基于STM32的电力数据采集装置设计
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本文。
在现代科技快速发展的时代背景下，数据采集系统作为信息获取的重要手段之一，已经成为各行业必备的工具之一。
STM32F103单片机作为一款性能稳定、功能强大的微控制器，被广泛应用于各种数据采集系统中。
本文将以STM32F103单片机为基础，探讨其在数据采集系统中的设计原理、实现方法以及应用案例，旨在为同行业研究者提供参考和借鉴。
一、STM32F103单片机概述STM32F103单片机是意法半导体公司推出的一款32位MCU，采用ARM Cortex-M3内核，工作频率高达72MHz，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。
在各种嵌入式系统中，STM32F103单片机的应用十分广泛，特别适用于需要较高计算性能和功耗要求低的场景。
二、数据采集系统概述数据采集系统是一种用于采集、处理和传输数据的系统，通常由传感器、数据采集设备、数据处理单元和通信模块等组成。
在工业控制、环境监测、医疗诊断等领域，数据采集系统扮演着重要角色，能够实时监测各种参数并进行数据分析，为决策提供数据支持。
三、STM32F103单片机在数据采集系统中的应用1. 数据采集系统设计原理数据采集系统的设计原理包括数据采集、数据处理和数据传输等环节。
在STM32F103单片机中，可以通过外设接口如ADC、UART等模块实现数据的采集和传输，通过中断和定时器等功能实现数据的处理和分析，从而构建完整的数据采集系统。
2. 数据采集系统实现方法基于STM32F103单片机的数据采集系统的实现方法主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
在硬件设计方面，需要根据具体需求选择合适的传感器和外设接口，设计电路连接和布局；在软件编程方面，需要利用STM32CubeMX等工具进行初始化配置，编写相应的驱动程序和应用程序，实现数据的采集、处理和传输。
3. 数据采集系统应用案例以环境监测系统为例，我们可以利用STM32F103单片机搭建一个实时监测空气质量的数据采集系统。
基于STM32的电力数据采集系统的设计和实现
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基于STM32单片机的数据记录装置设计
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本 文 针 对 电 动 汽 车研 究 的 实 际 需 求 ，设 计 一 款 数 据 记 录装 置， 该 数 据 记 录装 置 是 搭 建 在 电池 能 量 管 理 系 统基 础 上 的 ， 通过
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基于STM32的电压采集系统设计
电子设计工程Electronic Design Engineering第27卷Vol.27第17期No.172019年9月Sep.2019收稿日期：2019-01-07稿件编号：201901028基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（08JK311）作者简介：徐晓霞（1984—），女，山西大同人，硕士研究生，讲师。
研究方向：仿真技术、信号与信息处理、模糊控制等。
近些年来，随着计算机信息技术和数字信号处理技术的飞速发展，电力系统不断地更新和完善，人们对于各种物理环境下采集系统收集数据的准确性、实时性、真实性等各个方面指标都提出了更高的要求。
但是，对于很多工业集团，测量仪器的自动采集数据一直是个使人头疼的问题，即便仪器已经有RS485/232等数据接口，但仍然需要先通过机器测量，然后人工在纸张上记录，最后将处理后的数据输入到PC 机中。
通过这样的方式不但使得工作量繁重，而且也无法保证数据的准确性。
因此，研发一种不仅具备体积小、精度高、信息容量大消耗功率低等特点，而且能脱离计算机操作平台工作的数据采集存储系统。
1系统总体设计方案本论文主要研究对电压模拟信号的采集，以及转换为电信号的过程。
本电压采集系统是利用STM32微控制器作为系统的核心部分，实现对于-3～+3V 近直流缓变电压信号的采集，同时要求误差不超过±0.1V 的指定误差范围的简易电压采集系统。
该系统除了能够将实时采集的电压模拟信号转换为基于STM32的电压采集系统设计徐晓霞（西安工业大学北方信息工程学院电子信息系，陕西西安710025）摘要：在生产实践中，人们常常需要对外部物理量进行实时监控，如压强、流量、温度等。
这些信号在转换为电信号时，常常以模拟信号的方式出现。
因此，基于模拟信号的采集已成为许多控制系统中的基本环节。
本文提出利用STM32微控制器实现对-3～+3V 近直流缓变电压信号的采集，要求该简易电压采集系统不但能够将实时采集的电压信号以LCD 形式显示，还能够将所采集的电压信号发送至上位机。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计摘要：本篇设计主要以STM32单片机为核心，设计了一个多路数据采集系统。
该系统能够实现多路模拟量和数字量信号的采集和显示，并通过串口与上位机进行通信，实现数据上传和控制。
设计中使用了STM32单片机的AD转换功能实现模拟量信号的采集，使用GPIO口实现数字量信号的采集，通过串口与上位机进行通信。
经过实验验证，该系统能够稳定地采集多路数据，并实现远程数据传输和控制功能，具有较高的可靠性和实用性。
关键词：STM32单片机，数据采集，模拟量信号，数字量信号，上位机通信一、引言随着科技的发展，数据采集系统在工业控制、环境监测、生物医学等领域得到了广泛的应用。
