基于STM32的海流計測量儀的設計

劉濱++李曉宇++于佳良

摘要：系統(tǒng)以微控制器STM32F107VCT6為核心，根據(jù)功能的需求，對系統(tǒng)的主控制器模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊進行了介紹。根據(jù)制定出的通信協(xié)議，實現(xiàn)了系統(tǒng)的流量計與主控制器之間的通訊，數(shù)據(jù)的存儲與回放功能，實現(xiàn)了對于海水的流速、流向、溫度、深度等各個參數(shù)的測量。

關鍵詞：stm32；海流計測量儀；串口通訊

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）17-0202-02

Design of Current meter measuring instrument Based on STM32

LIU Bin， LI Xiao-yu， YU Jia-liang

（Ocean University of China， College of Engineering，2311 Laboratory， Qingdao 266100，China）

Abstract： The System， with microcontroller STM32F107VCT6 as its core， is introduced in detail on system master controller module， keyboard input module， liquid crystal display module， data storage module， according to functional requirements. Based on modular software approach and the development of a communication protocol， the system realize the communication between the system and the main controller， data storage and playback function. Precision measurement of various parameters like velocity， orientation， temperature， and depth of seawater flow is realized.

Key words： stm32； ATmega128； serial communication

選用芯片STM32F107VCT6來作為控制系統(tǒng)的核心，它是基于ARM Cortex-M3內核系列的控制芯片。STM32F107VCT6微控制器的突出優(yōu)點有：性價比比較高，系統(tǒng)、內核以及存儲器的體積較??；具備低功耗與完整的電源管理；性能方面十分優(yōu)越，可以滿足挑戰(zhàn)性高的應用需求；并且終端處理速度很快，可以滿足高速、邊界的控制應用需要；系統(tǒng)的調試功能的優(yōu)化也加速了研發(fā)的進度；同時對匯編代碼沒有什么要求，這極大地簡化了系統(tǒng)的開發(fā)，由此可以確保聲學海流計測量儀的運行、處理速度等各種指標的實現(xiàn)以及確保系統(tǒng)的性價比。

1 海流計測量儀的硬件設計

1.1 測量儀的整體結構框圖

聲學海流計測量儀的主要由SD卡，LCD顯示器，流量計，壓力傳感器，姿態(tài)傳感器，和主控制器，鍵盤組成。系統(tǒng)結果如圖1所示。聲學海流計測量儀的功能任務主要是傳感器工作數(shù)據(jù)的采集，液晶的顯示，數(shù)據(jù)的存儲、顯示回放。其功能的實現(xiàn)是各個部分協(xié)同完成的。

1.2 鍵盤輸入模塊硬件電路設計

使用專用鍵盤接口的芯片ZLG7290。芯片跟CPU的接口方式采用SPI，簡單方便，并且可以自動地防止抖動和識別按鍵，還具有按鍵中斷輸出控制的功能。采用這一設計方式占用的資源最少，實現(xiàn)最簡單，減少了硬件和軟件設計的工作量。ZLG7290外圍電路設計及鍵盤輸出引腳如圖2所示。

1.3 液晶顯示屏硬件電路設計

本設計中使用JHDTFT024彩色液晶顯示器，此液晶顯示器，采用了分時技術，使數(shù)據(jù)寫入和顯示一起進行，這樣畫面能夠高速地更新，并且互相不干擾。系統(tǒng)利用總線式的液晶驅動，跟主控制器的接口如圖3所示。

1.4 數(shù)據(jù)存儲模塊設計

SD卡支持兩種總線模式：SD模式和SPI模式。SD模式使用6線制，利用CMD、CLK、DAT0～DAT3來進行數(shù)據(jù)的通信，而SPI模式常常使用4線制，利用主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線（MISO）、串行時鐘線（SCLK）、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線（MOSI）以及低電平有效的從機片選線（SS）來進行數(shù)據(jù)的通信。在SPI模式下數(shù)據(jù)的傳輸是串行傳輸?shù)模俣认鄬Ρ容^慢，但只要在微控制器內部具有SPI的接口就能夠使用，應用較為廣泛。本設計的SD卡采用SPI模式來進行驅動，其在SPI模式下驅動的結構簡圖如圖4所示。

<本設計的SD卡采用SPI模式來進行驅動，進行相關的讀寫設計，其工作的電壓在2.7～3.6V之間，采用的SD卡是4G存儲的大容量存儲卡。微控制器通過卡座跟SD卡相連。其硬件理解電路圖如圖5所示。

2 海流計測量儀的軟件設計

在軟件平臺設計中，采用模塊化設計方法，增強了代碼的可維護性，提高了代碼的重用性，易于實現(xiàn)擴展。主要模塊有流量計與主控制器之間的通訊程序流程圖如圖6所示，SD卡讀寫程序流程圖如圖7所示。

傳感器被控制上電后，傳感器需要1分鐘的啟動時間，以保證流量計向儀器提供可靠的數(shù)據(jù)；儀器將向傳感器發(fā)送壓力和姿態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送頻率每秒鐘4次；傳感器啟動后首先進入自檢模式，如果自檢正確，則輸出一次自檢結果信息后，然后進入測量結果輸出狀態(tài)，1min后輸出有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出頻率為1Hz；如果自檢不正確，則輸出一次自檢結果后，再次進行自檢判定，繼續(xù)輸出自檢結果。儀器控制傳感器關機時，先發(fā)送關機命令，5秒鐘之后儀器對傳感器斷電。

3 結論

基于stm32的海流計測量儀充分利用了stm32f107vct6芯片的相關功能。保證了通信的傳輸質量，使采集到的數(shù)據(jù)可靠 性大大增強，同時由于采用了該芯片，儀器能夠處于較長時間的工作狀態(tài)，采樣時間的增長，也相應地提高了數(shù)據(jù)的可靠性。

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