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。
1.2.2 振弦式传感器数据采集电路设计
由于单线圈振弦传感器具有结构简单和精度高等特点，系统采用单线圈振弦式传感器作为数据采集元件。振弦传感器数据采集电路如图3所示。
图3中标号“Red”和“Black”端接入传感器输出信号，激振时“inspirit”端产生激励方波经过电容C502(10 μF钽电容)通过三极管TR502周期性导通，+9 V
电压经过限流电阻R520通过三极管TR503周期性导通，通过“Red”引脚输出
与“inspirit”引脚具有相同周期的激励信号，这样使得传感器中的线圈L产生交
变的磁场，钢弦在交变的磁场中开始振荡。当激励完之后关闭“inspirit”引脚输出，启动P_CLK引脚作为脉冲捕获，开始拾振。振弦式传感器频率范围一般为
400 Hz～5 kHz，图3中的拾振电路前端采用LF353或TLE2062构成一个低通滤波器，电阻R521、电容C513、电阻R522和电容C514组成阻容网络，可以滤
除8 kHz以上的干扰信号。由于振弦式传感器返回信号非常微弱，所以还需要对
信号进行放大，最后采用LM393构成一个过零比较器，并进行调理从“P_CLK”引脚输入到STM32F103VCT6中。此数据采集电路可以连接不同传感器进行数据采集，如振弦式渗压传感器、拉线式位移传感器、锚索应力传感器、液位传感器等。
1.3 数据传输接口电路设计
系统采集的数据可以根据实际应用需求采用有线或无线方式进行传输，有线方式采用RS485或CAN总线通信，无线传输方式采用GPRS或Zigbee模块通信。根
据用户的需要，可以选择CAN总线和Zigbee模块通信。在系统通信接口电路设
计中提供了RS485通信接口和GPRS模块通信接口。系统中RS485通信接口采
用MAX3485芯片，MAX3485是用于RS485与RS422通信的低功耗收发器。MAX3485具有一个驱动器和接收器，驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态，防止过度的功率损耗；接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。使用MAX3485可以实现半
双工通信，而且可以实现最高10 Mbit/s的传输速率。GPRS通信模块采用
MC52i，MC52i是内部自带协议栈、2波(900 MHz/1 800 MHz)的GPRS模块。该模块是工业级别的模块，目前广泛运用于智能公交、无线数传(DTU)、远程无线抄表等系统中。而且可在-40 ℃和+80 ℃的环境下正常工作，功耗低，可靠性高，性价比高。由于模块采用低功耗设计，通信电源受到了程序的控制，在有数据传输时程序自动打开电源，然后对通信模块进行初始化，如果联网超时数据将会缓存在模块内，等到下次通信时程序自动再次上传数据。
1.4 电源管理电路
系统的电源管理电路模块主要由3部分电源组成，第一部分是给以
STM32F103VCT6为核心芯片的控制器供电，采用的是静态电流仅5 μA的
HT7530芯片。第二部分是给控制器外围电路和通讯部分供电，由于GPRS模块
对电源有一定的要求(小于400 mV的波动)，采用了一个升压降压器芯片
LTC3113(当电压高时就降压，低时就升压)，输出电压稳定在4 V，输出电流大于
2 A，可以提高GPRS通讯的可靠性。为了进一步降低功耗，在电源输入端加了一个负载开关MIC94062，在休眠时可以直接切断整个GPRS模块电源。第三部分
主要给外部传感器的供电。由于振弦传感器供电电源在整个数据采集系统中要求较高和最为复杂，这里只给出传感器供电电源电路的设计，如图4所示。
图4中，振弦传感器电源管理电路主要由电压调节器EL7516/ISL97516、负载开
关MIC94062BC6和外围电路组成。ISL97516是一种高频率、高效率的电压调节器，运行在恒频脉宽调制模式，可以提供1 A的电流，输出高达25 V电压，完全可以满足数据采集系统电压12 V的要求。在振弦传感器激励时需要±9～±15 V
激励电压，本模块采用ISL97516将锂电池电压升至+12 V，同时ISL97516可以输出-12 V。在图4中，ISL97516的VDD引脚电源输出端加一个负载开关
MIC94062，在不测量时可以方便地关闭外部测量电源，在休眠时可以直接切断整
个GPRS模块电源。L201为输出功率电感，为了使电源波纹更小，L203、C206
和L202、C208组成LC电源滤波网。由此可以看出此电源管理电路可以有效地降低系统的功耗。
系统软件流程主要包括上电初始化、数据采集和处理、数据传输等模块。数据采集系统在设计时充分考虑了低功耗的需求，系统每次上电工作5 min后，若无任何
操作，核心模块自动进入休眠模式，处于休眠的模块由定时器或外部中断唤醒。系统工作流程如图5所示。
数据采集利用STM32F103VCT6的定时器TIM2产生PWM激励方波。不同的振弦式传感器有不同的初始激励频率，设置PWM激励频率接近于振弦式传感器的
初始激励频率，这样有助于更快地使振弦式传感器达到共振状态。系统中PWM
初始激励时间设置为100 ms，激励完后立刻启动定时器TIM3捕获脉冲，捕获时间100 ms。根据捕获的脉冲测算出频率，然后再用该频率替换初始频率，重新进行第二次激励，再测算出频率，这样反复迭代，直到传感器共振为止。此时测出的频率即为测量频率。为了计算方便，一般采用返回频率模式进行计算。
系统采集的数据根据实际采用的通讯方式进行数据传输，数据传输流程如图6所示。图6中RS485数据传输方式较为简单，只需将RS485收发芯片设置为发送，就可以发送数据。当采用GPRS通讯方式时，需要先给GPRS模块上电，延时等
待电压稳定之后，使用AT指令控制MC52i芯片。首先，利用“AT”指令检查GPRS模块是否插好，再用“AT^SCID”指令检查SIM卡是否插好。如果都已插好，再设置用户名、密码、终端IP地址和端口号，最后保存并开启GPRS网络，