数据采集系统可以将现实世界中的模拟量信号和数字量信号转换为数字信号，并进行处理和存储。
针对这一需求，本文设计了一个基于STM32单片机的多路数据采集系统。
二、设计思路本系统的设计思路是通过STM32单片机实现多路模拟量和数字量信号的采集和显示，并通过串口与上位机进行通信，实现数据上传和控制。
该系统采用了模块化设计方法，将系统分为采集模块、显示模块和通信模块。
1.采集模块采集模块通过STM32单片机的AD转换功能实现模拟量信号的采集，通过GPIO口实现数字量信号的采集。
通过在程序中设置采样频率和采样精度，可以对不同类型的信号进行稳定和准确的采集。
2.显示模块显示模块通过LCD显示屏显示采集到的数据。
通过程序设计，可以实现数据的实时显示和曲线绘制，使得用户可以直观地观察到采集数据的变化。
3.通信模块通信模块通过串口与上位机进行通信。
上位机通过串口发送控制命令给STM32单片机，实现对系统的远程控制。
同时，STM32单片机可以将采集到的数据通过串口发送给上位机，实现数据的远程传输。
三、实验结果与分析通过实验验证，本系统能够稳定地采集多路模拟量和数字量信号，并通过串口与上位机进行通信。
系统能够将采集到的数据实时显示在LCD屏幕上，并通过串口传输给上位机。
基于STM32电力数据采集系统的设计分析
基于STM32电力数据采集系统的设计分析摘要STM32电力数据采集系统中包含了丰富的功能模块，不需要外扩芯片，可利用其自带的ADC系统，对输入信号予以多通道的同步模数转换，并运用具备较强灵活性的FSMC扩展NAND FLASH数据，结合标准的通信接口，实现远程通信。
该种系统的精确度较高，存储空间较大，具备较强实时性，且成本低廉，有较强应用优势。
关键词STM32电力数据采集系统；设计；分析前言在我国社会经济的迅速发展之下，各行业对电力的需求不断增加。
基于此，就需要对电力供应状况予以高效管理，并优化电力数据的采集系统，以提升电力供需管理科学性。
本文主要对STM32电力数据采集系统设计进行分析，以期实现高效数据管理。
1 概述分析STM32是一种基于ARM、Cortex处理器内核的闪存微控制器，其实时性较强，且数字信号处理较快，集低功耗与低电压于一身，开发相对简易，且具备高集成度。
本次研究主要由模拟量、开关量的采集模块，以及通讯模块、上位机人机交换模块构成。
其中，电压、电流模拟信号，在经过信号与电路调理之后，经过模数转换器ADC转换为相应的数字信号，之后再由STM32予以数据处理，并通过I/0口输入开关量信号，运用中断、查询形式予以读取。
2 系统设计2.1 硬件设计（1）片上资源。
本次研究系统主要运用增强型闪存微控制器的STM32F103ZE为整体系统的控制核心，其中，Cortex-M3的性能较高，且具有实时性、低功耗性等特征，价格相对低廉。
该芯片的最高工作频率达到72MHz 左右，且片上有丰富的资源，能够有效简化系统硬件，并降低系统功耗[1]。
而STM32F103ZE 12位ADC是一种逐次逼近型的模数转换器，其各个通道的转换，不仅可以连续、多次进行，而且能够以扫描、间断等模式进行。
同时，该种通道的采样时间能够编程，可以在缩总转化时间的同时，进行多种转换模式的选择，并支持DMA数据传输。
另外，由于本系统采用了定时器触发同步注入模式，因此可以对多路信号予以同步采样。
基于STM32单片机的数据采集系统
五、设计安卓移动端APP软件，能接受单片机通过蓝牙模块上传的数据，并提取出数据帧中的有效数据显示在设备界面中。显示内容包括：4个LED灯状态、4个按键状态、AD采样数据或采样电压值、陀螺仪6轴原始数据及解算姿态角度。
数据采集和上传任务：
按键处理任务：
显示任务：
初始启动LOGO姓名学号功能在显示任务中实现，之后进入界面选择的循环程序中等待按键选择。
功能1流水灯在按键任务中实现，调用RunLsd()函数；状态和数据显示在DrawScreen1函数中实现；
功能2在DrawScreen2中实现，并使用航向角为参数调用SetPWMLight函数调节LED亮度；
5.按键×4，加1个复位按键
6.精密可调电阻10KΩ
7.IIC接口6轴陀螺仪传感器：MPU-6050
8.IIC接口0.96寸128x64点阵单色OLED
9.HC05蓝牙2.0通信模块
系统框图：
通过AD软件绘制原理图：
软件系统：
1.STM32开发的集成开发环境（IDE）：KEIL（ARM）公司提供的MDK
二、功能1为系统测试界面，4个LED灯显示流水灯，OLED屏以图形方式显示测试内容，内容包括4个LED灯状态、4个按键状态、AD采样数据、陀螺仪传感器原始数据。单页显示不下时通过K1、K2上下翻页。LED与按键状态可用图形或图片进行显示，AD采样数据以及MPU6050数据可使用柱状图结合文字显示。
三、功能2为陀螺仪姿态解算界面，OLED显示内容为解算出的MPU6050姿态角数据（pitch俯仰角、roll横滚角和yaw航向角），精确0.1°，并能以其中的某个角度控制4个LED灯的亮度（100%-0%亮度可调）。
基于STM32的数据采集存储系统的设计与实现
基于STM32的数据采集存储系统的设计与实现基于STM32的数据采集存储系统的设计与实现一、引言随着科技的不断进步，数据采集与存储在各个领域中得到了广泛应用。
数据采集是指通过各种传感器或设备对现实世界的参数进行收集，而数据存储是将采集到的数据进行处理并保存，便于后续的数据分析与利用。
在很多应用场景中，需要一个稳定可靠的系统来实现数据的采集与存储，而现代嵌入式技术的发展为我们提供了一种高效的解决方案。
本文将基于STM32嵌入式平台，设计与实现一个数据采集存储系统，用于收集与储存外部环境的数据信息。
二、系统设计1. 系统架构设计数据采集存储系统的架构设计分为三个层次：传感器层、控制层和存储层。
