基于STM32的气动管道传输系统的设计

　　【摘要】随着科技的发展，气动管道传输系统已在国内高速公路、医院、火电厂和橡胶厂等多个行业得到应用。文章根据气动管道传输系统的应用特点，提出了基于STM32单片机的气动管道传输系统的设计，并分析了该系统的工作原理和设计方案，为气动管道传输系统的控制方法提供参考。

　　【关键词】气动管道;传输控制;STM32单片机

　　引言

　　航空业的发展使地球变小了，缩小了国与国的距离，使地球村成为可能，高铁和高速公路的发展又进一步缩短了城市与城市间的距离，而气动管道传输系统的发展则打通了传送服务的最后1公里。

　　气动管道传输系统(Air Tube Transport Systems) 是通过管道实现点和点之间的物品传输，技术较为成熟，在国外已被广泛应用在公路收费站、银行、超市、医院等[1]。自90年代初期，我国开始引进国外气动管道传输系统，并得到了快速的发展;但随着我国市场需求不断深增大，引进国外系统不仅成本昂贵，运输周期长，难以满足国内市场实际应用需求。于是气动管道传输系统需走自主研发道路。

　　传统的气动管道传输系统控制软件，大多安装在PC端上，与设备采用422接口连接通信，不与其他办公软件相区隔，在使用过程中容易出现中毒、卡机等现象，无法做到专机专用。

　　笔者所提出的基于STM32单片机的气动管道传输系统的设计，采用的是专门的嵌入式系统设计，可以做到专机专用，较于传统的气动管道传输系统具有更高的可靠性与稳定性，已成功应用于火电、银行和橡胶厂等行业，为客户取得了很好的经济效益和社会效益。

　　1、气动管道传输系统和STM32单片机介绍

　　1.1气动管道传输系统介绍

　　自1810年梅德赫颠特(Medhurst)提出邮件气力输送方案至今，人类使用气力管道运输物料已有近二百年的历史[1]，气动管道传输系统以其速度快，效率高的特点，已经在很多领域发挥出巨大作用。气动管道传输系统主要由传输瓶、终端工作站、传输管道、四向转换器、动力风机单元和中央控制机组成。

　　传输管道和四向转换器将分布在不同地方的终端工作站(比如高速公路放置在收费停和财务室的终端工作站)连接在一起，构成一个封闭的管道网络，中央控制机控制风机动力单元吸气或吹气，在管道内的传输瓶两端产生压力差，形成动力，使传输瓶在任意两个终端工作站间往返运动，实现物品的传输。传输速度一般在3~10米/每秒，是目前物品传送中速度最快、距离较远、传输最安全的一种方式。

　　1.2 STM32单片机介绍

　　STM32控制器是基于ARM Cortex-M3 内核设计的微控制器，基于 Cortex-M3架构上进行的多项改进，使用Thumb-2指令集可以大幅度提高中断响应速度，实现超低功耗设计等。ST推出的STM32给用户提供了比较完整的产品系列，自身不仅具有高性能、低功耗和低电压的特性，还具有高度的集成性能和简易的开发特性，ST提供的标准库函数为用户提供了更方便的操作。

　　2、STM32单片机在气动管道传输系统的设计

　　2.1硬件设计

　　气动管道传输系统中包括设备控制器和传输控制器两种硬件。设备控制器接收传输控制器的指令，执行动作(比如路径转接设备切换到相应位置、风机启动吸动作或吹动作);传输控制器是传输系统的核心，相当于“大脑”，调度系统中的设备控制器控制设备按指令动作，首先它根据用户的操作生成一条传输任务(比如从银行的现金区发送装有现金的传输瓶到现财区)，再根据传输任务分解成指令清单，最后根据指令清单控制相关设备按规律动作，把传输瓶传送到指定位置。

　　在传输时会产生大量的数据，有些过程数据可以临时存储在RAM中，突然掉电时可以丢失，但有一些数据在系统掉电后仍然需要找回，比如正在传输的任务和关键路径的传感器，掉电后系统所仍然要对没有完成的任务进行传输，保证传输瓶能够正常地传到目的地，这些数据需要存储在ROM中，EEPROM具有100万次的擦写次数，可以保证在大量的擦写后硬件还能正常工作。

　　设备控制器和传输控制器之间采用CAN总线方式通信，CAN总线具有可靠的错误处理和检错机制, 发送的信息在遭到破坏或无人应答后可自动重发[2]。设备控制器和传输控制器都采用STM32F103VCT6作为主控制芯片，自带CAN控制器.

　　2.2软件设计

　　软件设计主要分为设备控制器软件和传输控制器的软件设计。设备控制器的软件主要分为接收传输控制器的CAN指令和控制电机执行相应的动作;传输控制器的软件设计核心是根据用户的操作生成一条传输任务后如何生成指令清单，再根据指令清单顺序控制各设备有规律运行，把传输瓶输送到指令目的地。

　　系统中设备的物理连接状态采用系统表格来表示，系统表格是传输系统的核心，它表示系统内物理设备的连接关系，结构必须严谨，才能把各设备有机的联系在一起，达到传输的目的。一个设备最多有4个接口，比如路径转接设备，一个口进，三个口出;每个接口有对应的传输时间，再加上设备ID号、设备类型、传输超时时间，每个设备需要14个字节才能表示完整，接口是指设备该接口连接下一台设备的ID号，0表示未连接其它设备。

　　根据设备的物理连接状况，完全符合数据树形结构，每个工作站可看作树形结构的叶结点，所以可以按照树形结构的方式来存储、查询系统。根据每个项目设备的物理连接情况，用PC机来编辑系统表格，用文本txt格式保存，通过串口方式把系统表格下载到输控制器内，传输控制器接收到系统表格后，按照树型结构形式生成数据表存储在EEPROM中，设备掉电时，系统表格不会丢失。当有用户操作时，生成传输任务，根据传输任务中的起始工作站和目的工作站的ID号，采用树型结构查找完成此次任务需要经过的设备清单即指令清单，按顺序发送指令，使用传输瓶从起始工作站传送到目的工作站。

　　管道输送论文范例：工业管道安装质量控制

　　3、结束

　　基于STM32单片机设计的气动管道传输系统是一个嵌入式系统，没有采用PC机控制，实现专机专用，可靠性高。已在高速公路和火电厂等项目应用，得到了很好的效果，可推广到于医院、银行、工业等行业中。

　　参考文献：

　　[1]赵仓.医用气动管道物流系统仿真与优化,硕士学位论文,20090605

　　[2]余新良.CAN总线在工业嵌入式控制系统中的应用研究.厦门:厦门大学优秀硕士论文集, 2008

　　作者简介： 周富强