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        基于STM32的海底沉積物聲波采集主控系統(tǒng)的設計

        2019-10-31 07:00:03陳浩龍建軍李明鵬左福森
        電腦知識與技術 2019年22期
        關鍵詞:數(shù)據(jù)存儲

        陳浩 龍建軍 李明鵬 左福森

        摘要:為滿足海底沉積物聲波采集數(shù)據(jù)的有效存儲,本文提出采用基于STM32F4的海底沉積物聲波采集主控系統(tǒng)的設計。對主控系統(tǒng)硬件電路的設計和軟件程序架構的設計進行了論述,最終通過實驗驗證了該主控系統(tǒng)的可行性。

        關鍵詞:STM32;聲波采集;數(shù)據(jù)存儲

        中圖分類號:TP311? ? ? ? 文獻標識碼:A

        文章編號:1009-3044(2019)22-0231-02

        開放科學(資源服務)標識碼(OSID):

        1 沉積物聲波采集主控系統(tǒng)與裝置其他模塊通信連接總體設計

        主控系統(tǒng)是整個采樣裝置的控制中心,是控制銜接模塊協(xié)調工作的大腦。本海底沉積物聲波采集裝置主要包括STM32主控系統(tǒng)、聲波信號發(fā)生電路、聲波發(fā)射驅動電路、發(fā)射換能器、接收換能器、信號處理電路、A/D采樣電路和數(shù)據(jù)存儲模塊,如圖1所示。

        2 主控系統(tǒng)的硬件設計

        2.1 主控系統(tǒng)電源電路設計

        主控板上涉及的電壓有5V和3.3V。在5V電壓輸入的情況下,通過REG1117-3.3的電源轉換芯片將輸入的5V電壓降壓,將輸出電壓維持在3.3V,作為主控芯片STM32F407ZGT6的工作電壓。

        2.2 RS-485和RS-232通信接口電路

        由于本控制系統(tǒng)要工作于海底,且與上位機PC相距數(shù)百米很遠,因而控制系統(tǒng)與上位機間的通信選用RS-485通信。另外,本主控系統(tǒng)與銜接模塊的距離較近,在進行參數(shù)信息和控制命令發(fā)送時,很適合使用RS-232進行通信。

        2.3 主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存盤電路

        采集裝置在海底工作時需要進行多次采樣,且采集的數(shù)據(jù)需要按照時間順序以文件的形式保存起來。為此,本主控系統(tǒng)選用USB閃存盤進行采集數(shù)據(jù)的存儲。而本文選用的主控芯片STM32F407支持以USB-HOST接口的方式存取數(shù)據(jù)到U盤。

        2.4 主控系統(tǒng)并口與A/D采樣模塊連接電路

        系統(tǒng)是通過并行接口來讀取采樣模塊數(shù)據(jù)的,其連接電路如圖3所示。A/D采樣芯片采樣得到的數(shù)字信號數(shù)據(jù)在CPLD時鐘信號的控制下先暫存到采樣模塊的緩存RAM中。待采樣結束時,CPLD通過控制總線向主控系統(tǒng)觸發(fā)外部中斷,通知主控系統(tǒng)來讀取保存在緩存RAM中的采樣數(shù)據(jù)。

        3 主控系統(tǒng)軟件程序設計

        開始主控系統(tǒng)先啟動起來之后,做一些硬件外設的初始化,然后進入主循環(huán)。當控制系統(tǒng)接收到上位機發(fā)來的命令后,先做采樣前各模塊的參數(shù)設置。設置完成時,采樣標志會被置1。此時控制系統(tǒng)會自動開啟發(fā)波和采樣模塊等電源,接著信號發(fā)生模塊開始發(fā)射聲波信號,同時通知采樣模塊開始采樣。待采樣結束后,會觸發(fā)外部中斷告知控制系統(tǒng)讀取采樣數(shù)據(jù),讀完之后進行數(shù)據(jù)存盤操作。主程序流程圖如圖4。

        4 實驗驗證

        本聲波采集系統(tǒng)發(fā)射頻率為40KHz的正弦波和脈沖波進行實驗驗證,A/D采樣電路的采樣頻率為1MHz。兩通道采樣,每通道采集1K聲波信號數(shù)據(jù)。第一通道采集脈沖波數(shù)據(jù),第二通道采集正弦波數(shù)據(jù),借助MATLAB工具處理后,得到的波形圖如圖5所示。

        參考文獻:

        [1] 魏俊益.新型聲波信號系統(tǒng)的研究開發(fā)[D].廣州: 廣東工業(yè)大學, 2010.

        [2] 許肖梅.聲學基礎[M].北京:科學出版社,2003.

        [3] 喻金錢,喻斌.STM32F系列ARM Cortex-M3微控制器開發(fā)與應用[M].清華大學出版社,2011.

        【通聯(lián)編輯:代影】

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