在传感器层，选择适合目标应用场景的传感器模块，如温湿度传感器、气压传感器等，用于采集环境参数数据。
在控制层，使用STM32作为主控芯片，通过IO口与各个传感器模块进行连接。
STM32会周期性地读取各个传感器的数据，并进行数据处理及存储控制。
在存储层，选择适合需求的存储介质，如SD卡、EEPROM 等，用于保存采集到的数据信息。
2. 硬件设计硬件设计主要包括传感器接口设计、存储介质接口设计和电源管理设计。
传感器接口设计：根据传感器模块的接口要求，为每个模块提供相应的电源接口和数据传输接口。
通过使用STM32的IO口和外部中断功能，可以实现与传感器的数据通信和接收。
存储介质接口设计：选择合适的存储介质，通过STM32的SPI或SDIO接口连接存储介质，实现数据的读写操作。
电源管理设计：根据系统的功耗需求，设计合理的电源管理电路，包括电源切换、供电稳定等，确保系统正常工作。
3. 软件设计软件设计主要包括采集控制程序设计、数据处理与存储程序设计以及通信接口设计。
采集控制程序设计：使用STM32的定时器中断功能，设置合适的定时周期，周期性地读取传感器数据，并通过中断处理函数进行数据的处理和存储控制。
数据处理与存储程序设计：根据传感器采集到的数据特点，进行相应的数据处理和存储格式设计。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计概述：多路数据采集系统是一种用于采集和处理多种传感器信号的系统。
基于STM32单片机的多路数据采集系统具有低功耗、高精度、稳定可靠的特点，广泛应用于工业控制、环境监测和医疗设备等领域。
本文将介绍基于STM32单片机的多路数据采集系统的设计方案及实现方法。
设计方案：1.系统硬件设计：系统硬件由STM32单片机、多路模拟输入通道、数模转换器（ADC）和相关模拟电路组成。
其中，多路模拟输入通道可以通过模拟开关电路实现多通道选通；ADC负责将模拟信号转换为数字信号；STM32单片机负责控制和处理这些数字信号。
2.系统软件设计：系统软件可以采用裸机编程或者使用基于STM32的开发平台来进行开发。
其中，主要包括数据采集控制、数据转换、数据处理和数据存储等功能。
具体实现方法如下：-数据采集控制：配置STM32单片机的ADC模块，设置采集通道和相关参数，启动数据采集。
-数据转换：ADC将模拟信号转换为相应的数字量，并通过DMA等方式将数据传输到内存中。
-数据处理：根据实际需求对采集到的数据进行预处理，包括滤波、放大、校准等操作。
-数据存储：将处理后的数据存储到外部存储器（如SD卡）或者通过通信接口（如UART、USB）发送到上位机进行进一步处理和分析。
实现方法：1.硬件实现：按照设计方案，选择适应的STM32单片机、模拟开关电路和ADC芯片，完成硬件电路的设计和布局。
在设计时要注意信号的良好地线与电源隔离。
2.软件实现：（1）搭建开发环境：选择适合的开发板和开发软件（如Keil MDK），配置开发环境。
（2）编写初始化程序：初始化STM32单片机的GPIO口、ADC和DMA等模块，配置系统时钟和相关中断。
（3）编写数据采集程序：设置采集参数，例如采样频率、触发方式等。
通过ADC的DMA功能，实现数据的连续采集。
（4）编写数据处理程序：根据实际需求，对采集到的数据进行预处理，例如滤波、放大、校准等操作。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计本文将设计一种基于STM32单片机的多路数据采集系统。
该系统可以实现多个输入信号的采集和处理，在电子仪器、自动化控制、工业检测等领域具有广泛的应用前景。
首先，我们需要选择合适的STM32单片机作为系统的核心处理器。
STM32系列单片机具有低功耗、高性能和丰富的外设资源等优点，非常适合用于嵌入式数据采集系统的设计。
在选取单片机时，要考虑到系统对于处理速度、存储容量和外设接口的需求，以及预算等因素。
其次，我们需要设计合适的外部电路来连接待采集的信号源。
常用的信号源包括温度传感器、光敏电阻、加速度传感器等。
我们可以使用适当的模拟电路将这些信号转换为STM32单片机能够接收的电平。
此外，还可以考虑使用模数转换芯片来实现对多路模拟信号的高速采集。
接下来，我们需要设计软件算法来对采集到的数据进行处理。
在数据采集系统中，常见的算法包括滤波、数据压缩、数据存储等。
通过滤波算法可以去除噪声，提高信号的质量；数据压缩可以减少数据存储和传输的空间；数据存储可以将采集到的数据保存在存储介质中以供后续分析。
最后，我们需要设计用户界面以便用户能够方便地操作系统。
可以使用LCD屏幕和按键等外设来实现用户界面的设计。
用户界面应该直观简洁，提供友好的操作和显示效果，方便用户进行数据采集和系统设置。
综上所述，基于STM32单片机的多路数据采集系统设计需要考虑到硬件电路和软件算法的设计，以及用户界面的设计。
通过合理的设计和实现，可以实现多路信号的高速采集、滤波处理和存储，为电子仪器、自动化控制和工业检测等领域提供可靠的数据支持。
基于STM32数据采集器的设计
基于STM32数据采集器的设计
数据采集技术在工业、航天、军事等方面具有很强的实用性，随着现代科技发展，数据采集技术在众多领域得到了广泛的应用和发展。
同时对数
据采集器的精度、抗干扰能力、安全和通信兼容等方面提出了更高的要求。
基于上述要求提出了一种基于STM32F101 的数据采集器的设计方案，该数据采集器使用MODBUS 协议作为RS485 通信标准规约，信号调理电路与STM32F101 的AD 采样通道之间均采用硬件隔离保护，可同时采样3 路DC0-5V 电压信号、3 路DC4-20mA 电流信号和6 路开关量输入信号，实验证明本数据采集器具有较高的测量精度，符合工业现场应用需求。
信号采集主要包括电压信号、电流信号、频率信号以及开关量信号，随着现代技术的发展，传感器主要输出标准的电压电流信号，而传感器是将
