基于STM32的电机振动监测系统设计

俞双懋 黄文超

(山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂 山东 青岛 266101)

一、总体方案设计

本文以STM32为主控制器，SE930振动传感器传感器输出4-20mA电流信号，通过AD模数转换，将转换后的振动信号传输给STM32，通过CAN总线将振动信号传输给上位机。STM32内部自带CAN控制器bxCAN，加上外围的TJA1040收发器，再通过一个USBCAN智能CAN接口卡，就能方便实现STM32与上位机PC的通信。用于振动信号数据的实时显示，并对历史数据进行存储及查询，总体设计框图如图1所示。

图1 总体设计框图

二、硬件设计

(一)微处理选型

微控制器控制着整个系统稳定有序的工作，在整个系统中起至关重要的作用，微控制器的选择是很关键的一步，需要从微控制器的性能、技术指标、功耗、软件支持等方面，同时结合本文所需的接口和要实现的功能等因素，来综合选择微控制器的型号[3]。

本系统系统选用STM32F103RBT6微控制器，同传统的8位和16位单片机相比，SMT32单片机具有更多的片上外设和更先进的内核架构，操作系统可以进行多任务执行；同高端的CPU相比其成本低，实时性强[3]。

(二)传感器选型

SE930防爆一体化压电式振动传感器主要由压电敏感元件、放大、积分电路、电压电流转换等电路组成，动态特性优良、频响宽、寿命长、外观小巧。可选测量机壳振动加速度、速度或者位移值。SE930防爆一体化压电式振动变送器可广泛用于风机、汽轮机组、磨煤机、制氧机、发电机、离心机、压缩机、水泵、电机等旋转机械的轴承振动测量与实时监控。一款两线制振动传感器，输出4—20mA的电流信号，可直接供给采集器或者监控设备。

(三)通讯模块设计

为了实现对系统的远程控制，实时监控电解吸垢系统的工作状态，同时还要满足多系统模块化工作的需求，本文选用了CAN总线通信方式。通过CAN总线方式，实现上位机同时控制多组吸垢系统，同时能够完成电解吸垢系统的启停信号、故障报警信号、电流、电压等数据的传输。STM32内部自带CAN控制器bxCAN，加上外围的TJA1040收发器，再通过一个USBCAN智能CAN接口卡，就能方便实现STM32与上位机PC的通信[4]，如图2所示。STM32的bxCAN控制器支持2.0A和2.0B协议，最高数据速率可达1Mbps，支持11位的标准帧格式和29位的拓展帧格式的接收与发送，具备3个发送邮箱和2个接收FIFO，还有3级可编程滤波器[4]。

图2 CAN通信电路设计

三、软件设计

采用VC++6.0编写上位机软件，用于电机振动状态实时监测。首先配置CAN通信参数，设置人员登录信息，通过SQL server数据库保存历史数据，通过波形分析、频谱分析、包络分析、自相关分析、短时FFT分析和全矢谱分析实现电机振动状态监测，引入电机运行状态历史数据分析趋势图，如图3所示。

图3 电机振动监测系统上位机

四、结语

为保障制丝工艺质量的稳定性和连续性，保障制丝设备稳定运行，需要实时监控设备的运行状态。本文采用STM32和SE930振动传感器技术，实现电机状态的实时监测，包括振动信号的感知模块、振动信号采集模块、远程上位机监控和诊断模块。该系统可以通过振动信号来监控电机的运行状态，通过特定算法预测故障，保障制丝设备稳定运行，具有较高的实用性。