皮带传动设备故障检测系统设计概要

孙斌

摘 要：随着国家经济工业的发展，皮带传动装置应用于各行各业中，在工业、制造业等领域都起着至关重要的作用。该文主要设计了一种基于STM32单片机的皮带传动设备故障检测系统，实现故障的自动检测、报警以及保护功能。

关键词：STM32 皮带传动 自动检测

中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（b）-0055-02

皮带传动装置的应用越来越广泛，而如何才能确保其能够顺利流畅运转，不因其发生故障而影响生产才是关键，该文主要介绍了皮带传动设备故障监测系统主控制器的通信、主控制器与PC的通信、主控制器通过LCD显示信息、主控制器将数据存入EEPROM、主控制器将数据通过MODBUS协议重新打包并发送给每个站点及检测控制模块设计。主要实现的功能是把最后检测节点所获得的所有检测节点的信息组成数据包通485总线发送给主控制器，完成数据包的解析，解析出故障后进行故障报警，然后控制继电器的通断，进行故障保护，并与PLC进行通信、将数据显示在主控制器的LCD上、将数据存入EEPROM及重新将数据通过MODBUS协议打包发送给每个站点进行控制。

1 系统总体设计

节点电路板把传过的所有拉绳开关和其他开关量的信息打成数据包，通过485总线发给单片机，单片机对数据包进行包头识别，数据包的解析，把故障显示在PC机上，并且可以显示出是哪个节点出现故障。两路皮带需两个485接口芯片。解析出故障后通过光电耦合器控制继电器输出开关量进行故障保护。设计时为了保证有故障就立即停，所以设置了闭锁线检测，只要有故障皮带就动作。另外有PLC开关量控制总体的通断接收发送，预留两路PLC是甲方要求以后预备其他功能。从而实现了皮带故障保护。

2 系统硬件设计

2.1 按键模块

STM32开发板总共有3个按键，KEY0和KEY1用作普通按键输入，分别连接在PA13和PA15上，它们都连接在了JTAG相关的引脚上（KEY0还连接在SWDIO上），这样，在使用KEY0和KEY1的时候，就不能使用JTAG来调试了，这点使用时要注意。 KEY0和KEY1还和PS/2的DAT和CLK线共用，他们都通过JTAG的上拉电阻来提供上拉。

2.2 液晶显示模块

LCD1是一个通用的液晶模块接口。OLED是一个给OLED显示模块供电的接口，它和LCD1拼接在一起。当使用2.4/2.8的LCD时，我们接到LCD1上就可以了，而当我们使用ALIENTEK 的OLED模块时，则接OLED排阵做电源，同时会连接到LCD1上的部分管脚，从而实现OLED与MCU的连接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容：ALIENTEK的TFTLCD模块、红牛开发板的液晶模块、CRE开发板的液晶模块、STMSKY开发板的液晶模块等。所以，如果有以上几款开发板的液晶模块，或者接口与上面原理图是兼容的，都是可以在ALIENTEK MiniSTM32开发板上使用的。

2.3 RS232通信模块

PLC开关量通过RS232通信模块发送给STM32F103RBT6进行通信，控制整体操作。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。典型的 RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15 V，负电平在-5～-15 V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返TTL电平。接收器典型的工作电平在+3～+12 V与-3～-12 V。由于发送电平与接收电平的差仅为2～3 V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15 m，最高速率为20 Kbps。

2.4 液晶显示模块

ALIENTEK MiniSTM32开发板载有目前比较通用的液晶显示模块接口，LCD1是一个通用的液晶模块接口。OLED是一个给OLED显示模块供电的接口，它和LCD1拼接在一起。当使用2.4/2.8的LCD时，我们接到LCD1上就可以了，而当我们使用ALIENTEK的OLED模块时，则接OLED排阵作电源，同时会连接到LCD1上的部分管脚，从而实现OLED与MCU的连接。ALIENTEK MiniSTM32的LCD接口兼容：ALIENTEK的TFTLCD模块、红牛开发板的液晶模块、CRE开发板的液晶模块、STMSKY开发板的液晶模块等。所以，如果有以上几款开发板的液晶模块，或者接口与上面原理图兼容的，都是可以在ALIENTEK MiniSTM32开发板上使用的。这些引脚与MCU的连接关系我们在这里就不一一列出了，可以从MCU的原理图上找到。

2.5 EEPROM模块

ALIENTEK MiniSTM32自带了24C02的EEPROM芯片，该芯片的容量为2Kbit，也就是256个字节，对于我们普通应用来说是足够了的。也可以选择换大的芯片，因为在原理上是兼容24C02～24C512全系列的EEPROM芯片的。

把A0～A2接地，对24C02来说也就是把地址位设置成了0了。IIC_SCL接在MCU的PC12上，IIC_SDA接在MCU的PC11上，如果想在ALIENTEK MiniSTM32开发板上使用硬件IIC，也可以，你只需要设置PC11和PC12为浮空输入，然后把PB10和PB11（IIC2）或者PB6和PB7（IIC1）通过飞线连接到PC11和PC12上就可以使用硬件IIC了。

3 系统软件设计

软件是在KEIL开发环境下实现开发的，采用C语言编程以及modbus协议用于控制器的通信。C语言具有良好的程序结构，适用于模块化程序设计，在该故障检测系统中，各模块主要包括：主函数模块，数据包校验模块，拉绳故障报警模块，其他故障报警模块，485串口接收中断处理模块，拉绳地址解析与控制继电器模块，其他地址解析与控制继电器模块，RTC实时时钟模块，EEPROM数据存储模块，MODBUS协议数据打包模块以及各模块串口及变量的赋值与定义。

4 结语

首先，在测试结果前，先检查一下电路连接和硬件是否正确，接着，我们下载已经编写好的程序，程序下载完毕后，接通电源，开发板R2323的RX与TX分别接到USART1的TX与RX，即就是PA9与PA10。然后运行系统，前台PC机发送的数据包通过485总线传输，传送给主板解析后发送给下台PC机，若想停止系统，关闭电源即可。经测试，系统运行正常，并且可以正确将故障点反馈到主处理器和显示器上。

参考文献

[1] 张军.STM32单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社，2005.

[2] 王天苗，魏洪兴.嵌入式系统设计与实例开发[M].清华大学出版社，2008.