夹紧力无线检测系统在叉车属具上的应用

时松，周孟然，胡锋

（1.安庆联动属具股份有限公司，安徽 安庆 246001；2.安徽理工大学，安徽 淮南 232000）

叉车属具是一种用于自动化装卸或短距离搬运的一种高效率设备，其种类也多种多样。随着自动化工厂的快速发展以及其较高效的装卸和搬运效率，叉车属具越来越广泛地应用于工厂内的货物搬运和装卸。叉车属具完成货物的装载、搬运等一系列动作主要是依赖叉车油路的液压，现阶段针对叉车属具夹紧力的检测设备缺乏，导致了我们无法准确掌握夹紧力的情况。基于这一现实需求，本文设计研发了一种叉车属具夹紧力无线检测系统，实现叉车属具夹紧力的无线式、精准检测对推动叉车属具领域的智能化具有参考价值。

1 系统总体方案设计

叉车属具夹紧力无线检测系统主要由软硬件两大部分组成，硬件部分主要由前端的检测端和手持式的无线端组成，其中前端的检测端主要包含多个压力传感器、AD模块以及微控制器1等，手持式的无线端主要包含微控制器2、触摸屏、预警模块以及储存模块等；软件部分主要包含系统的主程序、各功能模块子程序以及相关的初始化子程序等。叉车属具夹紧力无线检测系统的硬件构成如图1所示。

图1 系统硬件构成

该系统进行叉车属具夹紧力检测的基本流程为：首先，在系统开机后出现欢迎界面和系统主界面，通过触摸屏选择系统的功能（实时检测、夹紧力数据储存以及历史数据查阅），在选定系统功能后，会进入相应的功能子界面。若是进入实时检测子界面，则微控制器2通过自带的无线通信接口和微控制器1进行通讯，随后微控制器1驱动AD模块和压力传感器进行叉车属具夹紧力的采集并以数字量的形式返回微控制器1，接着通过无线通信传输至微控制器2，并在触摸屏进行实时显示，最终实现夹紧力的实时检测。

2 系统硬件设计

2.1 压力传感器

压力传感器主要是用于实现叉车属具夹紧力的精准检测，其主要包括压力传感器探头和压力变送器两部分。采用型号为DYMH-102的承载力为5t的压阻式传感探头来将压力信号转换为电信号，随后，采用型号为DY510压力变送器，利用原装进口高性能器件将DYMH-102压力传感器探头输出信号进行精密方法和调理，最终输出0～5V可以被AD模块识别的电信号，进而实现叉车属具夹紧力的准确检测。DYMH-102压力传感器探头和DY510压力变送器的实物如图2和图3所示。

图2 DYMH-102压力传感器探头实物图

图3 DY510压力变送器实物图

2.2 AD模块

压力传感器采集得到的是一个0～5V的模拟量的电信号，为了实现其数字化，采用ADS1158模块将0～5V的电信号数字化。该芯片具有优异的模数转换性能，其具有16通道的16为AD采样接口，采用SPI通讯接口可以轻松地和微控制器进行数据交互。ADS1158兼顾了采样精度和采样速度，对于夹紧力检测这一任务可以展示出优异的性能，同时，简单的通信方式使得叉车属具的夹紧力的变化和传输易于实现。

2.3 微控制器

STM32WB55R多协议无线和超低功耗设备嵌入了一个功能强大的超低功耗收发机，符合Bluetooth®低能SIG规范v5.0和IEEE802.15.4-2011，采用芯片自带的无线收发功能可以有效地节约成本和降低系统的设计尺寸。STM32WB55R包含一个专用的Arm®Cortex®-M0+，用于执行所有实时底层操作。这些设备设计为极低功耗，基于高性能Arm®Cortex®-M4 32位RISC内核，工作频率高达64MHz，这些优异性能保障了该芯片可以满足夹紧力无线检测的设计需要。STM32WB55还具有标准和先进的通信接口，即一个USART（ISO 7816、IrDA、Modbus和智能卡模式）、一个低功耗UART（LPUART）、两个I2C（SMBus/PMBus）、两个SPI（一个用于STM32WB35xx）高达32MHz、一个串行音频接口（SAI），这使得系统的微控制器和HMI触摸屏的通信和数据交互非常易于设计。STM32WB55R的引脚功能如图4所示。

图4 STM32WB55R的引脚功能图

2.4 触摸屏

为了使得本文设计的无线检测系统具有友好的交互界面，采用淘晶驰的型号为TJC4827×343的电容式HMI触摸屏作为人机交互和系统功能选择的载体，设计夹紧力无线检测系统的操作和显示界面。该触摸屏配备了一块4.3吋液晶屏（分辨率为480×272），具有8MB的FLASH、1024BYTE的EEPROM、512KB的RAM以及1024BYTE的串口指令缓冲，这些优异的特性将会使得该电容式HMI触摸屏能够出色地完成本系统对于人机交互界面设计的需求，同时，该电容式HMI触摸屏还具有一定的富余属性，便于后期进行检测系统的升级改造。

3 系统软件设计

本系统主要采用了STM32WB55R作为系统的核心控制单元，因此，软件部分基于STM32CubeMX和Keil进行系统的主程序、各功能模块子程序以及相关的初始化子程序等设计。该系统主程序如图5所示，首先，在系统开机后出现欢迎界面和系统主界面，通过触摸屏选择系统的功能（实时检测、夹紧力数据储存以及历史数据查阅），在选定系统功能后，会进入相应的功能子界面。若是进入实时检测子界面，则微控制器2通过自带的无线通信接口和微控制器1进行通信，随后微控制器1驱动AD模块和压力传感器进行叉车属具夹紧力的采集并以数字量的形式返回微控制器1，接着通过无线通信传输至微控制器2，并在触摸屏进行实时显示。若是进入夹紧力数据储存子界面，则微控制器2会将采集到的夹紧力数据，储存至储存模块并与后续查阅。若是进入历史数据查阅子界面，则可以查阅存储在储存模块中的叉车属具夹紧力的历史检测数据。此外，该系统还设置了报警功能，当检测到夹紧力出现过高或者过低的异常情况时，微控制器2会驱动预警模块进行声光报警，提示用户注意。

图5 主程序流程图

4 结语

为了满足叉车属具夹紧力检测的需要，以STM32WB55R作为核心处理单元，进行了叉车属具夹紧力无线检测系统设计，该系统利用压力传感器实现了夹紧力的精准检测，并借助STM32WB55R自带的无线通信功能实现了夹紧力的无线检测，这对于推动叉车属具领域的智能化具有参考价值。