基于STM32F103VCT6的振弦式传感器数据采集系统

基于STM32F103VCT6的振弦式传感器数据采集系统

贾鹏辉;陈辉;周平义

【摘要】Traditional vibrating-wire-sensor acquisition systems are usually used in tunnels, mines, bridges, dams and other projects,but they always have difficulty in communicating with each other,and they all have poor accuracy and real-time capability. In order to solve these problems,a vibrating-wire-sensor data acquisition system based on STM32F103 was designed.The system integrated functions such as data acquisition,data storage,power management,and it can be connected to various types of sensors. Data acquisition measurement system provided various communication interfaces such as GPRS and RS485.The wireless communi-cation module can establish wireless networks easily between multiple measuring instruments and create dynamic routing,which can realize data collection and transmission in harsh environments.%针对隧道、矿山、桥梁、水库大坝等工程中传统振弦式传感器采集系统精度不高、相互之间通信困难、实时性差等缺点，设计了以STM32F103VCT6为核心控制芯片的振弦式传感器数据采集系统。该系统将振弦式传感器数据采集、数据存储、电源管理集于一体，并可以连接不同传感器。数据采集测量系统提供GPRS、RS485等多种通信接口，利用

无线通信模块可以方便地实现多台测量仪器之间自动组建无线网络并建立动态路由，实现恶劣环境下的数据采集和传输。

【期刊名称】《仪表技术与传感器》

【年(卷),期】2015(000)002

【总页数】4页(P67-70)

【关键词】振弦式传感器;STM32F103VCT6;GPRS;数据采集;无线网络

【作者】贾鹏辉;陈辉;周平义

【作者单位】安徽理工大学计算机科学与工程学院，安徽淮南 232001;安徽理工

大学计算机科学与工程学院，安徽淮南 232001;安徽理工大学计算机科学与工程

学院，安徽淮南 232001

【正文语种】中文

【中图分类】TP274

随着我国经济建设事业的快速发展，各种矿山、桥梁、隧道、水库大坝等工程建设规模越来越大，对国家经济发展的作用也越来越重要。为了避免矿山、桥梁、隧道、大坝等安全事故的发生，国家不断加大这方面的安全监测，并投入了大量的人力和财力[1-2]。由于现有的安全监测系统在测量精度、成本、功耗、系统应变、稳定

性等方面存在明显不足，因此需要研制高精度、高可靠性的智能型数据采集系统。鉴于此，本系统采用基于ARM核的STM32F103VCT6作为单点数据采集测量系

统的核心控制器，将振弦式传感器数据采集、数据存储、电源管理集于一体，通过应答、自报或应答与自报相结合的模式将采集数据传至矿山、桥梁、大坝等端服务器，实现实时、动态监测多点安全参数[3]。并且系统可以根据需要，连接不同类

传感器进行数据采集，测量模块之间可以通过有线或无线方式通信组网，实现大坝渗压、矿山边坡裂缝、桥梁锚索应力、地下水位等的有效监测。

1.1 硬件系统总体结构

根据实际采集系统的功能需求，系统主要由数据采集、数据存储、数据传输以及电源管理等部分组成。由于系统在高性能、低成本、低功耗以及满足多种数据传输方

式等方面的要求，系统核心控制部件采用基于ARM Cortex M3(32位的RISC内核)的STM32F103VCT6为核心芯片。该芯片具有高性能、低成本、低功耗以及片内资源丰富等优点，片内具有内置高速存储器，包括256 KB闪存和48 KB的SRAM、3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器、2个看

门狗定时器、12通道DMA控制器等。此外，还包含多个先进的通信接口：1个CAN 、3个USART、1个USB、2个I2C、3个SPI、2个I2S、1个SDIO。该

控制芯片工作频率为72 MHz，供电电压为2.0～3.6 V，可工作于省电模式[4-5]。采用该芯片能够满足系统对高性价比和高精度的需求，能够大大提高整个系统的执行效率，增强系统稳定性。由STM32F103VCT6为核心控制器构成的数据采集系统总体结构如图1所示。

1.2 振弦式传感器数据采集电路设计

1.2.1 振弦式传感器工作原理

振弦式传感器是目前应用广泛的一种非电量电测传感器，振弦式传感器输出振弦的自振频率信号，能获得很高的测量精度，且具有抗干扰能力强、受电参数和温度影响小、耐振动和寿命长等特点。振弦式传感器一般分为单线圈振弦式传感器和双线圈振弦式传感器，单线圈振弦传感器激振和接收共用一组线圈，具有结构简单和数据采集精度高的特点，其工作原理如图2所示。

图2中，当有激发脉冲P时，激振放大电路给线圈通一个激发电压，线圈产生磁

力吸引磁性弦；当撤去激发电压时，线圈放开磁性弦，磁性弦自由振动并在线圈中产生感应电动势，然后由后续的微弱电动势频率拾取电路对微弱电动势放大并进行信号处理得到频率信号，这个频率即为磁性弦的固有频率[6]。由于振弦的自振频

率与张紧力的大小有关，因而振弦振动频率的变化量即可表征受力的大小。因此，通过微处理器系统测对测得的振弦自振频率的数据处理，便可得到待测的物理量，如压力或应变力等。