一种基于STM32的可移植柴油机智能监控报警系统的制作方法

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统。

背景技术：

目前，柴油机作为一种提供动力的装置，在各项工业领域随处可见，例如船舶柴油机，电厂柴油发电机组，大型机械动力设备等，柴油机的运行状态直接关系到设备以及人身安全，因此我们必须对柴油机运行进行监控。由于柴油机型号各不相同，同一型号柴油机在不同工作环境下，需要接入传感器的数量和种类也并不一致，目前柴油机监控报警系统多为特定配置，整个系统仅限于在指定型号柴油机，指定工作条件下运行，不具备移植性，已经不能满足用户的需要了。同时针对每种型号柴油机都得开发一套监控报警系统的话，耗时费力，甚至仅仅添加几路传感器都需要重新设计整套系统。同时现有的监控系统还存在模块化程度低、可靠性不高、接线复杂等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种根据用户的需要，针对不同发动机，不同工作环境进行相应的配置的监控报警系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统，包括主控制及报警模块、安全逻辑模块、电源模块、数据采集模块、i/o扩展模块、人机交互模块、数据储存模块和执行机构；安全逻辑模块、电源模块、数据采集模块、人机交互模块、数据储存模块和执行机构均与主控制及报警模块连接；i/o扩展模块与数据采集模块连接，且分别与上位机连接。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，主控制及报警模块和安全逻辑模块设置于同一电路板上，主控制及报警模块和安全逻辑模块通过spi接口进行通讯和数据交换，接线方式为板内接线。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，数据采集模块包括模拟量采集模块和开关量采集模块；模拟量采集模块包括温度传感器和压力传感器；开关量采集模块包括液位传感器和油雾浓度传感器。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，i/o扩展模块和数据采集模块通过spi接口进行通讯和数据交换，接线方式为板间接线。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，执行机构包括继电器以及控制设备，控制设备包括启动电磁阀、燃油控制电磁阀、空冷器旁通电磁阀和停车电磁阀，继电器一端与主控制及报警模块数字量输出端相连，另一端连接启动电磁阀、燃油控制电磁阀、空冷器旁通电磁阀和停车电磁阀。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，电源模块包括24vdc主备电源和电源输出模块；电源输出模块包括主控制及报警模块电源pout1、安全逻辑模块电源pout2、数据采集模块电源pout3、人机交互模块电源pout4及驱动继电器电源pout_a/b；主控制及报警模块电源pout1为5pin电源线，其中2根电源线为主备电源的断线检测，输入到主控制及报警模块的mcu管脚；所有模块均采用双电源供电。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，数据储存模块为一个sd卡，位于主控制及报警模块上，用于将发动机运行参数按时间顺序进行记录储存。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，主控制及报警模块、数据采集模块、i/o扩展模块均为32位基于cortex-m4内核的增强型微处理器stm32f407zet6；安全逻辑模块及人机交互模块均为32位基于cortex-m3内核的增强型微处理器stm32f103cbt6。

在上述的基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统中，上位机进行通道配置和参数标定采用can进行通讯连接；所述监控报警系统与上位机之间采用ccp协议进行通讯，其中，监控报警系统为ccp从站，上位机为ccp主站，通过cpp控制指令可直接对数据采集模块和主控制及报警模块进行通道配置和参数标定，配置的通道和标定的参数通过主控制及报警模块配置到数据采集模块和i/o扩展模块中；主控制及报警模块与人机交互模块之间采用can进行通讯连接，通过ccp协议进行通讯，其中，主控制及报警模块为ccp从站，人机交互模块为ccp主站；人机交互模块上mcu与迪文屏之间采用rs232串口连接，通过modbus-rtu协议进行通讯，其中，mcu为modbus从站，迪文屏为modbus主站；迪文屏带有rs232通讯接口并支持modbus主站功能，用于完成实时参数和报警信息的显示。

本发明的有益效果：(1)模块化程度高，各自分工既明确，又相互配合，保障了系统的稳定性；

(2)本发明监控报警系统可移植程度高，通过上位机对数据采集模块和i/o扩展模块进行通道配置，能够适应不同工作环境、针对不同型号柴油机进行监控，操作简便，无需重新设计；

(3)本发明监控报警系统可以将发动机运行参数按时间顺序记录下来，用于后续大数据分析，对发动机运行状态进行趋势预测和判断，提早发现柴油机故障，实现智能监控和报警，更好地保障整个系统的运行安全。

附图说明

图1为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的原理图；

图2为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的主控制及报警模块原理图；

图3为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的安全逻辑模块原理图；

图4为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的电源模块原理图；

图5为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的数据采集模块原理图；

图6为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的i/o扩展模块原理图；

图7为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统的人机交互模块原理图；

图8为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统主控制及报警模块的通道配置界面；

图9为本发明一个实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统数据采集模块及i/o扩展模块的通道配置界面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统，如图1所示，包括主控制及报警模块、安全逻辑模块、电源模块、数据采集模块、i/o扩展模块、人机交互模块、数据储存模块和执行机构。其中，电源模块、数据采集模块、人机交互模块及数据储存模块均与主控制及报警模块实现连接；执行机构也与主控制及报警模块实现连接；i/o扩展模块与数据采集模块连接，且分别与上位机连接。

