皮带传动设备故障检测系统硬件架构设计

王师原

摘 要：皮带传动设备故障检测系统主要是指当皮带传动装置发生故障时的检测以及恢复系统，保障其能在工业等方面正常运转。该文主要设计了一种皮带传动设备故障检测系统的硬件架构，实现故障的自动检测、报警以及保护功能。

关键词：皮带传动 硬件架构 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）-0056-02

1 研究背景及意义

皮带传动是指其可以产生连续的旋转运动，将一个传动轮的力传递到另一个上。皮带的优点是有很好的弹性，能在工作中缓解震动和冲击，使其平稳没有噪音。当负载量过大时，皮带便会在轮上打滑，因此可以防止其他零件损坏，起到安全保护作用。皮带是一个中间零件，它可以根据需求来选取长度，以适应中心距要求较大的工作条件。结构简单且容易制造，成本较低。

设计研发一套带通信的皮带保护系统，其中包含皮带保护和主控制器。皮带保护是确保皮带可以安全运行的各种开关，之前的皮带保护基本上都是通过分组串连接至可编程控制器（PLC）上，当其中有一个保护动作时，PLC便可以完成皮带停机的功能，但只可以显示是哪一组动作，不能具体到某一个保护上。我们现在想开发一种可以识别皮带保护地址的系统，也就是说，当由于皮带保护动作导致皮带停机后，可以在主控制器及上位机（通过PLC）上显示出具体是哪种以及哪一个皮带保护动作了。

2 MiniSTM32开发板硬件解析

2.1 STM32硬件体系结构

STM32内置高速存储器，采用Corte-M3内核的微控制器，增强I/O端口和可以连接到两条APB总线的外设。这些器件无论什么型号都包括2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还有多达2个I2C接口和SPI接口、1个USB接口、3个USART接口和1个CAN接口。STM32处理器的供电电压为2.0～3.6 V，温度范围为-40 ℃～+85 ℃，扩展温度范围为-40 ℃～+105℃这些省电模式可以确保低功耗应用的要求。

2.2 STM32单片机的优点

单片机已广泛地应用于各个领域，包括工业、仪表、机器人以及家用电器等等，这些应用领域大大提升了产品功能、质量以及产品的精度。

（1）操作简便、价格低廉。

初次接触单片机的初学者，只需要一条ISP下载线，把编辑好的程序或者需要调试的软件程序直接写入STM32单片机即可，这样便可以开发STM32单片机系列中各种被封装的器件。STM32单片机便于升级，价格低廉。可以直接在电路板上进行程序的修改、烧录等操作，便于产品升级。

（2）低耗、高速、保密。

STM32单片机耗能低，有些器件可以在低电压下工作。而且在STM32单片机上包含预取指令的功能，可以使指令在一个时钟周期内全部执行。即在执行一条指令时，可以预先将下一条的指令取进来。并且数据的处理速度快。STM32单片机上包含32个通用工作寄存器。最后，STM32单片机具有不易被破解的位加密锁Lock Bit技术，使其保密性能良好。

（3）I/O口功能强，具有A/D转换等电路。

STM32单片机的I/O口能准确反映输入/输出口的真实情况。那些具有大电流的工业级产品，可以直接驱动继电器或者可控硅SCR，有效地节省了外围驱动器件。同时，STM32单片机内只带模拟比较器，可以将I/O口用作A/D转换，组成A/D转换器。STM32单片机具有很高的可靠性，可以重设启动复位。

（4）有强大的通讯接口和定时器/计数器。

STM32单片机的定时/计数器因存在两种位数，可以用作比较器。此外，STM32单片机具有高速的特性，它有串行异步通讯UART接口，因此不会占用SPI同步传输功能。

（5）片内EEPROM。

与FLASH不同，EEPROM电可擦除只读存储器是按照字节读写的，作为一个独立的数据空间存在。EEPROM的使用时常至少为100 000次擦除周期。其访问方式由控制寄存器、数据寄存器和地址寄存器来决定，可以通过SPI和JTAG以及并行电缆来下载EEPROM数据操作。

3 单片机外围电路设计

单片机外围电路设计主要包括电源设计、复位电路的设计、光耦设计、继电器设计、时钟电路的设计、下载端口设计、驱动电路设计、开关量设计、闭锁线检测电路设计、PLC开关量通过RS232的电路设计、预留PLC电路设计以及单片机所需引脚的连接。

3.1 RS232通信模块

RS232是 一种PC机通信中比较常用的串行接口。通过RS232通信模块，PLC开关量发送数据与STM32进行通信，以此来进行整体操作的控制。

RS-232采用单端通信的不平衡传输方式，在低速率串行通讯中，是一种可以加大通讯距离的单端标准。将接收和发送端的数据信号看成信号地。信号在正负电平之间上下波动，在发送数据时，发送端驱动器会输出不同电压的正电平和负电平。正电平的电压大小在+5～+15 V，负电平的电压在-5～-15 V。当没有数据传输时，线上电平为TTL电平，因此，在开始传输数据到数据传输截止，线上电平由TTL电平至RS232电平再返到TTL电平。

3.2 STM32 RTC时钟模块

RTC模块的计数器是一组具有可以连续计数的计数器，它和时钟配置系统在后备区域，RTC可以保证当系统重置或唤醒时的时间和设置不更改。但在系统重置后，为了防止后备区域被进行意外写，会自动禁止访问RTC和后备寄存器。

RTC由APB1接口和一系列可编程计数器这两部分组成。APB1接口与APB1总线相连，其一组16位寄存器可通过总线进行读写；一系列可编程的计数器又叫RTC核，包括预分频模块和一个32位可编程计数器。

另有复位电路、下载端口等模块，不在这里一一赘述。

4 硬件实现

4.1 下载硬件连接

该开发板提供3种固件载入方式：JLINK（PC通过JTAG与主控制器连接）、串口转USB口和LAN。下载线同时通过JLINK，串口转USB口，由这个口提供电源。

4.2 下载过程文件

把硬盘中已经编译好的.hex文件下载到电路板上。

4.3 硬件运行

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。

参考文献

[1] 张建，王凤贺，张秋菊.用STM32单片机实现嵌入式手持数据传输设备的设计[J].光电技术应用，2002（4）：25-28.

[2] 周俊杰.嵌入式C编程与Atmel STM32[M].北京：清华大学出版社，2006.