關(guān)凱元，陸 波

(上海機(jī)電工程研究所，上海 201109)

0 引 言

由于復(fù)雜系統(tǒng)故障原因的多樣性，在導(dǎo)彈武器裝卸、運(yùn)輸和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)往往需要對(duì)多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如振動(dòng)、沖擊、溫度、濕度等。

針對(duì)導(dǎo)彈武器存儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)前端數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于LoRa直序擴(kuò)頻技術(shù)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用LoRa直序擴(kuò)頻技術(shù)組建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，可以簡(jiǎn)化布線操作且不受工作環(huán)境限制，適用于導(dǎo)彈武器存儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)前端數(shù)據(jù)采集多點(diǎn)分布的情況。本系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)(上位機(jī))和網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點(diǎn)(下位機(jī))兩部分：主節(jié)點(diǎn)發(fā)布系統(tǒng)指令并接收從節(jié)點(diǎn)回傳的數(shù)據(jù)；從節(jié)點(diǎn)分布于被測(cè)環(huán)境中，根據(jù)主節(jié)點(diǎn)發(fā)布的指令執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

1 導(dǎo)彈存儲(chǔ)應(yīng)用環(huán)境分析

與其他復(fù)雜系統(tǒng)不同，導(dǎo)彈武器具有“長(zhǎng)期存儲(chǔ)、一次使用”的特點(diǎn)，其存儲(chǔ)剖面占據(jù)了整個(gè)使用周期的絕大多數(shù)時(shí)間。從導(dǎo)彈存儲(chǔ)和實(shí)際使用的情況看，在庫(kù)房存儲(chǔ)和戰(zhàn)備值班階段，導(dǎo)彈通常處于靜止?fàn)顟B(tài)；在運(yùn)輸/裝卸環(huán)節(jié)，導(dǎo)彈實(shí)際上處于公路、鐵路或艦船機(jī)動(dòng)狀態(tài)。表1 列出了環(huán)境因素的重要性與環(huán)境的關(guān)系[1]。以單發(fā)某型艦空導(dǎo)彈為例，在濕熱帶海洋鹽霧環(huán)境下，導(dǎo)彈整機(jī)會(huì)經(jīng)受艦艇沖擊、振動(dòng)和高溫、高濕、高鹽霧濃度的環(huán)境影響，需對(duì)導(dǎo)彈存儲(chǔ)環(huán)境的溫度、濕度、鹽霧濃度以及沖擊加速度等環(huán)境物理量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

表1 各環(huán)境因素的重要性與環(huán)境的關(guān)系Tab.1 The importance of environmental factors and their relations with environment

注： A表示最相關(guān)；B表示相關(guān)；C表示次相關(guān)；O表示通常不會(huì)遭遇此環(huán)境。

2 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇

常見(jiàn)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?shù)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜托切途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?，上述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以公共總線作為數(shù)據(jù)傳輸線路，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與傳輸總線連接，數(shù)據(jù)沿總線傳輸至各節(jié)點(diǎn)。但是，由于其采用串聯(lián)通信的結(jié)構(gòu)方式，一旦公共總線發(fā)生故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將完全崩潰，而且難以判斷故障發(fā)生的位置[2]。

圖1 常見(jiàn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Common topological network architecture

環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)首尾相連組成一個(gè)閉合環(huán)路，數(shù)據(jù)在環(huán)網(wǎng)中只能單向傳輸。雖然環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，但每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都需要安裝用于信號(hào)接收、放大和發(fā)送的中繼器，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)超過(guò)一定限額后其傳輸效率會(huì)明顯下降。另外，當(dāng)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將全面癱瘓。

樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變形，是一種分級(jí)結(jié)構(gòu)。在樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)信道僅支持上下級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的雙向通信。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)近似，便于擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)且聯(lián)系性強(qiáng)，同時(shí)還彌補(bǔ)了總線結(jié)構(gòu)故障點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)的不足。但是，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都依賴于根節(jié)點(diǎn)，若根節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則全網(wǎng)崩潰。

星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆芍鞴?jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。主節(jié)點(diǎn)可以與從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通信，但從節(jié)點(diǎn)之間必須通過(guò)主節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、管理方便、組建容易的優(yōu)勢(shì)，是最常見(jiàn)的局域網(wǎng)絡(luò)組建方式之一[3]。

本文研究的系統(tǒng)用于解決一定空間范圍內(nèi)分布式數(shù)據(jù)采集問(wèn)題，且在數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中只進(jìn)行主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間的雙向通信，各從節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有通信需求。因此，綜合考慮通信距離及抗干擾性能要求，本系統(tǒng)選用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建無(wú)線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。

