嵌入式的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘 要】伴隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為當(dāng)前領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文在分析風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上，與課題研究情況相結(jié)合，完成了風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并分析了該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)機(jī)；狀態(tài)檢測(cè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一.引言

當(dāng)前，隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)中的設(shè)備都具有較完善的狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、但是由于風(fēng)機(jī)工作的特殊性，在一定程度上直接影響大型機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響。根據(jù)風(fēng)機(jī)的工作背景和課題的實(shí)際情況，本文首先對(duì)傳統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用性缺陷進(jìn)行分析，然后提出了基于嵌入式技術(shù)的運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

二.開發(fā)流程

（一）器件選型。根據(jù)該系統(tǒng)對(duì)功能和性能的需求，尋找符合功能的器件。一般每個(gè)公司都會(huì)有自己的器件庫(kù)，如果所用器件已經(jīng)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中，則可以直接選取。如果沒有，則可以通過(guò)咨詢代理商、經(jīng)銷商、互聯(lián)網(wǎng)查詢等方式來(lái)選擇需要的器件。在這個(gè)過(guò)程中，首先要選擇的是硬件系統(tǒng)的核心：嵌入式微處理器，之后再根據(jù)選定的處理器的情況來(lái)選擇其他器件

（二）原理圖設(shè)計(jì)。原理圖的設(shè)計(jì)原則主要遵從先整體、后局部的原則，先確定需要分成哪些模塊，然后再進(jìn)行細(xì)化。這樣不但能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，獨(dú)立的模塊也可以為以后的設(shè)計(jì)所使用，從而提高工作效率。

（三）PCB圖設(shè)計(jì)。PCB的設(shè)計(jì)需要遵從先復(fù)雜后簡(jiǎn)單的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。先將設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的部分或者難度最大的部分現(xiàn)行設(shè)計(jì)，這樣可以保證布局、走線最合理，性能也能夠達(dá)到最優(yōu)化。例如一個(gè)設(shè)計(jì)中的CPU部分（包括CPU，外部存儲(chǔ)器等）就應(yīng)該優(yōu)先進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（四）器件采購(gòu)、備料。在PCB的制作過(guò)程中，可同時(shí)根據(jù)原理圖生成相應(yīng)的BOM（Bill Of Material）即原材料清單，然后根據(jù)BOM清單進(jìn)行器件采購(gòu)工作，之后再根據(jù)所需的數(shù)量進(jìn)行器件的備料，等待PCB板制作完成后即可進(jìn)行焊接工作。BOM清單中包含了器件的詳細(xì)信息，包括器件名稱、說(shuō)明、以前采購(gòu)的價(jià)格及供應(yīng)商名稱等。另外在焊接時(shí)可對(duì)照BOM清單進(jìn)行器件焊接，清晰、直觀、不易出錯(cuò)

三.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文根據(jù)實(shí)際情況，選用的監(jiān)控器件為：（1）選用飛利浦公司的32位ARM CPULPC2132；（2）利用LPC2132的串行接口資源擴(kuò)展一個(gè)RS232接口，波特率9600，端口自定。（3）利用LPC2132的I/O接口資源擴(kuò)展一個(gè)LCD接口，LCD為128*32點(diǎn)陣式。

（一）CPU。LPC2132微控制器屬于嵌入式微控制器，是支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-SCPU，除此之外，該控制器具有64kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口以及功能獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，保障32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下進(jìn)行運(yùn)行。并對(duì)代碼的傳輸大小有嚴(yán)密的控制的應(yīng)用，可以使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低30%以下，而功耗比較低，造成的性能損失大大降低。封裝體積小，功耗低，以及訪問(wèn)控制方便，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中；LPC2132微控制器內(nèi)部集成了具有較寬傳輸范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內(nèi)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)存取的處理器。LPC2132微控制器廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)關(guān)、語(yǔ)音、影響識(shí)別控制等系統(tǒng)中，該控制器能夠提供強(qiáng)大的處理功能。內(nèi)部集成了32位定時(shí)器、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM通道通道，LPC2132微控制器被廣泛的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域等。LPC2132是PHILIPS生產(chǎn)的32位ARM7TDMI-S核的嵌入式CPU，內(nèi)部具有16KRAM和64KFALSH，以及UART、I2C、SPI、PWM、ADC、定時(shí)器和通用I/O，能夠在線編程和調(diào)試。LPC2132芯片為TQFP64封裝，工作電壓3.3V。

（二）RS-232串行接口電路。SP3232E為RS232電平轉(zhuǎn)換器，使用DB9作RS232接口。

（三）點(diǎn)陣LCD接口電路。點(diǎn)陣式LCD接口，最大分辨率為240*128。電位器W1可以調(diào)節(jié)LCD的對(duì)比度，R4為L(zhǎng)CD背光的限流電阻。

（四）復(fù)位電路。LP2132的復(fù)位電路，CAT1025為復(fù)位電路，提供兩路隔離的＼地點(diǎn)平有效的RESET信號(hào)。

（五）JTAG和ISP使能電路。LPC2132的JTAG接口，用于下載程序和調(diào)試。J2為ISP使能開關(guān)，對(duì)地短路時(shí)可以使用串口0燒寫程序。

（六）電源電路。電源電路，提供3.3V工作電壓。如圖所示。

四.系統(tǒng)使用效果

（一）系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)通主風(fēng)機(jī)氣動(dòng)參數(shù)，風(fēng)動(dòng)參數(shù)，電氣參數(shù)，溫度參數(shù)，振動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（二）監(jiān)測(cè)參數(shù)：能夠通過(guò)嵌入式觸摸屏和遠(yuǎn)程終端，完成實(shí)時(shí)顯示，存儲(chǔ)、查詢（通過(guò)表格、曲線等實(shí)時(shí)查詢和歷史查詢）、報(bào)警、打印功能；完成日?qǐng)?bào)，月報(bào)的自動(dòng)生成、存儲(chǔ)、查詢和打??；實(shí)時(shí)顯示風(fēng)量-靜壓的全特征曲線，標(biāo)注主風(fēng)機(jī)的工作區(qū)域，風(fēng)機(jī)處于瑞壓區(qū)和低效區(qū)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警；具有豐富的工況畫面，界面友好，圖表功能強(qiáng)大，操作快捷方便。

（三）現(xiàn)場(chǎng)控制：通過(guò)觸摸屏預(yù)制礦井通風(fēng)參數(shù)，操作人員經(jīng)用戶名和密碼確認(rèn)后才能操作相應(yīng)區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)切換、應(yīng)急反風(fēng)、單風(fēng)機(jī)單電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行、單風(fēng)機(jī)雙電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行、單風(fēng)機(jī)單（雙）電機(jī)變頻啟動(dòng)運(yùn)行等多種控制模式。具備自動(dòng)控制切除功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的完全手動(dòng)控制。

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作者簡(jiǎn)介：

姓名：張琰，女，1981年7月， 籍貫：江蘇無(wú)錫，學(xué)位：碩士，研究方向：多媒體技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程，職稱：講師。

項(xiàng)目編號(hào)：

1）風(fēng)機(jī)集成化設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)的構(gòu)建（科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為：2013XTKY01）

2）校企協(xié)同的課程體系建設(shè)（教研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為：2013XTJY02）