等待MC52i连上服务器之后再进行数据传输。当一次数据采集完成之后，系统开始计时，5 min后若无任何操作或新的数据采集任务，系统将终断通讯链路，关闭电源，模块进入深度休眠模式，等待下一次的数据采集。
设计了一套基于STM32F103VCT6的振弦式传感器数据采集系统，用于大坝渗压、
矿山边坡裂缝、桥梁锚索应力等安全状况监测。系统具有完善的通讯接口和良好可扩展性，采集的数据可实现远程有线或无线传输，测量模块通信组网方式灵活，适合现场恶劣的环境。实际应用表明该系统具有高性价比、低功耗、测量精度高等特点，满足现场数据采集和安全状况监测的要求，有着广阔的应用前景。
【相关文献】
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2022年职业考证-软考-嵌入式系统设计师考试全真模拟易错、难点剖 析AB卷（带答案） 一.综合题(共15题) 1. 单选题 现有3个同时到达的作业Jl、J2和J3，它们的执行时间分别是T1、T2和T3，且T1＜T2＜T3 。系统按单道方式运行且采用短作业优先算法，则平均周转时间是（）。 问题1选项 A.T1+T2+T3 B.（T1+T2+T3）/3 C.（3T1+2T2+T3）/3 D.（T1+2T2+3T3）/3 【答案】C 【解析】短作业优先（Shortest Job First， SJF）调度算法用于进程调度时称为短进程优先调度算法，该调度算法既可以用于作业调度也可以用于进程调度。在作业调度中，短作业优先调度算法每次从后备作业队列中选择估计运行时间最短的一个或几个作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。 由于3个作业同时到达，所以作业执行的次序依次是J1、J2和J3，故周转时间分别为： J1：T1； J2：T1+T2； J3：T1+T2+T3； 则平均周转时间J1+J2+J3/3S。 2. 单选题 关于RapidIO技术，下列说法中错误的是（）。 问题1选项A.RapidIO是一种高速串行总线，传输速率可达Gbps量级 B.RapidIO协议采用由物理层、逻辑层和传输层构成的三层体系结构 C.RapidIO技术多采用基于交换机的互连拓扑结构 D.RapidIO已取代了其他互连技术，成为解决嵌入式互连问题的最佳选择 【答案】D 【解析】RapidIO是由Motorola和Mercury等公司率先倡导的一种高性能、低引脚数、基于数据包交换的互连体系结构，是为满足和未来高性能嵌入式系统需求而设计的一种开放式互连技术标准。RapidIO主要应用于嵌入式系统内部互连，支持芯片到芯片、板到板间的通讯，可作为嵌入式设备的背板（Backplane）连接。RapidIO是一种高速串行总线，传输速率可达Gbps量级。RapidIO技术多采用基于交换机的互连拓扑结构。 RapidIO协议由逻辑层、传输层和物理层构成。逻辑层定义了所有协议和包格式。这是对终端进行初始化和完成传送的很有必要的信息。传输层为数据包从一个终端到另一个终端通道的必要信息。物理层描述了设备之间接口协议，例如包传装置，流量控制，电特性及低级错误管理等。Rapid IO分为并行Rapid IO 标准和串行Rapid IO标准，串行RapidIO是指物理层采用串行差分模拟信号传输的RapidIO标准。 3. 单选题 软件需求分析的任务不应包括（）。 问题1选项 A.问题分析 B.信息域分析 C.结构化程序设计 D.确定逻辑模块 【答案】C 【解析】本题考查软件工程的基础知识。嵌入式软件的开发过程一样要遵守软件工程要求，包括如下几个阶段：系统需求分析和设计、软件需求分析、软件设计（概要设计和详细设计）、编码和单元测试、软件部件集成和测试、软件配置项测试、系统集成和测试。在软件需求分析阶段应对系统要求分析和设计阶段的问题分析、细化，确定功能和性能要求，对可靠性与安全性都要提出要求等，最后还需要完成“软件需
基于STM32F103单片机的数据采集系统设计 摘要 本文设计了一个基于STM32F103单片机的数据采集系统，该系统可以采集并存储来自传感器的各种类型的数据，并将其通过串口传输给上位机进行进一步的处理和分析。在系统设计过程中，我们使用了C 语言作为主要的开发语言，并使用了开发工具Keil uVision5进行开发和调试。使用硬件电路实现传感器接口，可以自适应支持多种传感器，如温湿度传感器，光照传感器等。通过实际测试，本系统能够稳定地采集数据，并提供高效的数据传输速度和数据处理能力。 关键词：STM32F103、数据采集、传感器接口、串口传输 Abstract This article designs a data acquisition system based on STM32F103 microcontroller, which can collect and store various types of data from sensors, and transmit them to the upper computer for further processing and analysis through serial port. In the process of system design, we use C language as the main development language and use Keil uVision5 as the development and debugging tool. Using hardware circuits to implement sensor interfaces, it can adaptively support multiple sensors such as temperature and humidity sensors, light sensors, etc. Through actual testing, this system can stably collect data and provide high-speed data transmission and processing capabilities. Keywords: STM32F103, data acquisition, sensor interface, serial transmission 1.引言 随着传感器技术的不断发展，越来越多的数据采集应用得到了广泛的应用。基于微处理器的数据采集系统可以提供高效、高精度的数
