基于STM32数据采集器的设计.docx

基于 STM32 数据采集器的设计 一、数据采集器设计目标 数据采集技术在工业、航天、军事等方面具有很强的有用性，随着现代科技进展，数据采集技术在众多领域得到了广泛的应用和进展。同时对数据采集器的精度、抗干扰能力、平安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 F101 的数据采集器的设计计划，该数据采集器用法 MODBUS 协议作为 RS485 通信标准规约，信号调理与 STM32F101 的 AD 采样通道之间均采纳硬件隔离庇护。 二、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，用法 HCNR201 线性光耦举行信号隔离。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举行滤波、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，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举行处理，最后再送入 AD 采样通道；开关量输入接口采纳光耦举行隔离，实现光电转换和隔离庇护。STM32F101 将采样的数据举行软件处理后，再通过 RS485 通信接口将数据上传至上位机或者其他设备，完成数据采集处理和通信的功能。 三、数据采集器硬件设计 数据采集器硬件结构包括 STM32 最小系统、电源、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。 3.1 STM32F101 最小系统 STM32F101 最小系统包括晶振电路、复位电路和 SW 程序调试接口电路，晶振电路主要为系统工作提供所需要的时钟，通过初始化配置 STM32F101 内部的时钟寄存器，可将外部时钟频率倍频到 36MHz ；复位电路主要用于防止数据采集器程序跑飞或者死机时手动复位，同时在程序内部加入复位，程序在正常运行时正常喂狗，而当程序跑飞时数据采集器也可自动完成复位，使程序重新执行；SW 程序调接口电路，主要用于开发人员对 STM32F101 举行编程和在线调试，完成数据采集器的软件设计。 3.2 电源电路 本课题所设计的数据采集器可工作于 DC12V，输入的 DC12V 经过 LM7805CT 转换为+5V 电压，并通过 L15 实现输入 DC12V 电源 GND 与+5V 电源 DGND 的隔离，DC12V 转 DC+5V 电源转换电路如图 2 所示。因为 STM32F101 工作电压为 3.3V，因此还需通过 LT1117-3.3 转为 DC+3.3V，供应 CPU 用法。 3.3 开关量输入接口电路 开关量输入接口主要用于采集外部开关量信号，此部分电路用法 TLP521 光耦举行隔离，保证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。 3.4 电压电流信号采样接口电路 传感器将非电量信号转换为电信号，普通输出标准电压电流信号，STM32F101 自带 AD 转换通道，可以完成电压电流信号的采样和处理。 四、结论 基于 STM32 的数据采集器设计满足了工业现场应用的需求，具有较高的测量精度和抗干扰能力，符合 MODBUS 协议的 RS485 通信标准规约，可以与其他工业设备实现数据分享。该设计方案可以为工业自动化、智能家居、 医疗设备等领域提供了一个高效、可靠的数据采集解决方案。