常瀟倩 石婉瑩 牛建輝

摘要：本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以STM32F103為主控芯片，通過傳感器對模擬信號進行調(diào)理，下位機對信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并保存到FLASH中，再由串口發(fā)送到上位機Labview，上位機可對采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和顯示，實現(xiàn)了對采集到的模擬量實時的監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：STM32F103;A/D轉(zhuǎn)換;FLASH;上位機Labview

[中圖分類號] TN98 [文獻標識碼] A

Abstract：The data acquisition system takes STM32F103 as the main control chip， adjusts the analog signal through the sensor， and the lower computer converts the signal A/D， and saves it to flash， and then sends it to the host computer Labview from the serial port.The host computer can store and display the collected data， realizing the real-time monitoring of the collected analog quantity.

KeyWords：stm32f103，A/D conversion，flash，the host computer Labview

引言

航空、導(dǎo)航等領(lǐng)域需要對各類數(shù)據(jù)進行實時的采集、分析及存儲，因此制作出高速度、高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必不可少。數(shù)據(jù)采集可將現(xiàn)實世界中的模擬信號進行采集，并通過上位機Labview進行處理和分析。Labview制作上位機具有很強的靈活性，且制作簡單可維護性強;STM32微處理器芯片有高精度、高速等優(yōu)點，與Labview相結(jié)合可提高采集系統(tǒng)的精度以及采集數(shù)據(jù)的可靠性。

1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從功能結(jié)構(gòu)上分主要包括上位機Labview和以STM32微控制器為核心，調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊為主體的下位機等兩大部分。

2、硬件部分設(shè)計

本設(shè)計中所采用的STM32微控制器集成了ADC、SRAM、USART、定時器、FLASH、DMA等外圍電路模塊。其中ADC的最大轉(zhuǎn)換速率可達1MHz，基本滿足采集系統(tǒng)對采集和處理速度的要求，在實際應(yīng)用中常采用多次采樣的平均值作為ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)據(jù)的存儲部分采用微控制器自帶的FLASH，容量為256K字節(jié)，可實現(xiàn)保存的數(shù)據(jù)掉電不丟失，并且可對存儲單元進行反復(fù)的擦除和讀寫，同時還具有讀寫速度快等優(yōu)點[1]。

RS485采用雙絞線差分信號的傳輸方式，最遠傳輸距離可達1.2km，具有良好的抗噪聲干擾的特點。系統(tǒng)設(shè)計中采用RS485總線進行上位機和下位機之間的串口通信。

下位機的程序設(shè)計主要包括對模擬信號的采集模塊以及與上位機進行通信的串口通信模塊。在上電后，程序進入初始化，上位機發(fā)送采集指令后，模擬信號經(jīng)過調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)送到微處理器中，然后再將數(shù)據(jù)存儲到FLASH中保存起來[2]。為解決采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、接收以及存儲在時序上存在的沖突，應(yīng)在FLASH中開辟兩個內(nèi)存塊。

3、上位機軟件設(shè)計

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的上位機PC軟件多采用VB、VC++、DEL-PHI等面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言進行設(shè)計，但此上位機編程軟件調(diào)試和編程復(fù)雜，對從事硬件設(shè)計的工程師來說不太容易，開發(fā)周期長，不利于本設(shè)計的進行。綜合考慮之下采用由美國國家儀器公司開發(fā)研制的虛擬儀器平臺Labview，Labview圖形化的編程語言，使其具有編程簡單、開發(fā)周期短等特點[4]。

上位機Labview對下位機發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，同時負責接收下位機采集到的數(shù)據(jù)，上位機對整個系統(tǒng)起到主控作用。上位機包括前面板和后面板，前面板直觀清晰地展現(xiàn)了上位機和下位機之間的通信串口的相關(guān)參數(shù)，波特率以及信號波形的顯示。

4、系統(tǒng)串行通信功能模塊

選擇Labview制作上位機，可方便利用Labview自身函數(shù)庫中所提供的有關(guān)串口通信的函數(shù)模塊，大大減輕了制作難度，從而實現(xiàn)PC機和下位機之間的互聯(lián)通信。在本采集系統(tǒng)中需要用到的串口通信模塊有：

VISA write、VISA read、VISA close三個模塊可實現(xiàn)將字符寫入指定串口中，從系統(tǒng)中指定的串行接口讀出特定的數(shù)據(jù)以及關(guān)閉串行接口，讓出接口的使用權(quán)等功能。

5.總結(jié)

本文以航空、導(dǎo)航等領(lǐng)域涉及的數(shù)據(jù)采集問題為背景，設(shè)計了以STM32F103為主控芯片，外圍結(jié)合A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)LASH存儲模塊作為系統(tǒng)的下位機，以設(shè)計難度低，界面簡潔，圖形化的Labview為上位機?？蓪崿F(xiàn)對模擬信號進行采集、存儲并通過上位機進行顯示等功能，并具有采集速率快、精度高、可移植性強、后期維護成本低等特點，可廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

參考文獻

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[4]趙圣飛. 基于STM32的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 山西：中北大學，2014. DOI：10.7666/d.D494715.