STM32F103VCT6开发板使用说明 一. 概述 STM32F103VCT6是一款高性能、低功耗的单片机开发板，适用于各种嵌入式应用。本文将详细介绍该开发板的硬件配置、软件开发环境的搭建及基本使用方法，旨在帮助用户快速上手并充分发挥其功能优势。 二. 硬件配置 1. 主控芯片 STM32F103VCT6开发板搭载了ARM Cortex-M3内核的 STM32F103VCT6主控芯片，具有72MHz主频、256KB Flash和48KB RAM，可满足各类应用需求。 2. 外设接口 该开发板提供了多种外设接口，包括UART串口、I2C总线、SPI 接口、ADC模数转换等，用户可根据需要进行灵活配置。 3. 电源供电 开发板支持多种电源供电方式，包括USB供电、DC电源供电和外部电池供电，用户可以根据实际情况选择适合的供电方式。 4. 连接接口
开发板提供了多个连接接口，包括USB接口、SD卡槽、按键和LED指示灯等，方便用户进行调试和扩展。 三. 软件开发环境搭建 1. Keil MDK软件安装 - 打开Keil官方网站，下载最新版的MDK软件。 - 运行安装程序，按照提示完成软件的安装。 2. 配置开发环境 - 打开Keil MDK软件，选择"Options for Target"，进入目标选项设置。 - 在弹出的对话框中，选择芯片型号为STM32F103VCT6，并选择所使用的仿真器。 - 点击"Apply"保存设置，完成开发环境的配置。 四. 开发板基本使用方法 1. 连接电源 - 根据实际需求选择相应的电源供电方式，并将电源接口连接到开发板上。 - 确保电源连接正常后，开发板将自动上电。 2. 连接电脑
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
基于STM32F103的便携式光谱分析仪的研究与设计 王丽雪;王桂海;张小军;王科 【摘要】为解决传统光谱仪体积大、价格高等问题,设计了一款便携式光谱分析仪.该系统以STM32F103为开发平台,选用LED光源,硅光电池传感器进行数据采集.可实时显示吸光度、溶液浓度等参数,实现了对溶液物质的定量分析.硬件包含两级放大电路、滤波电路以及24位AD转换电路.软件采用中位值滤波算法减小噪声的干扰.当线性拟合的相关系数R2=0.9707时,溶液浓度与吸光度具有良好的线性关系.测试表明,测量误差为±1.03％,满足本仪器的设计要求. 【期刊名称】《电子器件》 【年(卷),期】2019(042)004 【总页数】5页(P1007-1011) 【关键词】光谱分析仪;便携式;可见分光光度法;STM32F103;高精度 【作者】王丽雪;王桂海;张小军;王科 【作者单位】山东科技大学,山东青岛266590;山东科技大学,山东青岛266590;山东科技大学,山东青岛266590;山东科技大学,山东青岛266590;共达电声股份有限公司,山东潍坊261200 【正文语种】中文 【中图分类】TN710 光谱分析仪是一种物理光学仪器,通过色散、吸收和散射等现象来获得与物质相关
的光谱,实现物质成分和结构的分析和测量[1-2]。常见的光谱分析方法有原子发射 光谱法、原子吸收光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法等。其中,紫外-可 见吸收光谱法又称为紫外-可见分光光度法,它具有灵敏度高、操作简便快速、应用范围广的特点,被广泛应用于环境监测[3]、食品安全[4-5]、水质检测[6-7]等方面。然而,传统光谱分析仪体积大、价格贵、测量速度慢,不能满足实时在线测试的要求。本文基于此方法实现了对FeCl3有色溶液的定量测试分析。 目前,国内已有不少微型化、便携式检测仪器的研究,大多数研究者使用CCD作为 检测器[8-9]或者采用CMOS检测[10]。随着光伏产业的迅速发展,有研究者通过采用硅光电池作检测器,12位数模转换器进行数据采集,实现了对番茄叶绿素的检测[11]。相比CCD和CMOS,硅光电池具有体积小、价格低、暗电流小的特点,更适 合作为便携式光谱仪的检测器。本文在上述研究成果的基础上,对现有的微型化光 谱分析仪进行改进和再开发,设计了一款便携、精度更高的微型光谱分析仪,在物质 溶液检测分析等方面具有良好的发展前景。 1 理论基础 根据光谱分析原理,通过分析不同物质的光谱特性可以鉴别其化学成分组成和物质 结构特征或某种物质的相对含量,其分析原理是依据朗伯-比尔定律[12]: τ)=KConH (1) 式中:I、I0分别为入射光、透射光强度,Con为溶液浓度,H为溶液的透光厚度,K为 吸光系数,A为吸光度,τ为透射比(透射光强度与入射光强度之比)。 图1为光谱分析原理图,当一束平行的单色光垂直通过均匀、无散射现象的稀溶液时,在单色光强度、溶液的温度等条件不变的情况下,一部分光线被溶液吸收,另一部分则穿过溶液透射过去。其吸收量的多少与溶液的浓度和透过溶液的厚度成线性关系,这是进行定量分析的基础,一般吸收量的多少与溶液的浓度和透过溶液的厚度成
浙江万里学院 本科毕业设计(论文) 论文题目基于STM32智能车的设计与实现(英文) Design and Implementation of Smart Car Based on STM32 所在学院电子信息学院 专业班级电子093班 完成日期2013 年05 月06 日