外部的非电量信号转换成标准的电信号进行输出，本课题所设计的数据采集
器可以同时采集电压、电流、开关量输入输出信号，且每个部分独立工作，
硬件调理电路中均采用信号隔离技术，数据采集器与上位机采用RS485通信，使用MODBUS协议作为通信规约，便于数据采集器与其他工业设备实现数
据共享。
课题设计的基于STM32的数据采集器，使用性价比较高的
STM32F101 作为核心处理器，时钟倍频后处理速度可达36MHz ;内部自带。
基于STM32的多路模拟量数据采集设计
尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。
20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。
20世纪70年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场数据采集系统。
基于STM32电力数据采集系统的设计
0引 言
我国经济的高速发展带动了各行业对电力的大量需 求, 因此, 迫切需要对电力供应进行科学的管理, 电力数据 采集系统作为电力供需管理的基本 环节, 发挥着重要作 用, 电力系统的发展对电力数据采集系统的精确性、实时 性以及可靠性都提出了更高的要求。
传统的电力数据采集系统[ 1] 受限于有限的存储空间 和通信接口, 存在精度不高、实时性差、采集信息量小等缺 点, 已无法满足实际的电力系统调度与管理需要, 本文提 出的基 于 ST M32 的新 型电 力数 据 采集 器 充分 利 用了 STM 32 丰 富的 片 上资 源, 大 大节 约 了 硬件 投 资, 利用 STM 32 具有快速采样的高性能 A DC、先进的电源及时钟 管理、双看门狗等功能, 从而大大增强了系统的实时性与 可靠性, 精度显著提高, 同时功耗大为降低。
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第 33 卷
电子测量技术
实验数据表明, 本系统设计合理, 运行可靠, 数据测量 准确、精度高且实时性较好, 与传统电力数据采集器相比 具有显著优点。
端口, 并且通用的 I/ O 可以配置到 16 个 外部中断线上。 开关量输入电路如图 2 所示。开关量信号由 IN 端口输 入, 电容 C 与 电阻 R 构 成一阶 低通 滤波 器滤 除高 频噪 声, 减小 信号的 毛刺, 采 用光耦合 器 T LP521 实 现现场 开关量与 ST M 32 间的 电气隔离, 提高电 绝缘和 抗干扰 能力[ 7] 。
S TM 32F103ZE 12 位 A DC 为 逐次逼 近型模 数转换 器, 各通道的转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行, 转换结果以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器 中[ 5] 。通道采样时间可编程, 总转化时间可缩减到 1 Ls, 此 外, 多种转换模式供选择, 支持 DM A 数据传输。本系统采 用定时器触发的同步注入模式, 能够对多路信号进行同步 采样。
基于stm32的数据采集与无线传输的设计
Iห้องสมุดไป่ตู้
[键入文字]
ABSTRACT
With the continuous expansion of data monitoring, wireless communication and embedded technology applications, people collect precision data acquisition systems, speed and data storage have put forward higher requirements. For lack of current data collection system is proposed based on ARM Cortex-M3 processor STM32F103RBT6 chip data acquisition system, multi-channel analog input is continuously collected and sequential switching voltage and current signals of, ARM processor speed data acquisition system designed to meet the high-speed, real-time, data storage capacity of the system requirements. Further, since the difference between the noise immunity of the analog signal to the detriment of the transmission, it is often of a digital signal to be transmitted. Given by the embedded wireless transmission module design STM32F103RBT6 microprocessor and RF transceiver chip nRF905 composition. When its work in the 868 MHz band, the data transfer rate up to 1 Mbit • s-1, using high-gain antenna, so that the transmission distance up to 800 m or more, and showed good stability. System compact structure, easy maintenance. For data detection signal data acquisition and transmission industry, disasters such as flood and drought early warning, such as rainfall collection, hydrologic station monitoring. Keywords: STM32F103RBT6 NRF905 Wireless transmission Data collection
