Résumé: catastrophes géologiques de surveillance pour le système d'acquisition de données sur le terrain avec les exigences en temps réel de faible consommation d'énergie, un système d'acquisition de données multicanal basé sur STM32F103 et ADS1256 peut être réalisée l'eau de la boue géologique du site sinistré, le son, les infrasons et le déplacement en temps réel en ligne d'acquisition de données multi-paramètres. Le système comprend un petit faible puissance, en temps réel et d'autres caractéristiques. Le système peut mettre en oeuvre en temps d'acquisition des risques de stockage réel de 24 heures, les données d'échantillonnage, et le type ambiante du capteur de température et d'autres informations connexes, et la transmission à distance sans fil de données à travers le réseau GPRS ou Beidou satellite faciliter catastrophes géologiques longue continu corps de collecte de données, la transmission et l'analyse, peuvent améliorer efficacement le niveau de surveillance en temps réel du corps des catastrophes géologiques.
format de citation chinois: Wangchen Hui, Wu Yue, Yang Kai. STM32 système d'acquisition de données multicanal basée sur la conception Technologie électronique, 2016,42 (1): 51-53,57.
Anglais format de citation: Wang Chenhui, Wu Yue, Yang Kai. Conception du système d'acquisition de données multicanal basé sur STM32 .Application Technique électronique, 2016,42 (1): 51-53,57.
0 introduction
Dans le suivi des catastrophes géologiques, le besoin de surveiller le niveau des boues, une variété de données de surveillance des sons, infrasons, le déplacement, les systèmes d'acquisition de données sont largement utilisés pour le personnel du moniteur attention La fonction du système n'est plus acquis, mais les propriétés de base, telles que la vitesse d'acquisition, la précision de l'acquisition, la capacité anti-interférences . En outre, la méthode de artificielle conventionnelle sur le site de surveillance des données d'acquisition de synchronisation ne peut pas répondre aux exigences techniques de la surveillance des catastrophes géologiques en cours, ce microcontrôleur papier STM32F103 ARM et une faible puce de conversion analogique-numérique à deux canaux de bruit ADS1256 construire ensemble une faible puissance du système d'acquisition de données multi-canal, continue l'acquisition de données multi-canal à temps réel, la surveillance à distance de transmission sans fil de données par l'intermédiaire du port série ou le module GPRS module satellite Beidou, d'améliorer efficacement la précision des paramètres de surveillance pour améliorer la stabilité du système et de la fiabilité, de réduire la consommation d'énergie du système.
1 conception du système
Système d'acquisition de données multi-canal est constitué d'un microcontrôleur ARM STM32F103, le circuit de conversion A / N, un circuit de puissance, le circuit de stockage de données, le circuit de transfert de données et le centre de surveillance des données . noyau STM32F103 système d'acquisition de données à canaux multiples, la collecte de données de coordinateur de commande spécifique, le stockage et la transmission. Champ de données A / D circuit de conversion peut être recueillie à niveau de boue, le son, les infrasons, les données de champ de déplacement, le processus d'analyse simple recueilli STM32F103 la transmission du circuit de transmission de données pour les données à distance du centre de surveillance, la transmission des données principalement par GPRS ou Beidou satellite module de téléchargement, les données de base centre de surveillance peut atteindre visualisation en temps réel en ligne de recherche de données en direct et historique, le circuit de stockage de données peuvent être données collectées sont enregistrées sur la carte SD en temps réel, pour faciliter futur traitement des données. Le schéma synoptique global du système représenté sur la figure 1.
2 conception de circuits de matériel de système
2.1 Introduction à Microcontrôleurs
famille STM32 de microcontrôleurs microcontrôleur 32 bits STM32F103R8. Il utilise ARM32 Cortex TM CPU-M3 bits, une fréquence jusqu'à 72 MHz, intégré et mémoire flash de 512 Ko 64 KB de SRAM, riche en ressources périphériques, y compris les ADC, RTC, I2C et SPI interfaces. Offre trois sommeil, de veille et mode basse consommation, faible consommation d'énergie du système pour assurer efficace et jeu d'instructions Thumb-2 peut améliorer le fonctionnement du système et l'efficacité en temps réel.