摘要 智能车是一种集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了微处理器、现代传感器、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。 本论文提出了一种基于STM32嵌入式微处理器的智能车的设计。系统分为两部分：车载主机系统和手持主机系统。车载主机系统主要以履带式车轮为其机械平台，结合主控电路、超声波避障、无线通信、语音播报、GPS数据采集、碰撞保护功能，完成车载主体功能。手持主机系统主要包括无线通信、数据显示模块、体感操控，它主要负责控制智能车的运行姿态，实时车载数据的采集。整个方案的控制器核心为意法半导体公司的STM32F103VCT6处理器，利用其高速的数据处理能力和丰富的集成外设接口资源，充分发挥智能车的性能，也有利于智能车的程序设计和功能扩展。 论文首先介绍了智能车领域的国内外研究现状，然后介绍智能车控制系统总体设计框架和整个开发流程，再是介绍了智能车系统硬件电路设计和软件设计流程和思想，最后介绍智能车系统的制作与调试以及对本次毕业设计总结。 关键词：STM32F103; GPS定位; 智能控制; uCOS-ii实时操作系统;
Abstract The smart car is a set of situational awareness, planning and decision-making, multi-level driver assistance functions in an integrated system，It is a typical high-tech complex of focusing on the use of a microprocessor, modern sensors, information fusion, communications, artificial intelligence and automatic control technology. This paper presents a design of smart car based on embedded microprocessor of STM32. The entire system is divided into two parts: Car host system and Handheld host system. The car host system is major to crawler wheels for its mechanical platform to Complete main function of Vehicle module Combine with The main control circuit module ultrasonic obstacle avoidance, voice broadcast, GPS data collection. Handheld host system mainly includes data of receiver module, data of show module, control of intelligent vehicle module and additional entertainment audio and video module. Handheld host system is mainly responsible for running posture control the smart car, real-time data acquisition of vehicle and handheld entertainment of audio and video. The main controller core is STMicroelectronics’ processor of STM32,Its high-speed data processing capabilities and a wealth of integrated peripherals interface resources, give full play to the performance of the smart car smart car, but also conducive programming and extensions. The paper introduces the field of smart car’s status of research and the control system design framework and the entire development process of smart car, Then it introduces hardware design of the smart car’s system and design processes and ideas of software. Finally, the production of the smart car system and debugging, as well as the Summary of graduation Design. Key Words：STM32F103；GPS positioning；Intelligent Control；Real-time operating system