本实施例基于stm32的可移植柴油机智能监控报警系统可根据用户的需要，针对不同发动机、不同工作环境，通过上位机对数据采集模块和i/o扩展模块进行通道配置，实现了系统的可移植性。

如图2所示，主控制及报警模块和安全逻辑模块在一块电路板上，主控制及报警模块和安全逻辑模块通过spi接口进行通讯和数据交换，接线方式为板内接线。主控制及报警模块能够完成19路通道开关量输入，通常用于采集发动机的固定开关量信号，如遥控按钮、急停按钮、起动按钮、盘车开关等，通道与采集量一一对应，不可配置，只可在标定界面勾选有无；主控制及报警模块能够完成15路通道开关量输出，开关量输出为无源触点输出，通常用于驱动继电器，对控制设备进行控制，如开启起动电磁阀、停车电磁阀、空冷器旁通电磁阀、燃油控制电磁阀等，以及各种状态的输出；主控制及报警模块能够完成3路通道的频率量输入，通常用于采集发动机的转速信号，如发动机转速，增压器转速，通道与采集量一一对应，不可配置，只可在通道配置界面勾选有无。主控制及报警模块通道配置界面如图8所示。

如图3所示，安全逻辑模块和主控制及报警模块有共同的信息输入和输出信号。具体地安全逻辑模块和主控制及报警模块有共同的10路信号输入和2路输出信号，输入信号如手柄开关，急停触发条件开关等，输出信号如驱动停车电磁阀动作。其目的在于主控制及报警模块失灵的情况下，依旧能在紧急情况下，实现对柴油机的紧急停机，起到了双重保障的作用。

如图4所示，电源模块包括24vdc主备电源和电源输出模块，电源输出模块包括主控制及报警模块电源pout1、安全逻辑模块电源pout2、数据采集模块电源pout3、人机交互模块电源pout4及驱动继电器电源pout_a/b。主控制及报警模块电源pout1为5pin电源线，其中2根电源线为主备电源的断线检测，输入到主控制及报警模块的mcu管脚。所有模块均采用双电源供电，当其中一路电源出现故障，另一路电源可自动切换供电。

如图5所示，数据采集模块包括模拟量采集模块和开关量采集模块；模拟量采集模块包括温度传感器和力传感器。开关量采集模块包括液位传感器和油雾浓度传感器等。

而且，i/o扩展模块可以根据用户需求自行添加，实现灵活配置，在数据采集模块满足柴油机智能监控需求的情况下，无需使用i/o扩展模块；在数据采集需求过大时，数据采集模块满足不了柴油机智能监控系统对数据需求时，使用i/o扩展模块可以补充采集相应数据信息。

i/o扩展模块和数据采集模块通过spi接口进行通讯和数据交换，接线方式为板间接线。

如图6所示，数据采集模块和i/o扩展模块能够完成16路通道的温度传感器的数据采集；数据采集模块和i/o扩展模块能够完成8路通道的压力传感器的数据采集；数据采集模块和i/o扩展模块能够完成16路通道的开关量的输入；主控制及报警模块能够完成3路通道的频率量输入；主控制及报警模块能够完成19路通道开关量输入；主控制及报警模块能够完成15路通道开关量输出，开关量输出为无源触点输出。

数据采集模块及i/o扩展模块通道配置界面如图9所示。

本实施例监控报警系统在进行上位机通道配置和参数标定时采用can进行通讯连接。一路can用于主控制及报警模块和人机交互模块之间通讯，另一路can用作系统调试及参数标定。该监控报警系统与上位机之间采用ccp协议进行通讯，监控报警系统为ccp从站，上位机为ccp主站，通过cpp控制指令可直接对数据采集模块和主控制及报警模块进行通道配置和参数标定，配置的通道和标定的参数可通过主控制及报警模块配置到数据采集模块和i/o扩展模块中去。主控制及报警模块与人机交互模块之间采用can进行通讯连接，通过ccp协议进行通讯，其中主控制及报警模块为ccp从站，人机交互模块为ccp主站；人机交互模块上mcu与迪文屏之间采用rs232串口连接，通过modbus-rtu协议进行通讯，其中mcu为modbus从站，迪文屏为modbus主站；迪文屏带有rs232通讯接口并支持modbus主站功能，可以完成实时参数和报警信息的显示。如图7所示。

如图1所示，数据储存模块为一个sd卡，位于主控制及报警模块上，具有数据储存功能，可以将发动机运行参数按时间顺序记录下来，用于后续大数据分析。对发动机运行状态进行趋势预测和判断，提早发现柴油机故障，实现智能监控和报警，更好地保障整个系统的运行安全。

而且，执行机构依次包括继电器以及控制设备，控制设备包括启动电磁阀、燃油控制电磁阀以及空冷器旁通电磁阀和停车电磁阀，继电器一端与主板mcu数字量输出端相连，另一端分别与启动电磁阀、燃油控制电磁阀以及空冷器旁通电磁阀和停车电磁阀实现连接。如图3所示。

并且，主控制及报警模块、数据采集模块、i/o扩展模块为32位基于cortex-m4内核的增强型微处理器stm32f407zet6；安全逻辑模块及人机交互模块为32位基于cortex-m3内核的增强型微处理器stm32f103cbt6。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。