基于STM32 單片機(jī)的原型車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

王昭智 梁碧倫 熊章鈞 林 穎

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東 廣州510800）

當(dāng)今工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)的變化對(duì)于生產(chǎn)的結(jié)果有著直接的影響。因此，能否準(zhǔn)確的測(cè)出數(shù)據(jù)的變化變得至關(guān)重要，對(duì)于大部分企業(yè)，測(cè)量?jī)x器的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集不但工作繁重，同時(shí)也無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)效性，以往我們都是用模塊拼接的方法去測(cè)量數(shù)據(jù)，但易受到市面上的售賣的模塊的限制。本系統(tǒng)可以把各個(gè)采集功能集成到一塊電路板上，根據(jù)所需要采集的數(shù)據(jù)，去選擇元器件設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提高測(cè)量結(jié)果的精確度。而且改變了以使用的無線數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了超遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

本設(shè)計(jì)以STM32F103RCT6 為主控芯片, 采用24V 電源供電，用開關(guān)穩(wěn)壓器降壓到合適的電壓供電芯片, 芯片可以通過ADC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過串口方式與SIM800C 進(jìn)行通訊,SIM800C 則提供TCP/IP 協(xié)議與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互, 將本地計(jì)算機(jī)暴露于互聯(lián)網(wǎng)下,用于對(duì)該系統(tǒng)的查看與控制（圖1）。

2 硬件平臺(tái)搭建的主要芯片介紹

2.1 STM32F103RCT6 的介紹

STM32F103RCT6 是一種增強(qiáng)型、基于ARM核心的帶256K閃存的微控制器。具有低電壓、低功耗的運(yùn)行特點(diǎn)，而且內(nèi)置ADC、SPI 以及有眾多的串行接口。選用STM32F103RCT6 能夠滿足我們的要求，且有后期擴(kuò)展空間。

2.2 SIM800C 介紹

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

SIM800C 模塊支持4 頻GSM/GPRS，能夠低功耗傳輸語音、短信和數(shù)據(jù)信息。以GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，只要在有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的環(huán)境下就能與控制端進(jìn)行基于TCP/IP 協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，不僅傳輸速度快，而且傳輸距離遠(yuǎn)。SIM800C 模塊價(jià)格便宜，尺寸小，功耗低，是實(shí)現(xiàn)城市中遠(yuǎn)距離通信較為理想的通訊模塊。

2.3 ACS712 電流傳感器介紹

ACS712 有內(nèi)置精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出成比例的電流和電壓，且該傳導(dǎo)通路的內(nèi)阻是mΩ 級(jí)別的，功率損耗少。由于總輸出誤差小，輸出電壓穩(wěn)定，輸出靈敏度高，使用方便、絕緣電壓高、高性價(jià)比高等的特點(diǎn)，使ACS712 電流傳感器成為較為理想的電流采集傳感器。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 電流采集電路

ACS712 線性電流傳感器電流檢測(cè)芯片有多量程可選擇，根據(jù)原型車的最大行駛電流選擇30A 量程。基于霍爾感應(yīng)原理，所建立起的電流采集電路可以檢測(cè)到電流的大小，當(dāng)沒有電流流過時(shí)，電壓是VCC/2，當(dāng)有電流流過時(shí)，用ADC 采集模塊的電壓。即被檢測(cè)電流與A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量間建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，被檢測(cè)電流大小通過ACS712 線性電流傳感器和ADC 采集模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。

3.2 電壓采集電路

電壓采集電路是基于電阻分壓原理設(shè)計(jì)的。信號(hào)送至單片機(jī)內(nèi)置的AD 采樣通道，ADC 進(jìn)項(xiàng)轉(zhuǎn)換，STM32F103RCT6 內(nèi)置的 ADC 是 12 位的，所以可以根據(jù)算出實(shí)際電壓值。STM32F103RCT6 將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后，再通過通信接口將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)或者其他設(shè)備，完成數(shù)據(jù)采集處理。[]電壓采集電路可以通過更換電阻，改變兩個(gè)電阻的比值，以適應(yīng)不同的輸入電壓。

3.3 文件管理系統(tǒng)

這個(gè)系統(tǒng)用了Micro SD 卡作為存儲(chǔ)設(shè)備，系統(tǒng)將采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以TXT 文本格式存入Micro SD 卡中。我們可以在車輛停止行駛之后，將Micro SD 卡插進(jìn)電腦中讀取出車輛在行駛中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為車輛的進(jìn)一步優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)。

3.4 速度采集電路

該電路主要采集原型車的行駛速度，通過單片機(jī)捕獲車上所帶傳感器發(fā)出的信號(hào)，通過公式計(jì)算出車的速度。速度的采集使用的是霍爾傳感器，車輪輻條上裝有一個(gè)磁鐵，每轉(zhuǎn)一圈單片機(jī)可以得到霍爾傳感器發(fā)出的信號(hào)，由兩次信號(hào)間隔時(shí)間和輪圈直徑計(jì)算可以得出速度。

4 系統(tǒng)測(cè)試

由記錄可知小車剛開始由初速度為0 逐漸加速的過程中功率不斷變大，速度也不斷提高，當(dāng)電流增大到一個(gè)值時(shí)電壓穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)，此后電流和功率下降并與速度穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)值內(nèi)。結(jié)果符合原型車在行駛中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化。

表1 數(shù)據(jù)采集結(jié)果

5 結(jié)論

本系統(tǒng)主要由STM32F103RCT6 單片機(jī)、通訊模塊SIM 800C、電流采集電路、電壓采集電路、速度采集電路和文件管理系統(tǒng)這幾部分組成。通過各個(gè)數(shù)據(jù)采集電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，再將信息送至單片機(jī)STM32F103RCT6 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過通訊模塊SIM800C 進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸給外界指揮人員查看（傳輸距離要求在有樓層阻擋區(qū)域2～3 公里左右），且存入Micro SD 卡中。本系統(tǒng)成本低、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高和傳遞速度快且距離遠(yuǎn)，必定能夠給人們的生活生產(chǎn)的發(fā)展帶來進(jìn)一步的效率的提高。