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Abstract Along with living standard enhancement, the people to expend electronic the demand to be also getting higher and higher. Intelligent mobile platform mature, also provide the foundation and driving force for the development of STM32. The system adopts ARM Cortex-M3 as STM32F103VET6’s kernel as the controller to combined with DS18B20, VS838, infrared remote control, buzzer, LED luminou tube,RS232, RS485 and the onboard TFT LCD and other peripheral equipment, as well as peripheral programming control, realized the thermometer, serial communication, infrared remote control,timing clock, drawing board, touch TFT liquid crystal display is integrated with a function. Key words: STM32F103VET6,TFT LCD, DS18B20
目录 目录I 摘要II Abstract II 第一章绪论4 1.1温湿度传感器的背景及意义4 1.2温湿度传感器国内发展现状4 1.3温湿度传感器的发展趋势4 第二章温湿度原理及相关技术6 2.1温湿度传感器6 2.1.1温度传感器6 2.1.2 湿度传感器6 2.1.3 温湿度传感器物理参数及定义7 2.2温湿度传感器的选型7 2.3 SHT21简述8 2.3.1 SHT21介绍8 2.3.2 SHT21通信原理9 第三章系统硬件设计11 3.1 系统硬件设计主要框架11 3.2 STM32芯片的功能描述12 3.2.1接口13 3.2.2 STM32芯片接线图15 3.3 SHT21温湿度传感器15 3.4 LCD160显示屏16 3.4.1 参数及引脚定义16 3.4.2 LCD1602接线图19 3.5. 系统复位20 3.5.1系统复位功能作用20 3.5.2 系统复位工作原理20 3.6 电源模块21 第四章系统软件设计21 4.1软件平台简述21 4.2系统软件程序流程框图23 4.3 主程序模块24 4.3.1 主函数24 4.3.2 显示函数25 4.3.3 计算函数25 4.4 SHT21传感器25 4.4.1 I2C协议函数26 4.4.2 延迟函数28 4.5 LCD1602显示屏28
4.5.1 写指令函数29 4.5.2 写数据函数30 4.5.3 温湿度值得显示函数30 4.5.4 延迟函数31 第五章系统仿真31 5.1 仿真软件介绍31 5.2 电路仿真32 第六章总结与展望34 致谢34 参考文献35 附录错误!未定义书签。 摘要 随着当代社会的快速的发展，人们把越来越多的科学技术应用于各个领域。温湿度的采集是作为自动化科学中一个必须掌握的检测技术，也是一项比较实用的技术。在温室大棚中确保农业高效生产的重要便是对温湿度、二氧化碳浓度等外部参数的实时与及时准确而精确的监测和协调与调节，同时在文物保护方面，文物对于温湿度非常敏感的，及时检测和对温湿度的变化做出正确的反应，也长久保护文物的一种必要手段。 数据采集是获取信号对象信息的过程。本次设计设计中实现了一个基于STM32F103的SHT21温湿度检测系统设计。通过选择了STM32F103微控制器作为主控芯片和SHT21温湿度传感器来实现对温湿度数据进行采集；在lcd显示屏上显示出温度和湿度，目的是实现温湿度的采集和显示同时本次设计目的是提供方法进行可行性研究。这样的设计不仅能实时准确地测量出我们需要的温度和湿度数据，而且还可以快速反应和显示周围环境的变化。 关键词：STM32F103，sht21温湿度采集，程序设计 Abstract With the rapid development of modern society, more and more science and technology are applied in various fields. The collection of temperature and humidity is a technology that must be mastered in the automation science, and it is also a practical technology. In the greenhouse to ensure efficient agricultural production in the important is the external parameters of temperature, humidity and carbon dioxide concentration real-time and timely and accurate monitoring and coordination and regulation, and in the
基于单片机和CPLD的图像采集处理系统设计 作者：兰宁发邓环宇王麓淞王意罗郑之鹏 来源：《科技创新与应用》2018年第07期 摘要：图像采集是获取图像信息的主要来源，以往图像采集处理需要高速、高性能处理器完成，低端单片机很难实时采集处理图像。文章以Cortex M3架构的ARM （STM32F103VCT6）和CPLD（EPM240T100）作为核心，加上OV5640自动对焦摄像头设计了一款数字图像采集处理系统。采用CPLD高速采集图形，以及图像预处理，这样降低了后面处理器标准，使得低端单片机也能够处理数字图像。单片机与CPLD采用SPI总线传输数据，图像采集和处理同时进行，提高了系统的工作效率。图像经过数字化处理，在液晶屏上显示，也可以存储在SD卡或无线传输到计算机以及手机上。系统设计了GPS系统，自动将拍摄的地点、经纬度（GPS信息）和时间整合，作为照片和图像数字资料。通过数字图像处理，照片能够呈现特殊效果。 