基于STM32和Labview的數據采集系統

常瀟倩 石婉瑩 牛建輝

摘要：本數據采集系統以STM32F103為主控芯片，通過傳感器對模擬信號進行調理，下位機對信號進行A/D轉換，并保存到FLASH中，再由串口發送到上位機Labview，上位機可對采集到的數據進行存儲和顯示，實現了對采集到的模擬量實時的監測。

關鍵詞：STM32F103;A/D轉換;FLASH;上位機Labview

[中圖分類號] TN98 [文獻標識碼] A

Abstract：The data acquisition system takes STM32F103 as the main control chip， adjusts the analog signal through the sensor， and the lower computer converts the signal A/D， and saves it to flash， and then sends it to the host computer Labview from the serial port.The host computer can store and display the collected data， realizing the real-time monitoring of the collected analog quantity.

KeyWords：stm32f103，A/D conversion，flash，the host computer Labview

引言

航空、導航等領域需要對各類數據進行實時的采集、分析及存儲，因此制作出高速度、高精度的數據采集系統必不可少。數據采集可將現實世界中的模擬信號進行采集，并通過上位機Labview進行處理和分析。Labview制作上位機具有很強的靈活性，且制作簡單可維護性強;STM32微處理器芯片有高精度、高速等優點，與Labview相結合可提高采集系統的精度以及采集數據的可靠性。

1、數據采集系統總體設計

本系統設計的數據采集系統從功能結構上分主要包括上位機Labview和以STM32微控制器為核心，調理電路和A/D轉換模塊為主體的下位機等兩大部分。

2、硬件部分設計

本設計中所采用的STM32微控制器集成了ADC、SRAM、USART、定時器、FLASH、DMA等外圍電路模塊。其中ADC的最大轉換速率可達1MHz，基本滿足采集系統對采集和處理速度的要求，在實際應用中常采用多次采樣的平均值作為ADC的轉換結果。數據的存儲部分采用微控制器自帶的FLASH，容量為256K字節，可實現保存的數據掉電不丟失，并且可對存儲單元進行反復的擦除和讀寫，同時還具有讀寫速度快等優點[1]。

RS485采用雙絞線差分信號的傳輸方式，最遠傳輸距離可達1.2km，具有良好的抗噪聲干擾的特點。系統設計中采用RS485總線進行上位機和下位機之間的串口通信。

下位機的程序設計主要包括對模擬信號的采集模塊以及與上位機進行通信的串口通信模塊。在上電后，程序進入初始化，上位機發送采集指令后，模擬信號經過調理模塊、A/D轉換模塊將數據送到微處理器中，然后再將數據存儲到FLASH中保存起來[2]。為解決采集系統的數據采集、接收以及存儲在時序上存在的沖突，應在FLASH中開辟兩個內存塊。

3、上位機軟件設計

傳統的數據采集系統中的上位機PC軟件多采用VB、VC++、DEL-PHI等面向對象的程序設計語言進行設計，但此上位機編程軟件調試和編程復雜，對從事硬件設計的工程師來說不太容易，開發周期長，不利于本設計的進行。綜合考慮之下采用由美國國家儀器公司開發研制的虛擬儀器平臺Labview，Labview圖形化的編程語言，使其具有編程簡單、開發周期短等特點[4]。

上位機Labview對下位機發送數據采集指令，同時負責接收下位機采集到的數據，上位機對整個系統起到主控作用。上位機包括前面板和后面板，前面板直觀清晰地展現了上位機和下位機之間的通信串口的相關參數，波特率以及信號波形的顯示。

4、系統串行通信功能模塊

選擇Labview制作上位機，可方便利用Labview自身函數庫中所提供的有關串口通信的函數模塊，大大減輕了制作難度，從而實現PC機和下位機之間的互聯通信。在本采集系統中需要用到的串口通信模塊有：

VISA write、VISA read、VISA close三個模塊可實現將字符寫入指定串口中，從系統中指定的串行接口讀出特定的數據以及關閉串行接口，讓出接口的使用權等功能。

5.總結

本文以航空、導航等領域涉及的數據采集問題為背景，設計了以STM32F103為主控芯片，外圍結合A/D模數轉換模塊，FLASH存儲模塊作為系統的下位機，以設計難度低，界面簡潔，圖形化的Labview為上位機?？蓪崿F對模擬信號進行采集、存儲并通過上位機進行顯示等功能，并具有采集速率快、精度高、可移植性強、后期維護成本低等特點，可廣泛應用于其他領域。

參考文獻

[1] 李紅剛，張素萍. 基于單片機和LabVIEW的多路數據采集系統設計[J]. 國外電子測量技術，2014，33（4）：62-67. DOI：10.3969/j.issn.1002- 8978.2014.04. 018.

[2]張月，陶林偉. 基于FPGA與STM32的多通道數據采集系統[J]. 西北工業大學學報，2020，38（2）：351-358. DOI：10.3969/j.issn.1000-2758.2020.02.016.

[3]邵鶴帥. 基于LabVIEW的單片機串口通信技術的研究[J]. 科技信息，2009（34）：619，622. DOI：10.3969/j.issn.1001-9960.2009.34.533.

[4]趙圣飛. 基于STM32的數據采集存儲系統的設計與實現[D]. 山西：中北大學，2014. DOI：10.7666/d.D494715.