基于STM32轴承质量监测系统的开发

2013-03-31贺伟航王学俊张俊红

机床与液压 2013年7期

贺伟航，王学俊，张俊红

(大连工业大学机械工程与自动化学院，辽宁大连116034)

质量控制在现代机械制造业中的地位更加突出，其重要性也更加显著［1-2］，而轴承是旋转机械中最为关键的基础零件之一，轴承的质量直接关系到工作母机的工作性能，据可靠数据显示，旋转机械中30%的故障与轴承有关［3］。所以对轴承加工过程中的质量监控日益受到重视。轴承振动值的大小是反映轴承质量的重要指标之一［4］。国内目前对轴承振动信号进行检测，一般使用LabVIEW软件对数据进行处理或者直接将采集到的数据用表盘指针显示出来，前者涉及到版权问题导致成本较高，而后者不便于安装携带。基于此设计一套轴承加工过程中的实时质量监测。

1 硬件系统

基于ARM Cortex-m3核的STM32F107VCT6做主控芯片，最高工作频率为72 MHz，内置高速存储器，片上资源丰富，包括:时钟电源管理器，中断控制器，具有脉冲带宽调制功能的定时器 (PWM)，通用I/O端口，3通道UART，ADC多达18个通道，可测16个外部和2个内部信号源，还具有触摸屏接口，看门狗定时器，IIC总线接口，IIS总线接口，1个USB从设备接口，SD主机接口，SPI接口等［5-6］。系统结构如图1所示。

图1 系统硬件结构框图

2 信号放大电路的设计

轴承振动经过传感器产生电信号，但是由于信号较弱不能进行A/D转换，所以需对模拟信号进行放大处理。理想的运算放大器具有以下特点:开环放大倍数无穷大;输入偏置电流为零;输入电阻无穷大;输出电阻为零;失调电压和失调电流及温漂为零。从以上特点以及性价比方面考虑，该系统选用TI公司的精密、低功耗仪表放大器INA128，如图2所示。

图2 INA128信号放大电路

3 系统的软件设计

软件设计有WinCE操作系统、硬件驱动程序编写和应用程序设计。

3.1 WinCE操作系统平台的设计

利用WinCE的PlatformBuilder根据硬件配置对WinCE操作系统进行定制，将不需要的功能块去掉，安装创建设备驱动程序，生成平台的镜像文件，然后用PlatformBuilder导出应用程序所需要的SDK。创建过程如图3。

图3 WinCE平台创建流程图

3.2 A/D驱动程序设计

首先，该系统采用的液晶控制器的型号是ILI9320。它是一款带有26万色的单芯片Soc驱动的晶体管显示器，320×240的分辨率，自带有显存，容量达到172 800字节。

触摸屏接口模式采用的是中断的方式接受输入，通过ADC得到坐标值，整个触摸屏中断流程图如4。

图4 触摸屏中断流程图

底层LCD驱动程序:

3.3 应用程序设计

程序设计主要有数据库构建、控制图生成、监控与分析，其中数据库设计包括了文件模块的设计、数据操作模块的设计等。

(1)数据操作是对数据文件进行操作的模块，其中又包括数据存储、输出、删除等菜单。数据的输入采用的是手工录入的方法，是对离线状况下的一种质量数据录入方式，如图5所示。

图5 手工录入界面

主要代码实现的程序:

(2)采用单值-极差控制图，它适用于对每一个产品都进行检验的场合，当控制图曲线出现异常时，说明轴承出现问题产生报警，通过采样轴承内外圈振动值的大小能查出轴承出现的问题。系统使用控件Picturebox作为容器，调用DrawLine函数实现控制图的绘制。数据提取与计算包括样本平均值、极差、移动极差等的求取。下面是求解中位数的部分程序。