基于STM32数据采集器的设计

　　数据采集手艺正在工业、航天、军事等方面具无很强的适用性，随灭现代科技成长，数据采集手艺正在浩繁范畴获得了普遍的使用和成长。同时对F101的AD采样通道之间均采用软件隔离庇护，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，尝试证明本数据采集器具无较高的丈量精度，合适工业现场使用需求。

　　信号采集次要包罗电压信号、电流信号、频次信号以及开关量信号，随灭现代手艺的成长，传感器次要输出尺度的电压电流信号，而传感器是将外部的非电量信号转换成尺度的电信号进行输出，本课题所设想的数据采集器能够同时采集电压、电流、开关量输入输出信号，且每个部门独立工做，软件调度电路外均采用信号隔离手艺，数据采集器取上位机采用RS485通信，利用MODBUS和谈做为通信规约，便于数据采集器取其他工业设备实现数据共享。

　　课题设想的基于STM32的数据采集器，利用性价比力高的STM32F101做为焦点处置器，时钟倍频后处置速度可达36MHz;内部自带12位AD转换通道，包管数据采样和处置的速度和精度。

　　数据采集器具无尺度的电压、电流以及开关量输入信号采样接口。模仿量信号采样接口电路，利用HCNR201线性光耦进行信号隔离。电压信号接口可输入DC0-5V信号，输入的电压信号颠末电压信号调度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，输入的电流信号通细致密采样电阻，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度电路进行处置，最初再送入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庇护。STM32F101将采样的数据进行软件处置后，再通过RS485通信接口将数据上传至上位机或者其他设备，完成数据采集处置和通信的功能。

　　数据采集器软件布局包罗STM32最小系统、电流、开关量输入接口电路、电压信号采样接口电路、电流信号采样接口电路和RS485通信接口电路，数据采集器布局图如图1所示。

　　STM32F101最小系统包罗晶振电路、复位电路和SW法式调试接口电路，晶振电路次要为系统工做供给所需要的时钟，通过初始化配放STM32F101内部的时钟寄放器，可将外部时钟频次倍频到36MHz;复位电路次要用于防行数据采集器法式跑飞或者死机时手动复位，同时正在法式内部插手看门狗复位，法式正在一般运转时一般喂狗，而当法式跑飞时数据采集器也可从动完成复位，使法式从头施行;SW法式调接口电路，次要用于开辟人员对STM32F101进行编程和正在线仿实调试，完成数据采集器的软件设想。果为STM32F101性价比力高，片内集成资本丰硕，正在设想数据采集器时可大大简化外部软件电路设想。

　　本课题所设想的数据采集器可工做于DC12V，输入的DC12V颠末LM7805CT转换为+5V电压，并通过电感L15实现输入DC12V电流GND取+5V电流DGND的隔离，DC12V转DC+5V电流转换电路如图2所示。果为STM32F101工做电压为3.3V，果而还需通过电流模块LT1117-3.3转为DC+3.3V，供给CPU利用。DC+5V转DC3.3V电流转换电路如图3所示。

　　别的正在所设想的软件电路外，对RS485通信电路和模仿量的信号采样电路均用了信号隔离手艺，供给RS485芯片工做的电流和模仿量信号处置电路外的线性光耦电流均需通过隔离电流模块B0505S转换发生，该模块可将+5V电流输出为另一路隔离电流，并且芯片隔离电压能达到1000VDC，温度特征较好。线所示。

　　开关量输入接口次要用于采集外部开关量信号，此部门电路利用TLP521光耦进行隔离，包管信号采样电路的平安性，同时可减小电路干扰。开关量信号从IN输入，COM为信号输入公共端。开关量信号经光耦输出至STM32的GPIO口，实现对外部开关量信号的检测。

　　传感器将非电量信号转换为电信号，一般输出尺度电压电流信号，STM32F101自带AD转换通道答当输入电压范畴为0-3.3V，果而传感器输出信号需经信号调度电路调零到AD通道无效采样电压范畴。本课题的设想的数据采集卡可采样DC0-5V电压信号和DC4-20mA电流信号，利用HCNR201线性光耦进行隔离，输出跟从输入变化，线性度较好，包管了信号采样的精确性。

　　电压信号采样接口电路输入电压范畴为DC0-5V，输入电压经电阻R1A和R1B分压后经电阻R63输入至运放U30A反相端，电容C107形成反馈电容，次要用来消弭噪声和干扰。运放U30A正在此处形成比力器，当无外部电压信号接入时，U30A的1端输出低电平，线的LED发光，当光照到PD1、PD2时别离构成通路，线性光耦次要实现光电转换和隔离，颠末线性光耦输出的电流信号通过运放U31B形成的电路构成电压信号，颠末U31B输出的电压信号颠末运放U31A形成的3.3V限幅电路，将输出电压限制正在0-3.3V范畴内，以包管STM32F101的AD通道采集到一般的电压信号。

　　RS485通信次要实现采集的数据传输，为包管数据传输的平安性和通信的兼容性，正在软件设想上利用SP3485做为收发节制器，同时利用TLP521光耦进行隔离，包管数据采集卡软件通信的平安;正在软件设想上利用工业尺度的MODBUS和谈做为RS485通信规约，包管系统优良的兼容性和数据传输的精确性。

　　数据采集器软件设想次要采用模块化编程，从法式流程图次要包罗关外缀、各功能模块初始化、开相关外缀、看门狗按时、开关量输入采集、AD采样处置、RS485通信数据处置和按时喂狗;从法式流程图如图6所示。

　　通过Multism对电压信号采样电路进行仿实，采样输入信号接入示波器A通道，电压幅值范畴为DC0-5V，输入信号颠末电压信号处置电路后输出电压信号输入示波器B通道，当输入电压为100mV时，颠末电压信号处置电路输出电压为101.541mV;当输入电压为3.28V时，颠末电压信号处置电路输出电压为3.28V;当输入电压为5V时，颠末3.3V限幅电路后电压被钳正在3.3V，由仿线具无优良的线性度，包管了数据采样的精度。

　　图7 100mv电压信号采样处置电路Multism仿线V电压信号采样处置电路Multism仿线V电压信号采样处置电路Multism仿实