2,2 A / D circuit convertisseur
Un circuit de conversion analogique / numérique ADC ADS1256 sélection TI introduit pour des applications industrielles, 24 qui applique à l'instrumentation scientifique -ADC, le contrôle de processus et d'autres applications industrielles, par une grande précision de 23 bits sans bruit, jusqu'à 30 débit de données kS / s, 0,001 ± 0% non linéaire caractéristique, est très approprié pour la grande vitesse, l'acquisition de données de haute précision, le multiplexeur d'entrée d'intégration interne, le tampon d'entrée, un amplificateur à gain programmable .
Le circuit d'alimentation 2.3
Circuit d'alimentation flottante en utilisant du lithium comme une source d'alimentation solaire, les paramètres de base pour la pile au lithium 12 V / 16 Ah, 12 V est fournie à travers un système de conversion de puissance, 5 V et 3,3 V alimentation à trois voies, coordonné par un microcontrôleur de gestion du programme la réalisation de la section d'alimentation électrique, le système pour atteindre une faible consommation électrique. 5 puissance de V converti par TPS54229E, le support de tension large entrée, le FET intégré à haut rendement, un petit circuit espace de circuit imprimé, le système d'acquisition de données à canaux multiples pour une conception de bus d'alimentation multi-régulateur , une alimentation de 3,3 V avec une consommation réduite d'énergie est très faible module de conversion LTC3631 de pression prévu.
circuit de stockage de données 2.4
circuit de stockage de données se compose de deux parties carte MicroSD flash interne et externe composé . Clignote capteurs internes pour le système de stockage de données interne, carte Micro pour la collecte de capteur surveillant site de zone d'enregistrement de données. Le microcontrôleur mode de conduite STM32F103 utilisant le travail SDIO carte Micro SD, les commandes microcontrôleur d'une carte Micro CLK comme une ligne de signal d'horloge, une commande ou des données peuvent être transmises dans chaque horloge, le CMD est une ligne de signal de commande pour transmettre le microcontrôleur commande ou une réponse émis; les données de surveillance transmises par DATA0 ~ Data3 quatre lignes de données. En outre, l'extension de la mémoire EEPROM du système à l'aide de 24LC512 Microchip, un ID de système de stockage, le temps d'acquisition, la fréquence d'acquisition, mode de fonctionnement, le transfert de données des paramètres d'adresse de destination, les informations de synchronisation sont stockées dans un système de mémoire EEPROM interne avec deux temps réel les modes de fonctionnement fournissent une référence standard.
2,5 circuit de transmission de données
Circuit de transmission de données GPRS est divisé et Beidou système de transmission par satellite sont respectivement connectés au module de transmission GPRS et Beidou satellite port série RS232. transmission GPRS en tant que mode de transmission régulière, le mode de transmission est simple, fiable et stable, de préférence la transmission de données, le mode de transmission de sélection du signal Beidou GPRS ne peut pas être satisfaite. Huawei GTM900C GPRS module de sélection module d'émission aux paquets de données TCP / IP dans les données de champ de mode de transmission du réseau GPRS en temps réel à un centre de contrôle de surveillance à distance. Le module Beidou pays du groupe de constante de sagesse de module de transmission par satellite BGT-500 peut être bi-directionnel et le positionnement de la fonction de communication de SRRS de messages courts avec une intégration élevée et une faible consommation électrique, le système Beidou via message court vers le module de communication moyen de données de transfert à un centre de contrôle de surveillance à distance.
3 conception du logiciel système
La conception de logiciels comprend une conception de logiciels de micro-contrôleur, logiciel d'acquisition de données de conception, le stockage de données de conception de logiciels, conception de logiciels de transfert de données et un centre de surveillance des données de conception de logiciels.
