【proteus仿真】基于 STM32 单片机破碎机监测保护系统（仿真图+程序）

一、项目背景

破碎机广泛应用矿山、建材等行业，破碎物料时如果进料过多或者物料硬度超标，会造成设备负载急剧升高，容易出现卡机、电机烧毁、机械部件损坏等故障，停机维修成本高。传统破碎机缺少实时监测保护，大多依靠人工观察判断负载状态。 本项目使用 STM32F103C8T6 作为主控，在 Proteus 仿真环境搭建完整电路，实时采集压力、位移参数，实现过载自动保护、弹簧拉杆卸力、数据显示、串口日志、蜂鸣器报警，模拟工业破碎机安全防护功能。

二、系统总体方案

2.1 硬件整体框架

系统分为五大模块：

1. 主控单元：STM32F103C8T6 单片机，负责 ADC 采集、逻辑判断、外设驱动、保护逻辑处理。
2. 信号采集单元：ADC 模数转换芯片，电位器模拟压力传感器、位移传感器，采集压力值、位移值。压力大于 50 判定为过载。
3. 执行机构单元：多路电机模拟弹簧拉杆机构，过载时弹簧拉杆动作，完成卸荷保护。
4. 人机交互单元 ：OLED 显示屏实时显示压力gz、位移wy数据；串口虚拟终端打印系统运行日志。
5. 报警单元：蜂鸣器模块，过载发生时触发报警提示。

2.2 Proteus 仿真电路介绍

主要器件说明：

• 主控芯片：STM32F103C8T6 单片机；
• ADC 采集：PCF8591 模数转换芯片，两路模拟输入电位器分别模拟压力传感器、位移传感器；调节电位器可以改变压力、位移数值；压力数值大于 50 触发过载保护逻辑；
• 显示：OLED 屏幕实时刷新压力gz、位移wy；
• 执行机构：5 路电机模拟弹簧拉杆机构，过载保护时弹簧拉杆机构动作，实现卸力；
• 蜂鸣器驱动：三极管驱动蜂鸣器，过载状态蜂鸣器报警；
• 串口通信：虚拟终端打印系统运行信息，过载时打印 "发生过载保护！" 提示信息，方便调试查看运行状态。

三、系统功能详解

3.1 工况参数采集

系统通过 PCF8591 ADC 芯片读取两路模拟量：

1. 压力传感器 ：模拟破碎机工作负载压力，压力数值gz；当压力 > 50，判定系统过载；
2. 位移传感器 ：模拟弹簧拉杆位移状态，采集位移数值wy；

采集得到的数据送到 OLED 屏幕显示，同时串口输出到 Virtual Terminal 虚拟终端。调节电位器，就可以模拟破碎机负载变化。

3.2 过载自动保护（核心功能）

当采集压力数值大于设定阈值 50：

1. 串口打印提示：发生过载保护！；
2. 蜂鸣器启动报警；
3. 控制弹簧拉杆电机机构动作，执行卸荷，释放破碎机负载，避免设备损坏；
4. 压力回落至安全区间后，报警解除，系统恢复正常监测。

3.3 数据显示与串口输出

1. OLED 屏幕实时显示：gz:压力值、wy:位移值，直观查看破碎机当前工况；
2. 串口虚拟终端持续输出系统日志，过载事件会打印过载提示，方便记录故障事件。

四、软件设计思路

程序主循环流程：

1. 外设初始化：系统时钟、GPIO、I2C‑OLED、PCF8591 ADC、串口初始化；
2. ADC 采集：读取压力、位移模拟量，转换得到gz压力值、wy位移值；
3. 过载判断逻辑：
   • 如果gz > 50：触发过载保护，蜂鸣器开启，驱动弹簧拉杆机构动作，串口输出过载提示；
   • 如果压力在安全范围：关闭蜂鸣器，弹簧拉杆复位，系统正常监测；
4. 刷新 OLED 屏幕显示压力、位移数据；
5. 串口发送工况数据；
6. 循环重复监测。

核心伪代码

while(1)
{
    PCF8591_Read(&gz, &wy);    //读取压力gz，位移wy
    if(gz > 50)
    {
        Buzzer_ON();          //蜂鸣器报警
        Spring_Rod_Action();  //弹簧拉杆机构动作卸荷
        UART_Send("发生过载保护！\r\n");
    }
    else
    {
        Buzzer_OFF();
        Spring_Rod_Reset();   //弹簧拉杆复位
    }
    OLED_Show(gz,wy);          //OLED刷新显示
    UART_Log(gz,wy);           //串口输出日志
}

五、仿真运行效果

运行仿真：

1. OLED 显示屏实时显示压力 gz、位移 wy；
2. 调节压力电位器，增大压力数值，当压力超过 50；
3. 蜂鸣器开始报警，串口虚拟终端打印发生过载保护！；弹簧拉杆模拟电机动作，执行过载卸荷保护；
4. 调低压力电位器数值回到安全区间，报警停止，拉杆机构复位，系统回到正常监测状态。

六、实物拓展方向

本版本为 Proteus 仿真，落地实物可以进一步完善：

1. 替换电位器，接入真实压力传感器、位移传感器；
2. 增加继电器驱动真实电机，代替仿真电机；
3. 增加阈值可调按键，现场修改过载保护阈值；
4. 接入 ESP8266 模块，将压力、过载故障数据上传云平台，实现远程监控；
5. 增加存储芯片，保存过载故障历史记录；
6. 可以增加上位机，电脑端绘制压力‑位移曲线。

七、总结

本项目基于 STM32 单片机完成破碎机监测与过载保护系统。利用 PCF8591 采集压力、位移信号，实现过载自动识别、弹簧拉杆卸荷保护、蜂鸣器报警、OLED 本地显示、串口日志输出。Proteus 仿真完整可运行，适合工业控制方向毕设、课程设计学习，为破碎机设备安全防护提供一套低成本的解决方案。

通过网盘分享的文件：仿真文件获取.zip

链接: https://pan.baidu.com/s/1V5zzxbpHc_fRqfGIzSdLfg?pwd=6666 提取码: 6666