关键词：图像采集；单片机；CPLD 中图分类号：TM91 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）07-0035-02 Abstract： Image acquisition is the main source of obtaining image information. In the past，image acquisition and processing needed high-speed and high-performance processors. It is very difficult for the low end microcontroller unit （MCU） to collect and process images in real time. In this paper， taking Cortex M3 architecture of the ARM （STM32F103VCT6） and CPLD （EPM240T100） as the core， plus OV5640 automatic focus camera， a digital image acquisition and processing system is designed. The use of CPLD high-speed graphics acquisition， and image preprocessing has reduced the standards of the processor behind， so that the low-end single-chip computer can also process digital images. Single chip microcomputer and CPLD adopt SPI bus to transmit data， so image acquisition and processing are carried out simultaneously， which improves the efficiency of the system. The images are digitally processed and displayed on the LCD screen. They can also be stored on SD cards or transmitted wirelessly to computers and mobile phones. The system designs a GPS system， which automatically integrates the location， latitude and longitude of shooting information with time so as to be used as the digital data of photos and images. Through digital image processing， photos can present special effects. Keywords： image acquisition； microcontroller unit （MCU）； CPLD 图像处理是计算机人工智能重要组成部分，图像采集处理对计算机的要求也比较高。数码相机、智能机器人低端单片机完成图像实时采集处理很难实现，低成本当今社会人们的生活越
无人机测试数据采集系统设计 冯博 【摘要】For the rotary motion and short distance movement tests of UAV,a design scheme for the hardware platform of data acquisition system is provided. The hardware system was designed,in which the chip STM32F103VE and C8051F340 are taken as the master controller module and signal acquisition module of the control core respectively,and based on it,the pro-gram design of the hardware equipment,communication protocol design of data acquisition system,and the development of Lab-VIEW test software were completed further. The functions of data acquisition,wireless data transmission,and host computer data display and storage were verified and realized by debugging and testing the data acquisition system.%针对无人机的旋转运动和短距离移动等环节的测试,给出一种数据采集系统硬件平台的设计方案,设计了以STM32F103VE,C8051F340为控制核心的主控制器模块、信号采集模块等硬件系统.在此基础上,进一步完成了硬件设备的程序设计,数据采集系统通信协议设计以及LabVIEW测试软件的开发.最后,对数据采集系统进行调试试验,最终验证和实现了系统的数据采集,无线数据传输,上位机数据显示存储等功能. 【期刊名称】《现代电子技术》 【年(卷),期】2016(039)001 【总页数】5页(P49-53)
