基于STM32和Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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(guò)傳感器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，下位機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并保存到FLASH中，再由串口發(fā)送到上位機(jī)Labview，上位機(jī)可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集到的模擬量實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。

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

[中圖分類號(hào)] TN98 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、分析及存儲(chǔ)，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(shí)世界中的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)上位機(jī)Labview進(jìn)行處理和分析。Labview制作上位機(jī)具有很強(qiáng)的靈活性，且制作簡(jiǎn)單可維護(hù)性強(qiáng);STM32微處理器芯片有高精度、高速等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)等兩大部分。

2、硬件部分設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中所采用的STM32微控制器集成了ADC、SRAM、USART、定時(shí)器、FLASH、DMA等外圍電路模塊。其中ADC的最大轉(zhuǎn)換速率可達(dá)1MHz，基本滿足采集系統(tǒng)對(duì)采集和處理速度的要求，在實(shí)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(chǔ)部分采用微控制器自帶的FLASH，容量為256K字節(jié)，可實(shí)現(xiàn)保存的數(shù)據(jù)掉電不丟失，并且可對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行反復(fù)的擦除和讀寫，同時(shí)還具有讀寫速度快等優(yōu)點(diǎn)[1]。

RS485采用雙絞線差分信號(hào)的傳輸方式，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)1.2km，具有良好的抗噪聲干擾的特點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用RS485總線進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)之間的串口通信。

下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)主要包括對(duì)模擬信號(hào)的采集模塊以及與上位機(jī)進(jìn)行通信的串口通信模塊。在上電后，程序進(jìn)入初始化，上位機(jī)發(fā)送采集指令后，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)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(chǔ)到FLASH中保存起來(lái)[2]。為解決采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、接收以及存儲(chǔ)在時(shí)序上存在的沖突，應(yīng)在FLASH中開(kāi)辟兩個(gè)內(nèi)存塊。

3、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的上位機(jī)PC軟件多采用VB、VC++、DEL-PHI等面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，但此上位機(jī)編程軟件調(diào)試和編程復(fù)雜，對(duì)從事硬件設(shè)計(jì)的工程師來(lái)說(shuō)不太容易，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，不利于本設(shè)計(jì)的進(jìn)行。綜合考慮之下采用由美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)發(fā)研制的虛擬儀器平臺(tái)Labview，Labview圖形化的編程語(yǔ)言，使其具有編程簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)[4]。

上位機(jī)Labview對(duì)下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，同時(shí)負(fù)責(zé)接收下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，上位機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到主控作用。上位機(jī)包括前面板和后面板，前面板直觀清晰地展現(xiàn)了上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信串口的相關(guān)參數(shù)，波特率以及信號(hào)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(jī)，可方便利用Labview自身函數(shù)庫(kù)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(shí)現(xiàn)PC機(jī)和下位機(jī)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(gè)模塊可實(shí)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(wèn)題為背景，設(shè)計(jì)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(chǔ)模塊作為系統(tǒng)的下位機(jī)，以設(shè)計(jì)難度低，界面簡(jiǎn)潔，圖形化的Labview為上位機(jī)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)并通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行顯示等功能，并具有采集速率快、精度高、可移植性強(qiáng)、后期維護(hù)成本低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 李紅剛，張素萍. 基于單片機(jī)和LabVIEW的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2014，33（4）：62-67. DOI：10.3969/j.issn.1002- 8978.2014.04. 018.

[2]張?jiān)拢樟謧? 基于FPGA與STM32的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，38（2）：351-358. DOI：10.3969/j.issn.1000-2758.2020.02.016.

[3]邵鶴帥. 基于LabVIEW的單片機(jī)串口通信技術(shù)的研究[J]. 科技信息，2009（34）：619，622. DOI：10.3969/j.issn.1001-9960.2009.34.533.

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