基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计
基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计一、本文概述随着现代电子技术的快速发展，电流和电压的精确采集在诸多领域中，如电力监控、能源管理、工业自动化等，都扮演着至关重要的角色。
STM32F103单片机，凭借其强大的处理能力、灵活的扩展性和高性价比，已成为众多电子系统设计者的首选。
本文旨在探讨基于STM32F103单片机的电流电压采集系统设计，通过对硬件电路和软件程序的详细解析，为相关领域的工程师和研究者提供一种可靠的、高效的电流电压采集方案。
本文将首先介绍电流电压采集系统的总体设计方案，包括硬件架构的选择、关键元件的选型以及系统的工作原理。
随后，将详细介绍电流电压采集电路的设计，包括模拟信号的处理、模数转换器的配置以及信号调理电路的实现。
在软件设计方面，本文将阐述STM32F103单片机的编程环境搭建、数据采集程序的编写以及数据处理和传输的实现方法。
本文还将对系统的性能进行评估，包括精度测试、稳定性分析和响应速度测试等。
通过本文的研究，我们期望能够为电流电压采集系统的设计提供一套完整、实用的解决方案，为相关领域的工程实践和技术创新提供有力支持。
本文也希望激发更多研究者对基于STM32F103单片机的电子系统设计进行深入研究，共同推动电子技术的发展和应用。
二、系统总体设计在设计基于STM32F103单片机的电流电压采集系统时，我们首先需要考虑的是系统的整体架构和功能需求。
系统总体设计的主要目标是实现高精度的电流和电压数据采集，同时保证系统的稳定性和可靠性。
核心控制器：选择STM32F103单片机作为系统的核心控制器，负责数据采集、处理和控制逻辑的实现。
信号调理电路：设计合适的信号调理电路，将采集到的模拟信号转换为适合STM32F103处理的电压范围。
这包括电流转换电路和电压跟随电路，以确保信号的准确性和稳定性。
ADC模块：利用STM32F103内置的ADC模块进行模拟信号到数字信号的转换，实现高精度的数据采集。
基于STM32的电机数据采集系统的设计
现代机械设计方法大作业-基于STM32的电机数据采集系统的设计总体概况由于现有的数据采集卡价格太高，设计出针对电机数据采集系统是有必要的。
STM32是第一个基于ARM cortex-M3内核的微控制器，拥有32位CPU，并行总线结构，嵌套中断向量控制单元，调试系统以及标准的存储映射，是专为实现系统高性能与低功耗并存而设计的，同时它足够低廉的价格也向传统的8位（51）和16位微控制器发起了有力的挑战。
本课题正是基于STM32，使用红外遥控器实现对电机的控制，同时将采集到的电机数据显示到LCD液晶屏上。
从而实现对电机数据采集系统的设计。
1 电机的控制在该设计中采用STM32的PWM对电机进行控制。
PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，中文意思就是脉冲宽度调制，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，其控制简单、灵活和动态响应好等优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，其应用领域包括测量，通信，功率控制与变换，电动机控制、伺服控制、调光、开关电源，甚至某些音频放大器，因此研究基于 PWM 技术的正负脉宽数控调制信号发生器具有十分重要的现实意义。
利用STM32的寄存器对PWM的空占比进行设置，从而改变电机转动的速度以及转动的方向。
其中TIMx_ARR寄存器确定频率(周期)、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。
由于STM32提供的电压过小，不能够驱动电机。
所以必须增加电机驱动模块。
我使用的是UNL2003，ULN2003是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN达林顿管组成。
该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
从而达到控制电机的目的。
2红外遥控通过红外遥控器与红外接收器对STM32进行控制，可以通过红外遥控器上的按键对STM32的拐角，寄存器进行一些控制，从而达到对电机的遥控控制的目的。
基于STM32电力谐波采样设备的设计
信号采样与调理系统 、 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 无线传输与组网系统等 组成。 分布式信号采集与调理系统作为系统采样设备
的前端 ， 负责采集 ２ ２ ０ Ｖ的实时 电压和电流 ， 并将供 给 电压电流通过信号调理模块调制到 ０ ～ ３ Ｖ的范围 内， 供后端 的 Ａ Ｄ转换器使用。单片机控制系统控制 Ａ Ｄ转换器的采样频率 ， 并将采取数据进行 Ｆ Ｆ Ｔ ， 通过 无线传输 与组网模块将最终数据打包发送 出去 。 无线 传输模块主要进行数据的传输和 自 组 网， 保证与上位 机进行数据交换可靠 。设备供 电系统将 １ １ ０ ～ ２ ４ ０ Ｖ
