检测机器人调试系统的设计.docx

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1、毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：检测机器人调试系统的设计当今石油和天然气已经成为了世界上最为重要的能源,而在油气的输送控制过程中会遇到各种各样的问题。本设计就是以油气管道检测控制系统为背景展开，通过分析油气管道检测对于油气运输的重要，指出了本设计的必要性，根据设计要求及对各硬件结构的了解，完成对如芯片、下载电路等硬件设备的选型，通过对比不同通讯方式的特点选择符合本设计的方案。根据串口通信中数据传输时所存在的问题,编写符合设计要求的通讯协议,更好的满足人机交换信息时的正确性与稳定性。关键词：管道检测STM32CubeMX串口通信通讯协议AbstractNowadays,oilandnatu

2、ralgashavebecomethemostimportantenergysourcesintheworld,andvariousproblemswillbeencounteredintheprocessofoilandgastransportationcontrol.Thisdesignistooilandgaspipelinedetectioncontrolsystemasthebackground,throughtheanalysisoftheimportanceofoilandgaspipelinetestingforoilandgastransportation,pointsout

3、thenecessityofthedesign,accordingtothedesignrequirementsandtheunderstandingofthehardwarestructure,suchaschips,downloadcircuitiscompletedbyhardwareselection,bycomparingthecharacteristicofdifferentcommunicationmethodsselectioninaccordancewiththedesignscheme.Accordingtotheproblemsofdatatransmissioninse

4、rialcommunication,thecommunicationprotocolthatmeetsthedesignrequirementsiswrittentobettermeettheaccuracyandstabilityofman-machineinformationexchange.Keywords:PipelinedetectionSTM32CubeMXsoftwareSerialportcommunicationprotocol摘要IABSTRACTII1.1 课题背景11.2 油气管道检测的安全性以及国内外发展状况21.2 .1油气管道检测的安全性21.2.2油气管道检测技

5、术的国内外发展状况21.3 课题意义3第2章系统硬件的选型42.1系统的工作原理42.2串口通信协议42.2.1通信方式72.3硬件部分介绍82.3.1STM32F103ZET6芯片的介绍82.3.2USB串口92.3.3SWD下载调试接口92.4RS232串口通信102.4.1TTL转RS232电平转换102.4.2MAX232芯片122.4.3USB转串口芯片CH340122.5DMA传输132.5.1DMA的基本介绍142.5.2DMA的主要特点142.5.3DMA工作框图142. 6小结15第3章系统软件部分概况163. 1STM32CubeMX软件简介163.2系统软件设计163.2

6、.1STM32CubeMX初始化配置163.2.2KeiI编写串口通信协议173.3小结204.1 软件调试214.2 结果及分析21第5章总结23致谢24参考文献25附录27北华航天工业学院4141本科毕业设计（论文）成绩单第1章绪论1.1 课题背景近几年，随着世界对能源需求越来越大，能源已经成为任何一个国家发展的命脉，并受到了越来越多的关注。中国作为世界上最大的发展中国家，能源自然是重中之重。为了保证我国的能源供应，我国积极在自己国土上发掘油田，并广泛进口国外原油。当今，我国的石油供应呈现出多元化的趋势。包括管道、陆运、铁路、海运等。如今，如何在石油产品多元化的背景下找到各种运输方式中成本

7、最低的方案，已经成为了一个重要的课题。油气管道运输与其它运输方式相比，具有运输成本低，占地面积小，建设速度快，油气运输量大，安全性高，运输过程中损耗少的优点。因此当今油气管道运输在当今得到了广泛的应用。但近几年，有些建设较早的油气管道存在着管道老化等问题，在输送油气时管道可能会出现泄露问题，这会严重影响生产力的发展，造成重大的经济损失，同时会对环境造成巨大破坏。因此管道检测技术的发展也被摆在了更加重要的位置。油气管道泄漏的主要原因如下：1 .建设时施工质量存在问题此类问题所产生的隐患，很有可能是管道后期会发生泄漏的一个重要因素，这主要表现在施工过程中粗制滥造，偷工减料，使用不合格的材料，比如在

8、管材和管件以次充好、以薄代厚、选用不合格的材料或者焊接的工艺不合格等。有时也可能是管道的保护措施没有做到位，比如管道的配重块设置不到位、水密保护做的不够好等，这些都有可能会使管道因受到冲击而造成受损或者泄漏，甚至会引发火灾、爆炸等，对人生命安全造成重大隐患。2 .管道腐蚀所造成的问题腐蚀也是导致管道泄漏的一个重要因素，其主要表现为：管道的防腐性随着使用寿命的增加而逐渐产生老化，直至发生故障，进而导致管道泄漏，特别是在管道的转弯处，由于长期遭到输送的油气的冲击，所以，这个地方的腐蚀比其它地方更快。另外，在施工过程中，如果没有对防腐涂层进行有效的防护，也会导致管道的防腐层被破坏。由于以上因素可能会

9、造成漏点，这些泄漏点非常微小，几乎无法用肉眼观察，有些漏点虽然不会对管道本身造成损坏，但在防腐期间，它已无法满足使用要求。在使用后，由于局部的腐蚀,很可能出现穿孔的现象，造成管道泄漏，进而降低管道的使用寿命。3 .阴极保护失效所造成的问题阴极保护是一种防止管道腐蚀的手段，其基于的是电化学腐蚀的原理。阴极保护的出现大大增加了管道的使用寿命。如今阴极保护技术已经发展的相当成熟了，并且得到了广泛的应用。其主要包括，牺牲阳极阴极保护及外加电流保护，但是无论采用哪一种或者两种均采用，其要求就是管道各项的绝缘措施都不能存在任何问题，这些都需要管道的漏点均在一定的范围之下。在使用时需要定期检查维护阴极系统，