星型網(wǎng)絡(luò)中，如果多個(gè)從節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)與主節(jié)點(diǎn)建立通信鏈接，若沒(méi)有相應(yīng)協(xié)調(diào)機(jī)制，將會(huì)發(fā)生通信沖突[4-5]。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，參考頻分多址(frequency division multiple access, FDMA)通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式，采用從節(jié)點(diǎn)根據(jù)目標(biāo)地址和信道選配與主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的方式，在網(wǎng)絡(luò)主從節(jié)點(diǎn)通信前，對(duì)通信節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)地址與目標(biāo)信道進(jìn)行配對(duì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)一通信。從節(jié)點(diǎn)接收指令后進(jìn)行應(yīng)答并執(zhí)行，主節(jié)點(diǎn)接收到應(yīng)答信息證明握手成功，可以進(jìn)行進(jìn)一步無(wú)線操作，否則反饋錯(cuò)誤碼。

2.2 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理Fig.2 Principle of distributed data acquisition system

系統(tǒng)上位機(jī)由計(jì)算機(jī)和無(wú)線通信單元組成，其節(jié)點(diǎn)指令控制和數(shù)據(jù)處理功能由計(jì)算機(jī)完成。作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，無(wú)線通信單元負(fù)責(zé)指令和數(shù)據(jù)的傳輸。上位機(jī)軟件基于LabVIEW軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)界面，進(jìn)行無(wú)線通信鏈路檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置、采樣功能控制、數(shù)據(jù)載入與處理等操作。計(jì)算機(jī)通過(guò)串口將指令代碼傳入無(wú)線通信單元，無(wú)線通信單元通過(guò)射頻信號(hào)將指令發(fā)布給指定的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集操作的無(wú)線控制。

作為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)具有存儲(chǔ)記憶功能，在脫離上位機(jī)的情況下仍然可以獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，在主節(jié)點(diǎn)突發(fā)故障的情況下，保證原始數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)采集任務(wù)完成后，數(shù)據(jù)采集模塊接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)回傳指令，將數(shù)據(jù)回傳給上位機(jī)，由上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，為被檢測(cè)系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)與健康管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建

3.1 硬件設(shè)計(jì)

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要針對(duì)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)Fig.3 Data acquisition node structure

3.1.1信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)

以導(dǎo)彈運(yùn)輸振動(dòng)加速度測(cè)量為例，設(shè)計(jì)配合應(yīng)變式加速度傳感器的信號(hào)調(diào)理模塊電路。信號(hào)調(diào)理模塊由電源、放大和濾波單元組成。由于傳感器輸出信號(hào)非常微弱且易受外界環(huán)境噪聲干擾，因此放大單元的第一級(jí)放大電路需要具有輸入電阻大、放大倍數(shù)精確和共模抑制比高的特點(diǎn)[6]?？紤]到放大器的主要技術(shù)指標(biāo)，選用AD620芯片作為一級(jí)放大器，配合OP07芯片設(shè)計(jì)信號(hào)放大單元電路[7]。

放大器輸出的信號(hào)，一般來(lái)說(shuō)都是很不純凈的，其中既包括有用的部分(即所需反映的信號(hào))，也包括無(wú)用的部分(如噪聲、干擾、諧波等)。濾波單元的目的就是選出有用的信號(hào)部分，同時(shí)盡可能濾除無(wú)用的部分[8]。巴特沃斯濾波器在通頻帶內(nèi)具有最大平坦部分幅值響應(yīng)和高衰減速率[9]，因此，選用低通巴特沃斯濾波器作為濾波單元。對(duì)于巴特沃斯濾波器，當(dāng)傳遞函數(shù)增加一階(一個(gè)極點(diǎn))，信號(hào)衰減20 dB/Dec，階數(shù)N越大，通頻帶越平緩，轉(zhuǎn)折衰減也越快，但其電路也越復(fù)雜，本系統(tǒng)采用二階巴特沃斯濾波器即可滿足設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 二階巴特沃斯濾波器電路原理圖Fig.4 Circuit schematic diagram of second-order Butterworth filter

3.1.2數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊由5部分構(gòu)成：主控單元、人機(jī)交互單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和電源管理單元。

主控單元使用STM32F103ZET6微控制處理器作為控制中心，具有16個(gè)12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換速率為1 MHz[10]。STM32的AD轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓Uref采用外接3.3 V電壓，芯片引腳輸入的最高電壓應(yīng)鉗制在3.3 V。信號(hào)輸入電壓上限為10 V，電路采用電阻分壓設(shè)計(jì)，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻分壓至原始電壓值的1/3后輸入AD單元，3.3 V肖基特二極管與測(cè)壓電阻并聯(lián)，當(dāng)信號(hào)輸入電壓大于10 V時(shí)，二極管反向打開(kāi)，將AD引腳輸入電壓鉗制在3.3 V以下，以保護(hù)主控芯片。