出 以下设 计 与 实现 方案 ：有 效 的检测 电力 线谐 波 ， 并 在 实现 功 能 的基 础 上控 制到 最低 的成 本 。 低成 本 的 电
的交流转换为 ５ Ｖ和 ３ Ｖ的直流电， 供给其他模块使
用 。系统结 构 如图 ｌ 所示 。
能参数检测系统主要检测 ０ ． ４ ｋ Ｖ网络的电参数和计 量 电量 。并传输给以 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 传输参数的无线电参数 检 测器 ． 以最低 的成 本 实现终 端 电力 网络 负荷 统 计 和 电能质量检测的网络化与智能化 ， 方便 电力公司部门 提供高质量 电能。
采样电路作为前端信号输入端 。 需要满足的要求 是 ：１ ）采 样 电路 能安 全 采 样 ．接人 采 样 点后 不会 对 电力线路造成影响 ； ２ ） 采样电路 的采样电压 和电流 能 够在 调 理 电路 中顺 利 调 理 ； ３ ）调 理 电路 需 要 对 采 集的电压信号进行偏置实现 。 将交流信号转换为直流 信号 ， 并且调节电压最大值不超过 ３ ． ３ Ｖ 。 调理模块 的 结构如图 ２ 所示 。 经过调理的信号各电路的输 出波形
基于STM32电力数据采集系统的设计_张旭
系统采用 5. 6 英寸的彩色液晶显示器实现本地实时 监控, 并提供良好的人机交互功能。利用 ST M32F103ZE 的 FSM C 模块控制液晶显示器, 即将液晶作为外部存储设 备来使用, 配置好读写及控制信号的时序, 指定指针即可 实现对液晶的读写访问。利用这种方式, 不仅简化了对液 晶的操作, 只需指定读写数据指针方可完成操作, 而且提 高了访问速度, 同时, 有效避免了用端口模拟时序访问液 晶产生的/ 拉幕0现象[ 8] 。 2. 4 RS485 通信模块设计
Abstract: T his paper intr oduced alow- po wer- consumption and high- perfor mance electric pow er data acquisition system based o n ST M 32, and ex patiated o n it s operat ional principle and the har dw are and softw are desig n. ST M 32ps abundant function modules helped the system t o realize mult-i channel synchro no us analog ue- to- digital conversions by using the ADC embedded in ST M 32 without any ex pansio n of A SIC chips, and then the flex ible static memor y contro ller ( F SM C) was used to ext end the N AN D FL A SH to sto re data. Besides, the adv anced and standar d inter face of ST M 32 w as ut ilized for the R S485 remote communication base on M ODBU S pro toco l. T his system ov ercame the disadvantag es o f traditional elect ric pow er data co llect ors such as the restr icted sto rag e space and co mmunication interfaces, lo w pr ecision and bad r ea-l time ca pability. T he pr act ical o per ation att ested fo r the impr oved r ea-l time per formance and reliabilit y of t he system w hich w as of low co st, small vo lume, and f riendly human- co mputer inter action. Keywords: ST M 32; electric pow er data acquisition; A / D co nv ersion; telecommunication
基于STM32数据采集器的设计
基于STM32数据采集器的设计关键字：数据采集STM32 MODBUS RS485数据采集技术在工业、航天、军事等方面具有很强的实用性，随着现代科技发展，数据采集技术在众多领域得到了广泛的应用和发展。
同时对数据采集器的精度、抗干扰能力、安全和通信兼容等方面提出了更高的要求。
基于上述要求提出了一种基于STM32F101 的数据采集器的设计方案，该数据采集器使用MODBUS 协议作为RS485 通信标准规约，信号调理电路与STM32F101 的AD 采样通道之间均采用硬件隔离保护，可同时采样3 路DC0-5V 电压信号、3 路DC4-20mA 电流信号和6 路开关量输入信号，实验证明本数据采集器具有较高的测量精度，符合工业现场应用需求。