STM32F103CBT6参数 1. 介绍 STM32F103CBT6是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器（MCU）。它是STM32F1系列中的一员，具有强大的性能和丰富的外设功能，适用于各种应用领域。 2. 主要特性 2.1 内核和时钟 •基于ARM Cortex-M3内核，最高工作频率为72MHz。 •支持单周期乘法和硬件除法指令，提供高性能计算能力。 •集成了多达5个独立时钟源，包括内部低速振荡器、内部高速振荡器、外部低速振荡器等。 2.2 存储器 •Flash存储器容量为128KB，可实现自编程和自校验功能。 •SRAM存储器容量为20KB，用于数据存储和运行时缓冲区。 2.3 外设接口 •具有37个通用I/O引脚（GPIO），支持多种输入/输出模式和中断功能。•提供多个串行通信接口（USART、SPI、I2C）和通用定时/计数器（TIM）模块，方便与外部设备进行通信和定时操作。 •集成了12位模数转换器（ADC），可实现模拟信号的数字化转换。 •支持USB 2.0全速设备接口，方便与计算机进行数据传输。 2.4 电源管理 •支持多种低功耗模式，包括待机模式、休眠模式和停止模式等，以降低功耗并延长电池寿命。 •集成了复位和时钟控制电路，确保系统可靠启动和稳定运行。 2.5 安全性 •提供硬件加密引擎（AES）和随机数发生器（RNG），用于数据加密和安全认证。 •支持存储器保护单元（MPU），实现对存储器区域的访问权限控制。 3. 应用领域 STM32F103CBT6广泛应用于各种领域的嵌入式系统开发，包括但不限于以下几个方面：
基于STM32F103的图像采集系统设计 马经权;王中刚;康国旗 【摘要】本设计以STM32F103为控制核心,设计了一个图像采集系统.该系统使用CMOS摄像头来OV7670获取图像数据,在微控制器的控制下,将图像信息经缓存器缓存后存入到SD卡中,并通过LCD实时显示.该系统硬件资源精简,采集的图像显示清晰、实用性强,适合便携式图像采集系统使用. 【期刊名称】《无线互联科技》 【年(卷),期】2017(000)011 【总页数】2页(P46-47) 【关键词】STM32F103;图像传感器;图像采集;LCD 【作者】马经权;王中刚;康国旗 【作者单位】武汉信息传播职业技术学院,湖北武汉 430223;武汉信息传播职业技术学院,湖北武汉 430223;武汉信息传播职业技术学院,湖北武汉 430223 【正文语种】中文 本设计图像采集系统在便携式电子装备、机器视觉等一些领域被广泛使用，其核心技术是实时图像的采集技术。采集图像处理的速度及质量会影响产品的整体性能。现阶段较多的图像采集系统都用ARM，DSP技术，但系统较复杂而且成本高，应用较困难。本项目设计的图像采集系统是基于STM32F103，具有图像质量好，功耗低、实时性好、成本低等优点。 本设计的图像采集系统主要由STM32F103微处理器、OV7670摄像头、AL422B
帧缓存器、TFT类液晶屏、SD存储卡及其他传输外设构成。图像采集系统的整体 设计如图1所示。 1.1 主控制器 ST公司基于ARMCortex- M3内核的设计的STM32F103是一款32位的MCU，其工作频率可以达到72 MHz，在正常的工作频率下，其指令的处理速度可以达到1.25 MIPs/ MHz，但其电流消耗量较低，仅为27 mA；将STM32F103作为图 像采集系统的控制核心，可极大地提高图像采集系统的性能。 1.2 CMOS摄像头 本设计选用OmniVision公司的OV7670。OV7670可以输出8位图像数据，3 中不同的RGB /YCbCr /YUV的图像格式，在图像数据的传输过程中帧频可以达到30帧/S的高速率，能够支持的图像分辨率可以达到640×480 ppi，电压与主控 的供电电压一致为3.3 V。OV7670带有标准的SCCB总线传输数据，而SCCB接口是兼容I2C接口。 1.3 FIFO帧缓冲器 本设计将AL422B作为数据处理的RAM。AL422B是一款FIFO存储芯片，存储 容量可达到384 K×8 B，工作频率可以达到50 MHz。在此系统中，一个完整帧 图像包含的像素点的个数为320×240，存储完整一帧图像的像素点所需要的存储 空间为153 600字节，所以AL422B的性能指标是满足系统的设计需求。 1.4 SD卡存储器 SD卡存储器被广泛地使用在电子装备产品中。本设计选用金士顿4G的SD卡作 为存储器来使用，存储卡可以将帧图像的像素点的信息加以存储，为后期的信息处理提供方便。 1.5 TFT液晶屏及其他外设 本设计将3.2寸TFT液晶屏作为显示屏来使用，此TFT液晶屏分辨率为240×320
姿态传感器采集测试系统的设计与实现 毕盛;闵华清;李淳;黄斐全;陈必强 【摘要】A wireless attitude sensor acquisition and estimation system was designed based on the new generation microprocessor called STM32, which made attitude sensor easily used. Firstly, the framework of the system was proposed. Then the system hardware, two kinds of attitude sensors (ADXL204 and ADXRS150) hardware and equation were described. And the software processes and structure of STM32 MCU and PC were presented. Finally ADXL204 and ADXRS150 were tested in our system. Through the Kalman filtering fusion equation of the two kinds of sensors, the noise was reduced.%设计了一套基于STM32单片机的姿态传感器无线采集测试系统,大大方便了姿态传感器的研究与应用.首先设计了姿态传感器采集测试系统的整体框架；接着对测试系统的各部分硬件电路进行了说明,描述了 ADXL204加速度和ADXRS150陀螺仪传感器的电路和计算公式,并说明了STM32单片机和PC 上位机程序的结构和流程;最后利用本测试系统对ADXL204和ADXRS150传感器进行了测试和分析；通过对这两种传感器数据进行卡尔曼滤波,消除陀螺仪的漂移,同时减少了加速度传感器有害的噪声,从而得到精确的角度. 【期刊名称】《计算机测量与控制》 【年(卷),期】2011(019)007 【总页数】3页(P1562-1564) 【关键词】陀螺仪;加速度传感器;姿态传感器
