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科學技術論文

基于STM32的氣動管道傳輸系統的設計

時間:2020年09月04日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

【摘要】隨著科技的發展,氣動管道傳輸系統已在國內高速公路、醫院、火電廠和橡膠廠等多個行業得到應用。文章根據氣動管道傳輸系統的應用特點,提出了基于STM32單片機的氣動管道傳輸系統的設計,并分析了該系統的工作原理和設計方案,為氣動管道傳輸系統的控

  【摘要】隨著科技的發展,氣動管道傳輸系統已在國內高速公路、醫院、火電廠和橡膠廠等多個行業得到應用。文章根據氣動管道傳輸系統的應用特點,提出了基于STM32單片機的氣動管道傳輸系統的設計,并分析了該系統的工作原理和設計方案,為氣動管道傳輸系統的控制方法提供參考。

  【關鍵詞】氣動管道;傳輸控制;STM32單片機

管道傳輸

  引言

  航空業的發展使地球變小了,縮小了國與國的距離,使地球村成為可能,高鐵和高速公路的發展又進一步縮短了城市與城市間的距離,而氣動管道傳輸系統的發展則打通了傳送服務的最后1公里。

  氣動管道傳輸系統(Air Tube Transport Systems) 是通過管道實現點和點之間的物品傳輸,技術較為成熟,在國外已被廣泛應用在公路收費站、銀行、超市、醫院等[1]。自90年代初期,我國開始引進國外氣動管道傳輸系統,并得到了快速的發展;但隨著我國市場需求不斷深增大,引進國外系統不僅成本昂貴,運輸周期長,難以滿足國內市場實際應用需求。于是氣動管道傳輸系統需走自主研發道路。

  傳統的氣動管道傳輸系統控制軟件,大多安裝在PC端上,與設備采用422接口連接通信,不與其他辦公軟件相區隔,在使用過程中容易出現中毒、卡機等現象,無法做到專機專用。

  筆者所提出的基于STM32單片機的氣動管道傳輸系統的設計,采用的是專門的嵌入式系統設計,可以做到專機專用,較于傳統的氣動管道傳輸系統具有更高的可靠性與穩定性,已成功應用于火電、銀行和橡膠廠等行業,為客戶取得了很好的經濟效益和社會效益。

  1、氣動管道傳輸系統和STM32單片機介紹

  1.1氣動管道傳輸系統介紹

  自1810年梅德赫顛特(Medhurst)提出郵件氣力輸送方案至今,人類使用氣力管道運輸物料已有近二百年的歷史[1],氣動管道傳輸系統以其速度快,效率高的特點,已經在很多領域發揮出巨大作用。氣動管道傳輸系統主要由傳輸瓶、終端工作站、傳輸管道、四向轉換器、動力風機單元和中央控制機組成。

  傳輸管道和四向轉換器將分布在不同地方的終端工作站(比如高速公路放置在收費停和財務室的終端工作站)連接在一起,構成一個封閉的管道網絡,中央控制機控制風機動力單元吸氣或吹氣,在管道內的傳輸瓶兩端產生壓力差,形成動力,使傳輸瓶在任意兩個終端工作站間往返運動,實現物品的傳輸。傳輸速度一般在3~10米/每秒,是目前物品傳送中速度最快、距離較遠、傳輸最安全的一種方式。

  1.2 STM32單片機介紹

  STM32控制器是基于ARM Cortex-M3 內核設計的微控制器,基于 Cortex-M3架構上進行的多項改進,使用Thumb-2指令集可以大幅度提高中斷響應速度,實現超低功耗設計等。ST推出的STM32給用戶提供了比較完整的產品系列,自身不僅具有高性能、低功耗和低電壓的特性,還具有高度的集成性能和簡易的開發特性,ST提供的標準庫函數為用戶提供了更方便的操作。

  2、STM32單片機在氣動管道傳輸系統的設計

  2.1硬件設計

  氣動管道傳輸系統中包括設備控制器和傳輸控制器兩種硬件。設備控制器接收傳輸控制器的指令,執行動作(比如路徑轉接設備切換到相應位置、風機啟動吸動作或吹動作);傳輸控制器是傳輸系統的核心,相當于“大腦”,調度系統中的設備控制器控制設備按指令動作,首先它根據用戶的操作生成一條傳輸任務(比如從銀行的現金區發送裝有現金的傳輸瓶到現財區),再根據傳輸任務分解成指令清單,最后根據指令清單控制相關設備按規律動作,把傳輸瓶傳送到指定位置。

  在傳輸時會產生大量的數據,有些過程數據可以臨時存儲在RAM中,突然掉電時可以丟失,但有一些數據在系統掉電后仍然需要找回,比如正在傳輸的任務和關鍵路徑的傳感器,掉電后系統所仍然要對沒有完成的任務進行傳輸,保證傳輸瓶能夠正常地傳到目的地,這些數據需要存儲在ROM中,EEPROM具有100萬次的擦寫次數,可以保證在大量的擦寫后硬件還能正常工作。

  設備控制器和傳輸控制器之間采用CAN總線方式通信,CAN總線具有可靠的錯誤處理和檢錯機制, 發送的信息在遭到破壞或無人應答后可自動重發[2]。設備控制器和傳輸控制器都采用STM32F103VCT6作為主控制芯片,自帶CAN控制器.

  2.2軟件設計

  軟件設計主要分為設備控制器軟件和傳輸控制器的軟件設計。設備控制器的軟件主要分為接收傳輸控制器的CAN指令和控制電機執行相應的動作;傳輸控制器的軟件設計核心是根據用戶的操作生成一條傳輸任務后如何生成指令清單,再根據指令清單順序控制各設備有規律運行,把傳輸瓶輸送到指令目的地。

  系統中設備的物理連接狀態采用系統表格來表示,系統表格是傳輸系統的核心,它表示系統內物理設備的連接關系,結構必須嚴謹,才能把各設備有機的聯系在一起,達到傳輸的目的。一個設備最多有4個接口,比如路徑轉接設備,一個口進,三個口出;每個接口有對應的傳輸時間,再加上設備ID號、設備類型、傳輸超時時間,每個設備需要14個字節才能表示完整,接口是指設備該接口連接下一臺設備的ID號,0表示未連接其它設備。

  根據設備的物理連接狀況,完全符合數據樹形結構,每個工作站可看作樹形結構的葉結點,所以可以按照樹形結構的方式來存儲、查詢系統。根據每個項目設備的物理連接情況,用PC機來編輯系統表格,用文本txt格式保存,通過串口方式把系統表格下載到輸控制器內,傳輸控制器接收到系統表格后,按照樹型結構形式生成數據表存儲在EEPROM中,設備掉電時,系統表格不會丟失。當有用戶操作時,生成傳輸任務,根據傳輸任務中的起始工作站和目的工作站的ID號,采用樹型結構查找完成此次任務需要經過的設備清單即指令清單,按順序發送指令,使用傳輸瓶從起始工作站傳送到目的工作站。

  管道輸送論文范例:工業管道安裝質量控制

  3、結束

  基于STM32單片機設計的氣動管道傳輸系統是一個嵌入式系統,沒有采用PC機控制,實現專機專用,可靠性高。已在高速公路和火電廠等項目應用,得到了很好的效果,可推廣到于醫院、銀行、工業等行業中。

  參考文獻:

  [1]趙倉.醫用氣動管道物流系統仿真與優化,碩士學位論文,20090605

  [2]余新良.CAN總線在工業嵌入式控制系統中的應用研究.廈門:廈門大學優秀碩士論文集, 2008

  作者簡介: 周富強

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