分布式磁性物含量采集系统

(1.华北理工大学电气工程学院 河北 唐山 064400；2.华北理工大学信息工程学院 河北 唐山 064400)

分布式磁性物含量采集系统

刘喜鑫1邱立存2

(1.华北理工大学电气工程学院河北唐山064400；2.华北理工大学信息工程学院河北唐山064400)

提出了基于CAN和TCP/IP协议的磁性物含量分布式采集系统。该系统由现场测量单元、CAN通讯单元、网络通讯单元组成。系统以STM32F103RCT6为核心，移植和裁剪TCP/IP协议栈并与CAN总线互联并完成磁性物含量数据实时的监控。测量单元激励信号选用正弦电流，利用相量法测得线圈传感器电压，消除其内阻的干扰，提高了分选效率。

TCP/IP;CAN总线;相量法;正弦信号;分布式

一、测量意义和测量原理

随着现代远程测控的发展，传统测量+互联网正成为当下物联网发展的重要一部分。磁性物含量是重介选煤重要的参数,对煤炭的分选效果有着直接的影响。

测量过程中线圈传感器电感较大且有分布电容，因此信号频率需低于200HZ。线绕电感可等效如图1所示电阻和电感串联形式[1]。激励信号采用频率和振幅较稳定的正弦电流信号。

图1 磁性物含量测量的原理

线圈阻抗Z：

(1)

R0为低位漂电阻，i为激励信号，L、R为传感器电感和内阻。

V=|V|ejωtejφ=|V|cos(ωt+φ)+j|V|sin(ωt+φ)

(2)

(3)

如式(2)、式(3)正弦量V逆时针旋转90o,得到相应虚部，由Hilbert变换[1]得到实部与虚部相等。

二、系统总设计

本设计中单片机产生正弦电流激励信号，采取相量法测得线圈传感器的响应电压，根据电压值的变化测的磁性重介质的含量。各节点数据通过CAN总线传给以太网，实现对数据远程监控，系统框图如图2所示。

图2 系统框图

测量单元由STM32单片机和漆包线圈构成，测量数据由CAN驱动器控制存储于STM32中，由网络帧形式封装打包发送。相反,存储于网络控制器缓存中的数据，触发CPU解析网络包并提取关键数据，由CAN单元以总线帧形式发送数据[2-3]。

三、系统软件设计

系统软件设计主要包括3个部分:ENC28J60驱动程序设计、CAN总线程序设计以及TCP/I P协议栈的移植。

ENC28J60驱动程序包括ENC28J60的初始化和读写实现。ENC28J60的初始化主要对参数进行设定。ENC28J60读写驱动通过设置DMA相应寄存器实现ENC28J60读写功能[4-6]。CAN总线程序通过操作STM32内部CAN寄存器实现。TCP/IP协议栈流程图如图3所示。

图3 软件流程图

四、总结

本设计采用正弦电流信号相比传统激励性有好的稳定性，在此基础上采取相量法测量电感电压，所得到的磁性含量数据更为准确。通过不同温度下采集各节点数据实验，得知系统可以有效抑制温漂。采用CAN总线能够有效拓展采集节点数量，实现对磁性物含量数据的分布式采集和远程传输。

[1]贺智国,赵威,骞永博,等.基于Hilbert变换和跟踪滤波的正弦扫描数据处理方法研究[J].强度与环境,2012(4):40-45.

[2]刘继忠,邱于兵,黄翔.基于ARM 的远程温湿度监测系统的设计[J].仪表技术与传感器2012,8:90-92.

[3]丁雪静,许永辉.基于MCP2515的CAN总线通信单元设计[J].现代电子技术,2015,38(21):60-63.

[4]鹿海霞,王丹麟,杨卫民.CAN总线协议到EtherCAT从站协议的转换网关设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013,(02):48-51.

[5]张丁丁,孙志毅.TCP/IP协议栈的实现方法[J].工业控制计算机,2013,(09):35-36.

[6]丁力,吴文婷,徐萌萌,陶灿辉,宋志平.基于DSP技术和CAN总线的数据采集系统设计[J].测控技术,2014,(10):56-59.

刘喜鑫，男，汉族，河北唐山人，硕士，华北理工大学电气学院，研究方向：智能控制与检测。