3.1 Microcontroller Software Design
Collection complète de données sur place, le stockage et la transmission sous la coordination du microcontrôleur. La conception du logiciel de microcontrôleur à un état de fonctionnement d'initialisation du système, l'initialisation de conversion A / D, initialisation de la carte SDIO et MicroSD et initialisation série. Après l'initialisation, le micro-contrôleur dans un mode de faible puissance, le mode de collecte automatique de données correspondant canal d'acquisition de données, chaque canal lorsque les données sont collectées seront envoyées interruption complète d'acquisition se réveille le microcontrôleur, l'organigramme de sous-programme d'interruption 2 .
3.2 conversion A / D conception de logiciels
Programme d'acquisition de données effectuée par le microcontrôleur et ADS1256 ensemble, y compris les données A / D acquisition de données et d'acquisition de données numériques, l'acquisition des données A / D mesurée comprennent la bande passante du signal et de la précision du signal, acquisition de puissance, A / D en mode de réglage réglable d'acquisition de données ADS1256 est défini, le mode de sortie de données est sélectionnée après que la fréquence d'horloge de puce CLK est lié par l'intermédiaire d'acquisition de données de protocole SPI, la sortie de conversion de données par le mode TDM, l'organigramme du logiciel sur la figure 3 spectacles.
3.3 Stockage de données Logiciel de conception
Mode SDIO est réalisée par le microcontrôleur des données de champ mémorisées, y compris la carte Micro initialisation, lecteur de carte d'identification, la collecte de données . Après la mise sous tension lors de l'initialisation, le microcontrôleur SDIO_Init disposé par la fonction de bibliothèque horloge de carte SD, transmet une instruction et à détecter s'il y a un système d'accès par carte à classer par carte SD, alors que la plage de tension de fonctionnement pour assurer le CID de données de vérification et peuvent CSD lecture normale, la carte processus d'identification de fréquence d'horloge STM32F103 début de Micro, une transmission de Micro ALL_SEND_CID acquis CID (identification de carte unique) acquiert transmission SEND_RELATIVE_ADDR RCA (carte relative un dd RESS), MicroSD d'adressage pour RCA, RCA une fois reçu, au nom de la carte est entré dans un état de veille, SEND_CSD pour obtenir la carte suivante STM32F103 de transmission CSD (données Card spécifique) contenu du registre, comprenant une longueur de bloc, la capacité de stockage de la carte, la fréquence d'horloge maximale, etc., puis en lecture-écriture, lecture et écriture des données entre le microcontrôleur et le fonctionnement de la carte MicroSD en appelant la fonction SD_ReadDisk fonction SD_WriteDisk.
3.4 Transfert de données Logiciel de conception
Après les initiés microcontrôleur le processus de transfert de données, le mode d'initialisation du système, lit la configuration de communication pertinente par EEPROM, tels que réglage de l'adresse IP du serveur, le numéro de port, numéro d'équipement, le temps de fonctionnement et analogues; et le champ est détectée par les problèmes de microprocesseur une commande un signal de transmission, d'abord vérifier si le module réseau GPRS enregistré avec succès, d'établir une connexion au serveur après un centre de suivi efficace, et le processus de transfert de données, le rythme cardiaque transmission d'un certain format, au besoin. Une fois que le site après qu'aucun signal commute automatiquement sur le réseau GPRS Beidou mode de transmission par satellite, le champ de module de transmission microprocesseur de détection de Compass envoie une commande à la carte à puce après la mise Compass, la demande de communication transmis au centre de surveillance après la réponse correcte, reçoit une commande envoyée trouvé les données sur le terrain. organigramme du logiciel de transfert de données de la figure 4.
