皮带传动设备故障检测系统软件设计

王师原

摘 要：随着皮带传动装置的广泛应用，其故障检测显得至关重要。本文主要介绍了一种皮带传动设备故障检测系统的软件设计方法，采用C语言以及Modbus等主要技术，包含主控制器与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。主要功能是实现故障的自动检测以及处理功能。

关键词：C语言 皮带传动 自动检测

中图分类号：TP36 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

软件系统总体结构

1.1程序整体设计

整体程序采用分模块设计法，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，其它故障报警模块，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，其它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。

1.2 数据包格式

数据包的包头是FFFFFFAA，第五个字节是数据包的长度，第6个字节是终端电压，第7个字节是校验码，第8个字节放的是节点电路板的个数，第9个字节放的是拉绳开关量的个数，第10个字节放的是其它故障的开关量的个数，接下的1～16个字节是拉绳状态每个开关量的状态，最后1～5个字节是其它状态的开关量的状态。所以数据包的长度最大为32个字节。拉升和其它状态的节点排序与物理地址ID刚好相反。

2主要开发技术

2.1 C语言

C语言具有良好的程序结构，适用于模块化程序设计，因此采用C语言设计单片机应用系统程序时，首先要尽可能地采用结构化的程序设计方法，将功能模块化，由不同的模块完成不同的功能，这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。不同的功能模块，分别指定相应的入口参数和出口参数，对于一些要重复调用的程序一般把其编成函数，这样可以减少程序代码的长度，又便于整个程序的管理，还可增强可读性和移植性。

C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。C语言也是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。

2.2 Modbus协议

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。控制器能直接或经由 Modem组网。控制器通信使用主从技术，仅有一设备能初始化传输。其它设备根据主设备查询提供的数据作出相应应答。当使用modbus通信时，每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus 协议发出。。

3 各模块具体设计

3.1主函数模块

当执行某个中断程序时，CPU自动禁止其它中断发生。执行完后恢复。在接受485数据包的过程中禁止其它中断，不允许其它任务发生。硬件规定的优先级由高到低次序：UART1（485中断），RTC（实时时钟更新时间中断，中断间隔为一秒）。初始化后，如果数据包头接收正确，则判断485总线准备好接收信息，进行数据校验，如果校验正常则去解析故障信息，控制继电器动作进行故障保护，重组PC包发到PC机显示，在初始化值，如果校验和不正常，则PC上显示出网络故障并且在LCD上显示，还将数据包存储到EEPROM，如果PC命令主控制器发回数据，则主控制器将数据包通过MODBUS协议打包并且发送给PC，如果key_up按下进行对EEPROM数据包读取，如果485没接收则也是网络出现故障。

3.2 485串口中断接收模块

把前级工作状态计数器清零，看包头是否完全正确，如果正确，则有效数据包组接收数据，数据包的长度增加，看数据包的长度是否等于发送数据包的长度，如果相等的话则把数据包组的长度初值赋为5，完整接收数据，把包头完全接收标志清0，如果包头接收不正确，则看三个FF是否接收正确，如果正确，则看AA是否正确，三个FF再逐一判断是否正确。

3.3主控制器与PC通信模块

每次进入中断USART2接收PC发来的命令，命令总共是8个字节。接收完成后RECALL_OK2置1，并将记录接收自己数接b_counter2置0。

3.4 MODBUS协议数据打包模块

对于MODBUS协议，它是PC和主控制器的通信协议。从上述可知PC是通过USART2串口实现与主控制器通信的。每次接收到PC发到主控制器的命令80030000000D9A1E，总共八个字节。且通过crc校验后得到整个八个字节的CRC码为零，表示正确接收，主控制器会将最近一次故障数据通过MODBUS协议打包发回给PC。

3.5 皮带拉绳地址解析与控制继电器模块

拉绳的长度模8取余。看是不是整数个字节，如果是整数个字节，就确定拉绳状态用的字节数，得到拉绳的状态数，如果皮带有故障，首先控制处理并且控制继电器动作。皮带有故障判断皮带的地址，节点的排序与物理地址ID相反，则通过一种算法，实现节点排序到物理地址ID的转化。如果不是整数个字节，则出最后一个字节外用上述同样的方法得到物理地址ID，最后一个字节用另一种算法实现排序到物理地址ID的转化，并把故障写到故障信息表。

3.6 数据包校验模块

接收到数据包后要对数据包进行校验，取到数据包校验和，把接收到的数据以字节的形式一个字节一个字节得到，在模256取余，如果余数和取得的数据包校验和相等，则数据包正确，否则不正确。

3.7 拉绳故障报警模块

对接收的数据包进行拉绳部分的解析，如果故障表的字节数大于1，则把故障表的字节通过串口0送给PC机，PC机进行显示。

3.8 LCD屏显示模块

LCD模块包括以下功能：显示实时时间，显示实时有故障的站点号。

LCD显示模块每次发生事故的时候会在数据包分析的时候自动调用，输出到LCD最上方是作者，每两次输出更新一次，并且每次显示发送事故的时间，还有站点标号及出事故的记录次数。

4 运行结果

设定拉绳的状态个数是128，其它状态的个数设置是60个，有故障是红色，无故障是绿色。我们设定1，60，128拉绳状态有故障，点击数据包组合，点击发送数据。

R2323的RX与TX分别与USART2的TX与RX，即就是PA2与PA3相连接。当PC发送命令80030000000D9A1E，总字节数是八个。主控制器会将包含故障信息的数据包发回给PC，该数据包是通过MODBUS协议打包的。解析出的故障：01，3C，80，01，3C。十六进制数01，3C，80，01，3C正好是十进制的1，60，128，1，60。可见，发送的故障和解析出的故障相同，硬件正常工作，运行结果正确。

参考文献

[1] 沈文.《STM32单片机C语言开发入门指导》.清华大学出版社.2005

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