人機(jī)交互單元使用4.3寸薄膜晶體管(thin-film technology， TFT)彩色屏幕作為人機(jī)交互界面。由于彩屏數(shù)據(jù)量較大，為提高顯示速度，TFT觸摸屏模塊采用16位的80并口方式與主控單元連接。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元由片外FLASH和TF存儲(chǔ)卡組成，片外FLASH采用串行外設(shè)接口(serial peripheral interface， SPI)通信方式，存儲(chǔ)卡使用安全數(shù)字輸入輸出(secure digital input and output， SDIO)接口連接。

電源單元兼容鋰電池或外接直流電源兩種供電方式，采用二級(jí)降壓提高電源利用率，并為數(shù)據(jù)采集模塊各單元提供5 V或3.3 V供電電壓。

信號(hào)調(diào)理模塊外型尺寸為270 mm×168 mm×50 mm，數(shù)據(jù)采集模塊外型尺寸僅為126 mm×81 mm×30 mm，分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)小巧靈活，實(shí)物如圖5所示。

圖5 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖Fig.5 Picture of distributed data acquisition system design

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上位機(jī)作為數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線方式發(fā)布指令控制各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)(從節(jié)點(diǎn))動(dòng)作，接收數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)回傳的原始數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取顯示和保存處理。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，上位機(jī)軟件由以下三個(gè)模塊組成：無(wú)線通信模塊；參數(shù)設(shè)置與功能控制模塊；數(shù)據(jù)接收與顯示、存儲(chǔ)模塊。其程序框圖如圖6所示。

圖6 上位機(jī)程序框圖Fig.6 Block diagram of upper computer program

無(wú)線通信模塊包括串口設(shè)置單元、通信檢測(cè)單元和在線查詢單元，完成上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集模塊建立無(wú)線通信鏈接的功能；參數(shù)設(shè)置與功能控制模塊主要包括參數(shù)設(shè)置單元和功能控制單元兩部分，完成上位機(jī)軟件啟動(dòng)后參數(shù)的初始化，以及對(duì)數(shù)據(jù)采集參數(shù)的無(wú)線設(shè)置、對(duì)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)無(wú)線開(kāi)關(guān)、同步觸發(fā)和數(shù)據(jù)采集模塊重啟等功能的無(wú)線控制；數(shù)據(jù)接收與顯示、存儲(chǔ)模塊主要由數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元組成，完成回傳數(shù)據(jù)的顯示和保存功能。

上位機(jī)主程序采用改進(jìn)的LabVIEW“生產(chǎn)者-消費(fèi)者循環(huán)”框架設(shè)計(jì)。在經(jīng)典的“生產(chǎn)者-消費(fèi)者循環(huán)”基礎(chǔ)上增加了通知器和通知器循環(huán)，用來(lái)傳輸和顯示子程序(Sub VI)傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)；增加了用戶事件，使得改進(jìn)的“生產(chǎn)者-消費(fèi)者循環(huán)”能更加穩(wěn)定地退出循環(huán)程序[11]。上位機(jī)主程序面板的“生產(chǎn)者-消費(fèi)者循環(huán)”如圖7所示。

圖7 主程序面板的“生產(chǎn)者-消費(fèi)者循環(huán)”Fig.7 “Producer-Consumer Cycle” of main program panel

3.2.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊既可以通過(guò)無(wú)線通信單元接入數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)搭載的人機(jī)交互單元脫離上位機(jī)獨(dú)立工作。數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)主要包括：主程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置與功能控制程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)以及文件系統(tǒng)操作程序設(shè)計(jì)。

主程序是數(shù)據(jù)采集模塊軟件程序的核心，用于完成主控芯片的外設(shè)初始化設(shè)置，繪制人機(jī)交互界面，循環(huán)掃描觸摸屏幕等待觸摸指令，并在檢測(cè)到觸摸操作后進(jìn)入對(duì)應(yīng)子程序；采用串口接收中斷方式接收無(wú)線操作指令，在接收到無(wú)線操作指令后進(jìn)入中斷操作執(zhí)行對(duì)應(yīng)子程序；模塊設(shè)置操作完成后，進(jìn)入等待采集觸發(fā)中斷循環(huán)，并在中斷請(qǐng)求發(fā)出后及時(shí)響應(yīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集子程序。