3,5 centre de surveillance du déroulement du programme
Centre de surveillance des données (serveur) logiciel en tant que serveur TCP et le serveur Beidou, ayant une adresse IP de réseau public fixe et port ouvert d'écoute, de réception de données par paquets TCP avec le client Compass du client GPRS et envoie les données de réponse du client. La tâche principale est de terminer la réception des données de communication, l'analyse, le traitement et le stockage. initiés du premier serveur un écouteur TCP / IP et ouvrez le port, à l'écoute sur le port TCP et le port série, le paquet reçu / analyse des données, le traitement et les données stockées dans la base de données, et interroger les données pour faciliter une analyse ultérieure . surveillance des données organigramme du programme central illustré à la figure 5.
4 essais et l'analyse du système
Pour vérifier les performances essai est doté du système d'acquisition de données multi-canal, construction plate-forme de test de données de simulation de champ, à quatre données signal de tension de capteur surveillant champ d'entrée analogique du canal d'acquisition, le système d'acquisition des données de tension d'entrée et le canal d'acquisition ont été comparés, les résultats des tests sont présentés dans le tableau 1.
Comme on peut le voir d'après les résultats de deux essais, les voies d'acquisition du système 4 peuvent être des données de tension d'entrée avec précision échantillonnés, la collecte de données peut être précise à trois chiffres après la virgule, les résultats du système d'échantillonnage est relativement faible erreur, les données de surveillance complètement précises sur le terrain exigences.
5 Conclusion
Dans cet article, le microprocesseur intégré STM32F103 ADS1256 ensemble pour construire un système d'acquisition de données multi-canal, coordinateur de contrôle entièrement fonctionnel STM32F103 peut collecter en temps réel en ligne 0 ~ 5 signaux de sortie de tension V des différents capteurs, garantir efficacement la précision de la collecte de données, en temps réel et la capacité de traitement des données et la transmission de données à distance, centre de surveillance des données à distance et le site des catastrophes géologiques peuvent communiquer en ligne en temps réel, les données sur le site peuvent être requête en temps réel, l'analyse et le traitement des données. La conception rationnelle de l'architecture matérielle et logicielle réduit efficacement la consommation des coûts et de la puissance du système pour réaliser la miniaturisation du système et la collecte de renseignements, peut être largement utilisé dans le domaine des catastrophes géologiques, la collecte de données sur le terrain, il y a une bonne perspective dans la surveillance des catastrophes géologiques.
références
Xu Hang, Luo Wei. système d'acquisition de données à haut débit multi-canal intégré Automation and Instrumentation, 2013 (1): 148 - 150 .
Application de nouveaux appareils et Yang Zhenjiang Instruments intelligents système d'acquisition de données Xi'an: Xi'an Université des sciences et de la technologie électronique Press, 2001: 95-163.
Chen beaucoup trop jours Guo, Chun-Chieh Wu, et multi-canaux synchronisation de signal de tension faible système d'acquisition Electronic Technology, 2014 (40): 79 -84.
Zhong Wentao, Qiang. Sur la base des informations de champ de détection de micro-contrôleur de système d'enregistrement . Technologie du génie électrique, 2013,42 (5): 26-30.
David Hu Chao, Li Yanjie ESTHÉTIQUE, etc. capteur de champ du système d'acquisition de données in situ Portable . Les capteurs et, 2014,33 (10): 69-72.
Ding Fan, Chou. Système d'acquisition de données de température sans fil basé sur ZigBee multiple . Instrumentation et technologie capteur 2013 (8): 72-78.
Pan Ling Johnson, Zhangzi Jia, Fanyan Hu, canaux 16 ET intégré du système d'acquisition de données synchrone . Capteurs et Instrumentation Technology, 2013 (11): 91-94.
Ma, Zhihua. Basé sur le infrasons sans fil STM32 système d'acquisition Technologie électronique, 2014,40 (4): 92-95.
Informations Auteur
Wangchen Hui, Wu Yue, Yang Kai
Chine Bureau de la Commission géologique du Hydrogéologie et Géologie de l'environnement Survey Center, Baoding 071051
