基于STM32F103单片机的数据采集系统设计

基于STM32F103单片机的数据采集系统设计

摘要

本文设计了一个基于STM32F103单片机的数据采集系统，该系统可以采集并存储来自传感器的各种类型的数据，并将其通过串口传输给上位机进行进一步的处理和分析。在系统设计过程中，我们使用了C 语言作为主要的开发语言，并使用了开发工具Keil uVision5进行开发和调试。使用硬件电路实现传感器接口，可以自适应支持多种传感器，如温湿度传感器，光照传感器等。通过实际测试，本系统能够稳定地采集数据，并提供高效的数据传输速度和数据处理能力。

关键词：STM32F103、数据采集、传感器接口、串口传输

Abstract

This article designs a data acquisition system based on STM32F103 microcontroller, which can collect and store various types of data from sensors, and transmit them to the upper computer for further processing and analysis through serial port. In the process of system design, we use C language as the main development language and use Keil uVision5 as the development and debugging tool. Using hardware circuits to implement sensor interfaces, it can adaptively support multiple sensors such as temperature and humidity sensors, light sensors, etc. Through actual testing, this system can stably collect data and provide high-speed data transmission and processing capabilities.

Keywords: STM32F103, data acquisition, sensor interface, serial transmission

1.引言

随着传感器技术的不断发展，越来越多的数据采集应用得到了广泛的应用。基于微处理器的数据采集系统可以提供高效、高精度的数

据采集和处理能力，具有广泛的应用前景。本文设计的数据采集系统

主要采用了STM32F103单片机作为核心，实现了多种传感器接口和串

口数据传输功能，可以适用于多种数据采集应用场景，如环境监测、

工业控制、医疗检测等。

2.系统设计

2.1 系统硬件设计

系统硬件主要包括传感器接口电路和串口通信电路两部分。

传感器接口电路采用了基于模拟输入通道的设计方案。本系统设

计了三个模拟输入通道AI0、AI1和AI2，每个通道都可以接入不同类

型的传感器。例如，如果需要接入一个温湿度传感器，可以将传感器

的数据线连接到AI0通道，通过读取模拟输入的电压信号来获取传感

器的数值；如果需要接入一个光照传感器，可以将传感器的数据线连

接到AI1通道，通过读取模拟输入的电压信号来获取传感器的数值。

为了确保传感器的数据采集精度，我们在电路设计中加入了多级滤波

器和放大器，以提高模拟输入通道的信号质量和灵敏度。

串口通信电路采用了STM32F103内置的USART串口通信模块。本

系统设计了一个单向串口通信接口，将STM32F103的USART Tx端口连

接到串口调试器或上位机的Rx端口，以实现数据的实时传输。同时，

本系统使用了BSP库中提供的USART接口函数，以实现 USART初始化、数据发送、数据接收等功能，保证串口通信的稳定可靠性。

2.2 系统软件设计

系统软件主要包括操作系统、应用程序和驱动程序三部分。

操作系统采用了FreeRTOS，该OS具有轻量级、高可靠性和易于

移植等特点。本系统利用FreeRTOS提供的任务调度机制，实现多任务

并发处理数据采集、存储和串口传输等功能。

应用程序主要包括数据采集和数据处理两部分。数据采集程序负

责读取和处理传感器接口的数据，并将结果存储到系统内存中；数据

处理程序负责对采集的数据进行处理和分析，例如进行数据滤波、均

值计算、数据可视化等操作。

驱动程序采用了STM32F103自带的HAL库和BSP库，以实现对系

统硬件的控制和操作。通过设置ADC采样频率、UART波特率等参数，

以调整系统的数据采集速度和数据传输速率。

3.系统测试与评估

本文采用了基于模拟电路模拟数据源的方法，对设计的数据采集系统进行了测试和评估。测试结果表明，该系统能够正常采集温度、湿度、光照等多种类型的传感器数据，并通过串口传输给上位机进行进一步的处理和分析。测试过程中，系统的数据采集精度和稳定性良好，数据传输速度达到了115200bps，能够满足多种数据采集和传输需求。

4.总结与展望

本文设计了一种基于STM32F103单片机的数据采集系统，该系统可以实现多种传感器接口和串口数据传输功能，适用于多种数据采集应用场景。通过实际测试，本系统具有高效的数据采集和传输能力，可以稳定地采集和处理各种类型的传感器数据。未来，我们将继续优化系统性能，进一步扩展系统应用范围。