作為無(wú)線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的控制中心，數(shù)據(jù)采集模塊在主程序的主循環(huán)中通過(guò)掃描方式等待觸摸屏操作，同時(shí)通過(guò)串口接收中斷的方式等待上位機(jī)發(fā)送的無(wú)線指令。數(shù)據(jù)采集模塊搭載的無(wú)線通信單元通過(guò)串口與主控單元連接，當(dāng)無(wú)線通信單元接收到指令信息后，通過(guò)USART2將指令代碼傳給主控芯片，觸發(fā)串口接收中斷。主控芯片解析指令格式和指令代碼，并根據(jù)指令內(nèi)容執(zhí)行對(duì)應(yīng)子程序。指令動(dòng)作完成后，數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送應(yīng)答信息給上位機(jī)，若指令代碼有誤，則回復(fù)錯(cuò)誤代碼給上位機(jī)。數(shù)據(jù)采集模塊無(wú)線指令接收程序流程如圖8所示。

圖8 數(shù)據(jù)采集模塊無(wú)線指令接收程序流程Fig.8 Flowchart of wireless instruction receiving program for data acquisition module

數(shù)據(jù)采集程序是數(shù)據(jù)采集模塊軟件功能的核心部分。數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)采集過(guò)程為：采集觸發(fā)后，啟動(dòng)模數(shù)連續(xù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出產(chǎn)生定時(shí)中斷，在中斷事件中讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)通道轉(zhuǎn)換值并將數(shù)值直接存儲(chǔ)在SPI_FLASH中；當(dāng)定時(shí)中斷次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，關(guān)閉定時(shí)器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，完成數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集完成后，主控單元再讀取SPI_FLASH中存儲(chǔ)的電壓值，經(jīng)過(guò)處理后以文本形式，按照預(yù)設(shè)格式重新寫(xiě)入TF卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件中。

在主程序中已經(jīng)初始化配置過(guò)STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，僅需在定時(shí)器中斷事件內(nèi)調(diào)用ADC_Get Conversion Value(u8 ch)函數(shù)，獲得模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)通道的轉(zhuǎn)換值，并將該值寫(xiě)入SPI_FLASH的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)從第3 866扇區(qū)開(kāi)始，而且第3 866扇區(qū)的前兩個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)FLASH擦除標(biāo)記位，故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址從SPI_FLASH的第3 866×5 096+2個(gè)地址開(kāi)始。

數(shù)據(jù)采集模塊可以通過(guò)有線傳輸或無(wú)線傳輸兩種方式實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)，這兩種方式都是通過(guò)串口傳輸實(shí)現(xiàn)的。由于導(dǎo)彈存儲(chǔ)環(huán)境物理量監(jiān)測(cè)具有小采樣率、大采樣間隔的特點(diǎn)，串口通信方式完全能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、顯示與存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性要求。數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖鞒虨椋菏紫?調(diào)用f_read()函數(shù)讀取數(shù)據(jù)文件內(nèi)容至緩存區(qū)，以固定字節(jié)數(shù)為一組打包，將緩存區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入串口發(fā)送寄存器；然后，串口發(fā)送寄存器再將數(shù)據(jù)以有線或無(wú)線傳輸?shù)姆绞交貍鹘o上位機(jī)，經(jīng)上位機(jī)軟件處理后實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)曲線。

3.2.3數(shù)據(jù)采集模塊低功耗設(shè)計(jì)

為滿足導(dǎo)彈存儲(chǔ)環(huán)境物理參數(shù)低采樣率、長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的采集要求，數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)下位機(jī)軟件配置，使主控芯片STM32ZET6F103在待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入低功耗模式。主控芯片共有三種低功耗模式：睡眠模式、停止模式和待機(jī)模式。待機(jī)模式功耗最低，但該模式下芯片所有寄存器與IO口配置均被清空，無(wú)法滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，所以選擇停止模式配置主控芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)，關(guān)閉芯片內(nèi)核與所有外設(shè)時(shí)鐘但保留寄存器配置與IO口狀態(tài)。通過(guò)設(shè)置Cortex-M3系統(tǒng)控制寄存器中的SLEEPDEEP位或清除電源控制寄存器(PWR_CR)中的PDDS位即可配置主控芯片進(jìn)入停止模式。在停止模式下，可設(shè)置任意外部中斷重新喚醒主控芯片，本系統(tǒng)采用外部中斷按鍵或無(wú)線接收中斷方式喚醒模塊。在低功耗模式下，數(shù)據(jù)采集模塊功耗小于8 mA(12 V標(biāo)準(zhǔn)鋰電池供電)。

4 結(jié) 論

本文在分析導(dǎo)彈武器存儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)前端數(shù)據(jù)采集需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，搭建了無(wú)線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)克服了現(xiàn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取繁瑣、布設(shè)復(fù)雜的缺點(diǎn)，為導(dǎo)彈武器在裝卸、運(yùn)輸和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的環(huán)境信息采集提供了極大的便利。