1 绪论 在大型土木工程的安全监测中，压力作为一个重要的参数，其检测方法一直备受重视。通过对各种结构所受压力的实时检测，对保障健康、降低事故发生率具有重要的意义。由于振弦式传感器具有输出信号稳定、易检测、精度和分辨率高等诸多优点，因此是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。基于振弦式传感器的压力测试仪的使用对国民安全和国民经济起着举足轻重的作用。 1.1 课题研究目的和意义 在建筑工业中，安全问题是重中之重，一旦一个工程安全问题得不到保障，投入的资金再多，耗费的人力物力再大，也都显得没有任何意义。振弦式仪器是目前我国土石坝内部观测的首选仪器,它在大坝监测、桥梁监测和岩石工程中占有重要地位。基于扫频激振技术的激振单线圈振弦式传感器的方法为实现上述工程自动监测系统提供有力支持。基于扫频激振技术的振弦式传感器应用于某型分布式网络测量系统中，用于大坝内部应力自动监测,具有起振迅速、测值可靠、自动化程度高的突出优点,取得了较好的应用效果。 基于振弦式传感器的压力测试系统对桥梁结构的安全性和对国民经济起着举足轻重的作用。对桥梁的运行状况进行健康监测，可以有效预防突发性灾难，减少损失, 避免人员伤亡, 确保基础设施与使用者的安全。 1.2 国内外技术发展现状 振弦传感器得到了迅速的发展和应用。在国外，德国的MAlHAK、法国的TELEMAL、美国的SINCO和FOXBORO、英国的SCHLUBERGER及挪威等多家公司，都有振弦传感器的系列产品。国内从60年代起，先后研制开发了适合各种测试目的的多种振弦传感器的系列产品，如振弦式压力计、土压力计、空隙水压力计、应变计、测力(应力)计、钢筋计、扭力计、位移计、反力计、吊重负荷计、倾斜计等等。它们广泛应用于港口工程、土木建筑、道路桥梁、矿山冶金、机械船舶、水库
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计 The Design Of Multi-channel Data Acquisition System Based On STM32 中国地质大学（北京） 指导教师 王猛、张启升 组员：李金泽1010102124 梁迪1010102110 张永1010102120 2013.3.31
摘要 本文是基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器的应用实践，介绍了基于STM32单片机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机STM32来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括A/D模数转换模块，显示模块，和串行接口部分。该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。输入数据是由现场模拟信号产生器产生，8路被测电压再通过模数转换器ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LCD数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用Keil uVision4通过C++编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。 关键词：数据采集 89C52单片机 ADC0809 Keil uVision4
Abstract This article is an application of STM32 series embedded ARM controller based on Cortex-M3 and it describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this text is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular design. The data collected to control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardware’s core is STM32, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of ADC0809,the realization carries on the conversion that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect .Then send the data to the host machine.the host machine is responsible for data and display, LED digital display is responsible display the data. The software is partly programmed with C++ of the Keil uVision4. The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisition treatment,data-display and data-communication ect. Keyword: data acquisition AT89C52 ADC0809 Keil uVision4