基于STM32系列单片机的盘式液压制动器智能监测系统的研制

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盘式液压制动器是采煤机上-个重要部件，相对于鼓式制动器，具有稳定制动性能、力矩容量大、结构紧凑、散热性好等突出的优点，在采煤机、起重机、挖掘机等重型设备中被广泛应用。盘式液压制动器在坡度小于15。时制动器的负载不是很高，但坡度大时由于要频繁使用，造成的摩擦升温问题相对要严重，对摩擦片的损伤较大，而且温升引起的漏油也通常导致压力不够。另-方面，如果摩擦片的磨损量过大，会引起制动性能减弱。目前对磨损量的测量主要是通过采煤机后盖的孔利用深疫尺来测量，人为因素较大，如果摩擦片更换的早，会造成成本上的浪费，如没有及时更换摩擦片，会存在着很大的安全隐患。

针对现有采煤机上盘式液压制动器在生产应用中存在的不足，本文提出研制-种能够实现在线监测功能的智能监测系统。智能监测系统能实时反映摩擦材料的磨损量、温度分布、热疲劳状况。具有在线监测功能的制动器能够有效减少安全隐患，使制动器的安全性、可靠性进-步提高，有着较高应用价值。

1 智能监测系统总体方案设计盘式液压制动器的工作环境恶劣、干扰信号复杂，因此本系统总体方案设计基本原则是系统稳定可靠、及时准确地显示出系统当状况、具备较好的性价比。总体方案如图1所示。

图1智能监测系统总体方案2 盘式液压制动器检测方案的设计盘式液压制动器智能监测系统要实现的功能是：制动器摩擦片磨损量的实时检测和超过所设置的磨损量时向采煤机PLC发出报警信号；制动器摩擦片制动时温度的实时监测，当制动器摩擦片高温工作时间累积到设定值时向采煤机PLC发出报警。根据现有的位移和温度的检测方法，本系统选用霍尔式传感器作为位移测量元件；通过单片机自带的温度传感器，测量制动器活塞与后盖之间的密封腔环境的温度来间接的推算摩擦片制动时的温度，既经济又解决了传感器的安装问题。

3 盘式液压制动器智能监测系统的硬件设计3.1单片机的选择单片机是整个智能监测系统的核心部件，负收稿日期：2012-09-11作者简介：王丽洁 (1973-)，女，内蒙古包头人，副教授，硕士，研究方向为机械制造及其 自动化。

48 第35卷 第1期 2013-01(上)器曰务l 匐 似责对检测信号进行数据处理、显示、存储和报警功能，单片机的选用原则是在满足测试系统要求的条件下，需要具有-定的灵活性和扩展功能。

STM32系列基于专 为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专 门设计的ARM Cortex-M 3内核 。按 性 能 分 成 两 个 不 同 的 系列 ：STM32F103增强型”系列和STM32F101基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合 。

3.2位移传感器的选择本系统采用A139x系列线性霍尔效应传感器，其集成电路 (IC)提供直接与所适用磁场成比例的电压输出。利用霍尔位移传感器与磁铁间距离的间隔而引起的电压的变化，把位移的变化量转化成电压的变化量，从而实现电压和位移间的转化关系～磁铁固定在活塞中，再将传感器固定在制动器后盖内腔中。然后分别用lmm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm的精密垫片来进行位移的测量，记录下对应位移下的数据，然后进行数据的标定线性化。本系统用VC6.0编写了如图2所示的液压盘式制动器参数设置软件，使位移传感器的标定参数和系数计算可在PC机上进行 。

。 - LH x 啦融鼬 "li' l； ～ 嫡 ～5耕 --日 1 i 丽j々ti～ i-～。- ： I r～- ll冀宴 厂憧l蝴.J雌l 目 ； 端I - - r图2液压盘式制动器参数设置软件3.3温度传感器电路温度传感器选用sTM32F103VBT6单片机自带的内部温度传感器，可用来测量CPU (中央处理器)及周围的温度。温度传感器在内部和ADCX～IN16输入通道相连接，此通道将传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器有采样时间，推荐为17.1ms。

直接测量制动器摩擦片的温度是很难实现的，主要原因是传感器无法直接安装在摩擦片上，所以只能通过测量活塞与后盖之间的内腔中空气的温度，并根据温度场模型来估算摩擦片的温度。同时检测电路部分安排了8M字节的SPI接口的FLASH，系统每隔-分钟测-次活塞与后盖之间的内腔中空气的温度，并把所测温度和测温时的时间记录在8M字节的FLASH里∩为验证所引用的摩擦片温度场模型是否与实际现实工作情况- 致提供实测数据支撑。

3.4 调试及上位机电路调试及上位机电路如图3所示，J2是STM32的SWD调试接口，为调试和烧录程序所用。J3为UART串行通信接口，为标定位移传感器参数和现场使用测试检查提供通信接口。

I 2 --- 豇 l 1----l l ： -- -CaN4J34 - II PA9- - --- rDD1 / n 1n CoN 图3调试及上位机电路4 盘式液压制动器智能监测系统的软件设计系统软件设计包括单片机初始化、参数读入程序、外围器件初始化程序、AD转换程序、采集数据存储程序、报警程序和上位机通信程序。其中单片机初始化程序只是实现时钟的配置，所用AD转换口的配置和Io口的配置。参数读入程序是把位移传感器线性化后的参数从8M字节的SPI接口的FLASH中读入到内部的RAM中为计算所测位移做准备。外围器件初始化程序实现对8M字节的SPI接口的FLASH进行初始化。AD转换程序实现位移量的采集和温度的采集。采集数据存储程序是把当前采集的位移和温度存储到数据存储器，为验下转第58页第35卷 第1期 2013-01(上) [4gl l 匐 化是图6 m6bom-sync-check程序逻辑图4 结束语根据企业的具体需求，提出了基于工作流的动态接口集成方式，并具体说明了其集成方法。

实践证明，该方式满足企业的业务需求，实现了PLM与ERP系统之间信息的动态集成，保证产品数据的-致性、唯-性及共享性，提高了信息的传递效率，促进了企业各部门之间的协同工作，有效的提高的企业的生产效率，提高了企业的市澈争力。