信号采集主要包括电压信号、电流信号、频率信号以及开关量信号，随着现代技术的发展，传感器主要输出标准的电压电流信号，而传感器是将外部的非电量信号转换成标准的电信号进行输出，本课题所设计的数据采集器可以同时采集电压、电流、开关量输入输出信号，且每个部分独立工作，硬件调理电路中均采用信号隔离技术，数据采集器与上位机采用RS485通信，使用MODBUS协议作为通信规约，便于数据采集器与其他工业设备实现数据共享。
课题设计的基于STM32的数据采集器，使用性价比较高的STM32F101 作为核心处理器，时钟倍频后处理速度可达36MHz ；内部自带12 位AD 转换通道，保证数据采样和处理的速度和精度。
1 数据采集器工作原理数据采集器具有标准的电压、电流以及开关量输入信号采样接口。
模拟量信号采样接口电路，使用HCNR201线性光耦进行信号隔离。
电压信号接口可输入DC0-5V 信号，输入的电压信号经过电压信号调理电路对信号进行滤波、隔离和限幅后送入STM32F101 的AD 采样通道；电流信号接口可输入4-20mA 信号，输入的电流信号通过精密采样电阻，将电流信号转换成电压信号，然后再将转换的电压信号送入电压信号调理电路进行处理，最后再送入AD 采样通道；开关量输入接口采用光耦进行隔离，实现光电转换和隔离保护。
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基于STM32的电力数据采集装置设计常俸瑞1,刘 超2(1.广东电网有限责任公司湛江供电局,广东 湛江 524005;2.南京理工大学泰州科技学院,江苏 泰州 225300)摘 要:现代电力数据采集自动化程度越来越高,本文设计了一种基于S T M32单片机完成了电力数据采集装置,完成了硬件设计和软件调试,测试结果准确,能够对电流电压信号进行数据采集。
关键词:STM32;数据采集;电流电压信号中图分类号:TM764 文献标识码:A 文章编号:1003-7241(2019)03-0148-05Design of Electric Power Data Collector Based on STM32CHANG Feng-rui1, LIU Chao2( 1. Zhanjiang power supply bureau of Guangdong power grid Co., Ltd., Zhanjiang 524005 China;2. Taizhou Institute of Sci. & Tech., NJUST, Taizhou 225300 China )Abstract: The degree of automation of modern power data collection is more and more high. This article designs an electric power data collector based on STM32, it completes the hardware design and software debugging, the results of the test are accurate, and it can collect data of current and voltage signals.Key words: STM32; data acquisition; electrical current and voltage1 引言目前我国对电力数据采集要求越来越智能化,以此来实现电力系统对数据的快速处理,这样可以使电力系统的运行更加可靠。
一个性能优良的电力数据采集系统,可以在相关程序的控制下,将从电力线上采集到的数据进行自动处理,与供电部门的运行维护系统相结合,能够实现无人操作下的用电情况统计,电能分配等功能。
电力系统对于数据采集的准确度和实时性的要求将会越来越高。
对数据的存储应该实时、可靠,尽量保证可能发生的突发状况都不致所采集到的数据的丢失。
本文应用S T M32单片机来完成电力数据采集系统的设计。
电力线路上的数据经过S T M32芯片将数据进行处理,通过R S-485通讯模块完成数据采集器和STM32芯片之间的通讯,将最后的传送到数据存储器存储,并能在S T M32的L C D液晶显示屏上显示出来[1]。
在Keil 5的开发环境下设计软件程序并编译,将各个模块连接起来并顺利工作。
2 电力数据采集系统的总体设计本系统由模拟量的数据采集模块、数据处理模块、液晶显示模块、W25Q64外部存储器、RS-485等组成[2]。
电力数据采集系统总体设计框如图1所示。
图1 电力数据采集系统总体设计该系统通过互感器把电力线上的数据采集出来,在数据处理电路中进行处理,随后输入STM32F103。
经过STM32的ADC模块,将模拟量信号转换为数字量信号。
随后把采集到的数字量信号则直接通过ST M32的I/O收稿日期:2018-02-27口输入,通过中断定时器采集,直接录入S T M32F103芯片,与转换成数字量的模拟量信号一同处理。
将处理好的数据通过存储模块存储在S T M32F103芯片内部,便于查询和分析,并在芯片的液晶屏上实时显示出来,同时为了能使S T M32F103芯片能够实现数据的传输,对整个系统进行远程的控制,以及对上位机通讯,可以通过RS-485实现。
2.1 数据采集系统本次设计电力数据采集最主要部分是对电压、电流等模拟量的采集以及对开关等数字量的采集,并且需要将采集到的数据进行处理、存储与传送最后显示出来[3]。
数据采集系统的总体构成如图2所示。
图2 数据采集系统从电力线上直接采集到的电压、电流信号是交流大信号,但是控制芯片不能直接处理这样的信号类型,所以需要对其进行相关的处理。
为了满足各种小信号状态,这部分将采用信号测量放大电路去实现。
其主要的原理是运放器通过差动电路测量,通过调节电路中与放大器相连的电阻来改变放大的倍数。
放大倍数为:G=out in V V =121+R R (1)具体电路设计如图3所示。
