金属带锯床故障报警系统设计

孙荣霞 刘腾发 刘畅 葛卫华

摘  要：金属带锯床是一种对金属进行加工、切割的数控机床，工作人员将设定好的数据输入系统，机床就可以自行加工直到完成。但是当机床在无人值守时遇到一些突发状况（如锯条断裂）无法自行处理，需要人工进行手动操作。基于上述突发状况设计一个基于GSM的金属带锯床故障报警系统。硬件部分主要包括：温度传感器（DS18B20）、A3144霍尔传感器、TC35通信模块和STM8S208MB单片机等。系统的软件部分主要是通过IAR对单片机进行开发来实现温度和转速的监测。单片机控制TC35将故障信息通过短信的方式发送给工作人员。

关键词：GSM  TC35  STM8  短信  故障报警

中图分类号：TP277                                 文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）06（a）-0021-03

随着国内金属加工产品需求日益增多，因此金属带锯床行业得到了快速发展[1]。金属带锯床通过使用先进的信号采集设备，整体向着高精度、高效率的方向发展。由于金属带锯床的自动化程度较高，大部分时间都工作在无人值守的状态，当金属带锯床运行出现故障的时候，如何让工作人员及时发现，并对锯床进行实时监测的控制手段就变得非常重要。但一般的远程监测系统的价格非常昂贵，且对网络的要求非常高[2]。GSM移动通信网是目前覆盖范围最广泛的网络，所以利用GSM网络通过短信的方式对锯床进行远程监测。

1  系统硬件设计

整个系统由一部手机、TC35模块、温度传感器、霍尔传感器、STM8S208MB单片机及外围电路等组成。系统硬件框图如图1所示。

系统的原理为：由系统的温度传感器实时监测环境温度及锯床水温，A3144霍尔传感器测量锯床电机的转速。当水温或者转速超过用户设定的阈值时，单片机通过串口控制TC35模块发送故障短信给目的手机号码。维修人员得知故障后可以及时赶到现场维护。

2  系统软件设计

该系统的软件设计主要包括短信发送程序、温度测量程序、转速测量程序的设计等。系统程序流程图如图2所示。

2.1 温度测量程序设计

温度的测量采用的是DS18B20，由于程序是通过寄存器进行编写的，所以该部分程序设计最主要的是要注意DS18B20的时序问题。为了更好地集成主函数，测温部分的程序如下所示。

void DS18B20_get_Temperature（u8 ch）;

{       u8 msb_byte=0，lsb_byte=0;

DS18B20_reset（）;

DS18B20_Wbyte（0xCC）;

DS18B20_Wbyte（0xBE）;

lsb_byte=DS18B20_Rbyte（）;

msb_byte=DS18B20_Rbyte（）;

Tem_u16=msb_byte;

Tem_u16=Tem_u16<<8;

Tem_u16=Tem_u16|lsb_byte;  if（Tem_u16<=0x0831）//温度阈值设定

flag=1;

else

flag=0;

Tem_f=Tem_u16*0.0625;  Tem_u16=（u16）（Tem_f+0.5）;

}

通过在程序中设定温度的阈值，实现对锯床温度的监控。当温度超过阈值，单片机通过控制TC35向工作人员发送故障信息。

2.2 转速测量程序设计

霍尔传感器测速的原理为每当永磁铁经过传感器一次，传感器就会产生一个脉冲信号发送给STM8，通过检测信号的频率来确定转速。该文采用的是STM8S208MB中TIM1资源的输入捕获功能进行计数。测速的部分程序如下。

void ZhuanSu（void）

{   TIM1_CCR1H=0x00;

TIM1_CCR1L=0x00;

TIM1_CCER1|=0x01;

while（（TIM1_SR1&0x02）==0）;

A =（u16）TIM1_CCR1H<<8;

A|=TIM1_CCR1L;

while（（TIM1_SR1&0x02）==0）; B=（u16）TIM1_CCR1H<<8;

B|=TIM1_CCR1L;

TIM1_CCER1&=0xFE

SYS=（B-A）;

}

2.3 短信发送程序设计

短信的发送是单片机通过串口向TC35模块发送AT指令完成的。TC35可以发送中文和英文短信，为了读取方便所以使用的是发送中文短信。短信发送程序流程图如图3所示。

3  系统测试及改进

该系统基于上述原理完成了实物并进行了多次测试。在GSM信号接收正常的情况下，分别模拟了金属带锯床水温过高、锯条转速过快和锯条断裂等意外情况的发生，系统可以迅速反应并准确无误地将情况发送给工作人员。

对多次测试结果进行分析，当网络环境出现波动时，会造成系统反应迟钝，信息发送延迟较大，故对TC35的天线部分进行了改进，将天线加强后并伸出设备，使网络信号得到大幅优化，系统应答更加迅速。

该系统将单片机与GSM模块联系起来，通过单片机的串口向TC35发送指令和数据，利用现有的GSM实现了远程数据的传输。金属带锯床故障报警系统的设计使其在任何有GSM网络的地方都能对系统进行监控，提高了设备的自动化程度。

参考文献

[1] 接鑫，高连兴.金属带锯床的技术现状及发展趋势分析[J].机床与液压，2016，44（17）：188-190.

[2] 閔军，蒋文萍，孙陈影，等.基于STM8单片机的无线报警系统设计[J].消防科学与技术，2019，38（1）：119-121.

[3] 冯春晖.基于GSM的家庭安全报警系统设计[J].信息技术，2016（10）：212-216.

[4] 石聪，刘小华，孔令琴，等.基于STM8的士兵心率呼吸率监测预警装置设计[J].传感器与微系统，2017，36（4）：90-93.

[5] 夏振华，蔡昌新，王晓爽.远程故障诊断报警系统的设计[J].工业仪表与自动化装置，2010（4）：62-63，79.