10、并且需要为确保阴极系统的正常工作需要不断的外加电流对系统进行供电。若阴极系统失效或者停止运行后，可能会加速管道的腐蚀，最终导致油气管道穿孔并发生泄漏。1.2 油气管道检测的安全性以及国内外发展状况1.2.1 油气管道检测的安全性近年来，随着对能源的利用，管道运输逐渐成为了工业现代化以及国民经济的重要部分而油气管道的安全性也就成为了影响管道运输的一个重要因素,因此管道检测技术的发展也就变得比以往更加重要。综上所述，造成管道泄露的原因与管道长期使用所造成的管道内壁的腐蚀及管道施工时的质量不无关系。当今管道泄漏所造成的事故越来越频繁，由于管道输送的多为石油天然气等都较为危险，因此如果管道存在泄漏，不

11、仅会对管道造成损害，甚至会对人们的生命财产造成重大损害，污染自然环境并且会对国民经济造成重大损失。如果管道泄漏未能及时被发现，甚至会造成更为严重且不可逆的后果。相反倘若能够及时的发现缺陷，准确找到泄漏点，将会大大降低甚至避免因管道泄漏所造成的损失,极大的保护了人民的财产安全，确保石油、天然气公司的正常运转。因此管道检测设备及对其进行控制和调试的发展也就变得极为重要。此部分以石油天然气管道检测行业中的安全性及国内外发展现状,简单介绍了造成管道泄漏的几个主要原因，并对它们在实际运用中所面临的问题进行了分析，针对这些问题提出相应的解决措施。1.2.2 油气管道检测技术的国内外发展状况当今世界管道内检

12、测技术发展的非常迅速,此项技术的优点是在不影响管道输送的情况下,检测机器人也可通过自身携带的检测设备完成对管道缺陷的检测并准确的找到泄漏点。检测技术目前已经发展出激光检测技术、电视测量法、涡流检测法、电磁超声检测法、漏磁通法、超声波法等多项检测技术。相比与国外，我国管道探测技术发展仅有40多年，二十世纪八十年代初，我国已开展了大量的科研工作，并且已经取得了一定的成果，但并没有真正地应用于工业生产。直到1994年我国从美国引进管道检测设备才开始对漏磁管道检测设备着手进行的研发及应用。经过我国研究人员这么多年不懈努力，我国的管道检测技术已经取得了巨大的进步。这几十年里我国从引进全套外国设备,到对其

13、进行消化吸收再到研制本设计自己的管道高精度检测设备，最终本设计已经有了自己的全套国产化、系列化的检测设备。现在我国的漏磁检测技术的水平与国际上相比已经非常接近了。但是我们也应看到国内在超声检测技术等方面相较于国外先进水平仍处于较为初级的阶段。国外管道检测技术的发展状况：目前国外从事管道检测的公司中，技术成熟的有NDT公司、TDW公司、ROSEN公司和GE公司等。这些公司的生产的检测设备具有检测速度块，更够为工人快速的提供检测报告；检测精度高，能够准确确定管道泄漏的位置;反应速度快，可以快速发现泄漏的位置，降低因管道泄漏所造成的环境和财产损失；自动化程度高，大大降低了人的成本使设备的可靠性有所提

14、升。这些国外公司占据着全球管道检查市场的绝大多少份儿，并在该领域形成了垄断。并且在此领域的的专利也多为此类公司所申请。我国国内的检测设备仍有一部分主要还是依靠进口。虽然近年来我国也开发出一些国产的产品，但总体来说仍然落后于国外先进产品，尤其是对于大型管道的无损检测还存在一定的缺陷。并且随着国家经济的飞速发展，随着人们生活水平的提高和国家环境保护政策的逐步实施，管道行业的需求也越来越迫切。目前我国在管道检测方面的人机交换仍存在一些问题,而本设计的主要内容便是实现MCU内核与外部设备之间的串口通信的工作，因此本设计具有较强的实用性。1.3 课题意义此部分主要介绍了设计的课题背景及国内外管道检测技术

15、的发展现状。本文针对管道检测机器人的串口通信及相关技术为核心，保证人机交换信息的正确性与稳定性。本课题为创建MCU内核与外部设备之间的串口通信工作。其主要任务是根据要求编写相应的串口通讯协议，其中上位机给处理器的通讯格式为：开始标识(2byte)+命令号(4byte)+数据长度(2byte)+数据(nbyte:与数据长度对应)+校验字节(Ibyte)+结束标识(Ibyte)0若输入的指令的某个区域存在不符合上述通讯格式，串口助手将返回错误区域的错误类型。第2章系统硬件的选型2.1 系统的工作原理本设计的主要内容为实现MCU内核与外部设备之间的串口通信的工作，并编写设计所要求的串口通信协议。该通

16、信协议为非固定帧式，接收到的指令分为五部分，分别为:开始标识、命令号、数据长度、数据、校验字节、结束标识构成。若上位机发送到的数据包为FDAA时，电子包返回给上位机FE55的命令表记。之后分别接收命令号和参数长度，若所接收到的起始标志不为FDAA或者接收到的命令号不为所设置的命令号，则返回所对应的错误类型。如果所接受的类型均是正确的，则开始接收校验字节，其中校验字节为开始标识、命令号、数据长度和所接受到数据的异或值。之后再将接收端接收时将开始标识、命令号、数据长度、所接收数据校验字节进行按字节异或计算，若异或结果为OXOO则数据接收成功。反之若则数据错误，接收失败并返回错误类型。其流程图如图2-1所示。图2-1系统工