图3 放大电路2.2 信号滤波与整形电路设计交流小信号虽然经过放大电路的处理,但是在实际测量中,会受到各种磁场的干扰,以及放大电路的本身,也会产生各种干扰,如果直接进入S T M32单片机处理,会造成严重的失真,所以还需要对放大后的信号进行滤波整形。
具体的电路设计如图4所示。
图4 信号滤波与整型电路2.3 采样保持电路设计根据本文的课题设计要求,只需要对一条电力线上的电流与电压的数据进行采集并且显示出来,所以只需要使用单通道的A D C 注入模块即可,进行电力线上的电压U a 模拟信号和电力线上的I a 模拟信号的采集,需要把处理好的电压与电流的模拟信号注入A D C 模块。
当输入信号发生变换时,输出信号要实时的跟进输入信号的变化,因此当信号传送到A D C 模块之前要经过采样保持器。
其主要的作用是对信号进行间隔采样,在两次采样间隔时间内,保持着上一次采样结束时的状态。
采样保持器的电路设计如图5所示。
图5 采样保持器根据以上对整个系统的架构设计,经过比较与选择,确定了使用JSY-MK-109单相互感式计量模块进行作为数据采集器进行数据采集。
模块外观图如图6所示。
可测量电压、电流、功率、功率因数、频率等多个电参量并进行数据输出,测量误差低至±1.0%。
供电电源为100V 或220V ,电力线路的电压不低于100V 且不高于220V 均可。
另外,根据该芯片的设计,R S -485通讯接口与供电电源、电压输入端口、电流输入端口之间相互实现电气隔离,以确保系统安全稳定,并提高绝缘性和抗干扰性。
该计量模块的工作环境要求较低,但必须远离烟尘、爆炸、腐蚀气体和导电尘埃,还必须无显著摇动、振动和冲击的场所才可以使用。
图6 计量模块外观图3 软件设计3.1 主程序首先,先将系统进行初始化,初始化成功后,外部寄存器开始从电力线上采集电压、电流的模拟量信号。
按下按键设置一个时钟中断,该中断成功开启后,运行R S-485通讯模块的程序。
此时,外部的F L A S H开始发送数据到M C U的内部存储器D M A中,随后进行数据分配。
随后,将分配过后的数据发送至A/D模块,进行模拟量到数字量的转换。
最后,将数字量信号发送到数据存储器。
然后,启动液晶显示模块。
通过USART串行通讯接口把数电压、电流信号传输到LCD 显示屏上。
待液晶显示模块检测到数据,并在L C D显示屏上显示出来后,关闭中断,并清除数据存储器的内部存储,完成一次数据采集。
3.2 RS-485通讯模块对RS-485通讯模块进行设计与开发是在Keil开发平台下进行的[4]。
对于T R E1是高低电平的控制端,输出“1”和“0”所以,也将它设置为输出端。
接着,就要对这些串口引脚进行初始化设置。
随后,还要对系统的时钟程序以及数据的缓存空间进行初始化。
当设置好了输出的波特率后,开始发送与接收从电力线上所采集到的数据。
首先要对数据发送的方向进行设定。
需要对发送的寄存器进行使能。
在进入串口中断,从中断串口读取数据,然后把数据发送给移位寄存器。
随后再次进入中断,将上一次收集到的数据再发送出去,然后,移位寄存器再接收本次发送过来的数据,这样依次循环,直到发送完成最后一组数据。
最后,为了表示数据发送已经完成,需要进入中断,将暂存数据的寄存器清空。
这样,就可以实现了数据采集器把采集到的数据发送给STM32进行处理的过程[5]。
设计RS-485通讯模块的工作流程图如图8所示。
图8 RS-485程序流程图3.3 ADC转换模块ADC转换模块的程序流程图如图9所示。
首先,使能PORTA时钟端,由于本次设计采用ADC1通道来采集外部电压、电流模拟量信号,所以将PA1设置为模拟量输入。
接着,使能ADC1时钟端,保证其在使能后进行一次ADC1通道的复位,并设置ADC1通道的分频因子,以确保ADC1通道的时钟端ADCCLK的最大工作频率不要超过14MHz。
随后要设置ADC1通道的工作模式为单次的转换模式。
通过定时器TRGO事件进行触,按照右对齐的规格对数据进行存储。
接着,需要设置ADC1通道的规则序列。
因为在本次设计中,使用了ADC1的一个通道和单次转换的模式,所以,在规则序列中的把通道数图7 主程序流程图设置为1,采样周期设置为1.5s。
当把所有参数设置好了过后,为了提高结果的准确性,要执行复位校准与A/D 校准,随后就可以开启A/D 转换器了。
校准完成后就可以开启ADC 转换了,最后直接读取ADC 规则寄存器中的数值就完成ADC 转换[6]。
图9 ADC 转换模块程序流程图3.4 按键模块本次设计需要用按键模块来实现数据读取的功能,即按下一次按键就可以读取一次数据。
STM32的开发板为用户提供了四个按键,分别是低电平有效的按键KEY0、KEY1、KEY2和高电平有效的WK_UP;两个LED,分别是DS0和DS1;还有一个蜂鸣器。
在四个按键中,WK_UP 按键是控制蜂鸣器的。
WK_UP 第一次按下,蜂鸣器响,再次按下时,蜂鸣器停止。
KEY1按键是控制DS1的,KEY2按键控制DS0,均是第一次按下按键时,LED 亮,再次按下时,LED 熄灭;而KEY0同时控制DS0和DS1的亮和灭,每按下一次,DS0和DS1的状态变换一次。
按键模块的程序流程图如图10所示。
图10 按键模块程序流程图3.5 LCD 显示模块为了使所采集到的数据实时的在液晶屏上显示出来,本次设计需要使用S T M32的F S M C 接口来控制TFT-LCD 液晶显示模块[7]。
TFT-LCD 液晶显示模块的程序流程图如图11所示。
图11 LCD 显示模块程序流程图首先,将时钟端初始化,采用STM32开发板提供的晶振作为时钟的输出端,将内部时钟倍频后作为系统时钟。
接着,初始化GPIO 端口,选择一个I/O 端口,将其作为驱动LCD 模块的I/O 端口,并将时钟设置为推挽模式。
然后设置ARM 的SPI 接口的时钟频率,使SPI 初始化,接下来通过特殊的命令指示判断液晶是否成功初始化。