一種算法，實現節點排序到物理地址ID的轉化。如果不是整數個字節，則出最后一個字節外用上述同樣的方法得到物理地址ID，最后一個字節用另一種算法實現排序到物理地址ID的轉化，并把故障寫到故障信息表。

3.6 數據包校驗模塊

接收到數據包后要對數據包進行校驗，取到數據包校驗和，把接收到的數據以字節的形式一個字節一個字節得到，在模256取余，如果余數和取得的數據包校驗和相等，則數據包正確，否則不正確。

3.7 拉繩故障報警模塊

對接收的數據包進行拉繩部分的解析，如果故障表的字節數大于1，則把故障表的字節通過串口0送給PC機，PC機進行顯示。

3.8 LCD屏顯示模塊

LCD模塊包括以下功能：顯示實時時間，顯示實時有故障的站點號。

LCD顯示模塊每次發生事故的時候會在數據包分析的時候自動調用，輸出到LCD最上方是作者，每兩次輸出更新一次，并且每次顯示發送事故的時間，還有站點標號及出事故的記錄次數。

4 運行結果

設定拉繩的狀態個數是128，其它狀態的個數設置是60個，有故障是紅色，無故障是綠色。我們設定1，60，128拉繩狀態有故障，點擊數據包組合，點擊發送數據。

R2323的RX與TX分別與USART2的TX與RX，即就是PA2與PA3相連接。當PC發送命令80030000000D9A1E，總字節數是八個。主控制器會將包含故障信息的數據包發回給PC，該數據包是通過MODBUS協議打包的。解析出的故障：01，3C，80，01，3C。十六進制數01，3C，80，01，3C正好是十進制的1，60，128，1，60。可見，發送的故障和解析出的故障相同，硬件正常工作，運行結果正確。

參考文獻

[1] 沈文.《STM32單片機C語言開發入門指導》.清華大學出版社.2005

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