论文总字数：23534字

摘 要

在社会生产当中，金属管材作为良好的工业用品和建筑用品，可以很好的应用于多种工业现场和技术设备当中，而冷轧管的优异性能又使得它在众多管材中脱颖而出。现代冷轧管机设备当中，检测设备老旧，检测结果不准确的问题逐渐与现代控制理论之间的矛盾越发明显。鉴于此种现状，本文针对现代的冷轧管机设备设计了专门的检测和监控系统，它可以检测主电机、回转电机、送进电机的电枢电压、励磁电压和电枢电流，还能够实现故障报警的功能。

本文首先介绍了冷轧管机的工作原理，并且在此基础上分析了冷轧管机当中的三大电机的待检测量的取值范围。本项目是围绕这些待测量研究出一套以STM32F103C8T6为核心芯片，带有输入输出电路、通信电路和电源电路的硬件方案，并且按照项目需求的采样速率提出了一套以定时器中断和AD检测为基础的软件方案，采用两路ADC进行逐次采样的方法并采用了DMA传输AD采样数据，减小了MCU的运行负担。最终完成了系统设计。

在系统软硬件均完成后，在实验室完成了实时监控AD检测和报警的实验，并最终系统的论证了方案的可行性。本文的工作为今后的系统开发并实现冷轧管机全面监控提供了基础。

关键词：AD采样 实时通信 冷轧管机

Abstract

In the social production, metal pipe as a good industrial and construction supplies, can be well used in a variety of industrial sites and technical equipment, and the excellent performance of cold-rolled pipe makes it stand out in many pipes. Among the modern cold-rolled pipe mill equipment, the problem of old testing equipment and inaccurate test results gradually become more and more obvious with the contradiction between modern control theory. In view of this situation, this paper designs a special detection and monitoring system for modern cold-rolled pipe equipment, which can detect the armature voltage, excitation voltage and armature current of the main motor, rotary motor, feed motor, and can also achieve faults. The function of the alarm.

This paper first introduces the working principle of the cold-rolled pipe machine, and on this basis, analyzes the range of values ​​of the three motors to be tested in the cold-rolled pipe machine. This project is based on the research and development of a set of STM32F103C8T6 core chip with input and output circuits, communication circuits and power supply circuit hardware solutions, and a set of timer interrupt and AD detection according to the sampling rate required by the project. For the basic software solution, a two-channel ADC is used for successive sampling and DMA is used to transmit AD sampling data, which reduces the operating load of the MCU. The system design was finally completed.

After the system software and hardware are completed, the experiment of real-time monitoring of AD detection and alarm is completed in the laboratory, and finally the system demonstrates the feasibility of the scheme. The work of this paper provides the basis for future system development and comprehensive monitoring of cold rolling mills.

KEY WORDS: AD sampling real-time communication cold rolling mill

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 国内外冷轧管机的发展历史和研究现状 1

1.1.2 我国冷轧管机的发展趋势 2

1.2 冷轧管机的主要组成和关键技术 2

1.2.1 冷轧管机的主要组成部分 2

1.2.2 冷轧管机的关键技术—回转送进控制技术 2

1.3 研究内容与章节安排 3

1.3.1 课题提出及选题意义 3

1.3.2 论文章节安排 3

第二章 系统选型与总体设计 5

2.1 待测量的具体信息 5

2.2 检测模块选型 6

2.3 核心板选型 7

2.4 项目的整体解决方案 8

2.5 本章小结 9

第三章 系统硬件设计 10

3.1 系统硬件整体架构 10

3.2 MCU及周边电路 10

3.2.1 晶振电路、烧写电路、复位电路、工作状态选择电路 11

3.3 电源电路 12

3.4 ADC输入转换电路 15

3.5 状态信号输入转换电路 16

3.6 输出信号转换电路 16

3.7 磁隔离电路与通信电路 17

3.8 PCB布线以及芯片硬件资源分配 19

3.9 本章小结 20

第四章 系统软件设计 21

4.1 软件开发环境和开发工具 21

4.2 系统软件流程图和架构图 21

4.3 初始化程序 23

4.4 AD采样中断程序 24

4.4.1 AD采样方法选择 24

4.4.2 采样程序与采样时序 24

4.5 串口通信程序 26

4.6 本章小结 27

第五章 系统调试与成果 28

5.1 系统调试 28

5.1.1 系统硬件调试 28

5.1.2 系统硬件调试遇到的问题和解决方案 28

5.1.3 系统软件调试 28

5.1.4 系统软件调试中遇到的问题和解决方案 29

5.2 实验结果及相应分析 29

5.2.1 硬件成果 29

5.2.2 软件成果 30

5.2.3 成果分析 32

5.3 本章小结 32

第六章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

参考文献 36

致 谢 37

绪论

研究背景

近几年，随着我国全面深化改革战略方案的不断推进，人民的生活水平不断提高，促使着社会生产力的不断变革和提高。人们在进行生产技术创新和改良的时候发现，金属管材作为良好的工业用品和建筑用品，可以很好的应用于多种工业现场和技术设备当中。

在生产金属管材的众多技术类别里面，冷轧管这一生产技术由于其生产工艺成熟、良品率高、精准度较高的优点而被广泛应用。冷轧是金属在再结晶温度下进行的轧制变形，一般都可以在是稳定情况下加工而不用进行加热，这也就比热轧生产的钢管的表面质量更加的优越，也就有利于冷轧管在后续工程当中的再加工操作。

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