基于STM32的模拟量及开关量采集和输出测控技术与仪器毕业论文.doc

西安邮电大学 毕业设计(论文)开题报告 自动化 院(系) 测控技术与仪器 专业 12 级 1201 班 课题名称：基于STM32的模拟量及开关量采集和输出 学生姓名： 孙旭东 学号指导教师： 李伟 报告日期： 2016-1-5 本课题所涉及的问题及应用现状综述 数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，进行分析、处理、传输、显示。在过去几十多年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面也取得了长足的进步，数据的信息化是目前社会发展的主流方向，它应用于各种领域，飞机飞行、科学实验、GPS定位等，随着现代科技发展，数据采集技术在众多领域得到了广泛的应用和发展。同时对数据采集器的精度、抗干扰能力、安全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STM32F101?的数据采集器的设计方案，该数据采集器使用MODBUS?协议作为RS485?通信标准规约，信号调理电路与STM32F101?的AD?采样通道之间均采用硬件隔离保护，可同时采样3?路DC0-5V?电压信号、3?路DC4-20mA?电流信号和6?路开关量输入信号，符合工业现场应用需求。? 信号采集主要包括电压信号、电流信号、频率信号以及开关量信号，随着现代技术的发展，传感器主要输出标准的电压电流信号，而传感器是将外部的非电量信号转换成标准的电信号进行输出，本课题所设计的数据采集器可以同时采集电压、电流、开关量输入输出信号，且每个部分独立工作，硬件调理电路中均采用信号隔离技术，数据采集器与上位机采用RS485通信，使用MODBUS协议作为通信规约，便于数据采集器与其他工业设备实现数据共享。?课题设计的基于STM32的数据采集器，使用性价比较高的STM32F101?作为核心处理器，时钟倍频后处理速度可达36MHz?；内部自带12?位AD?转换通道，保证数据采样和处理的速度和精度。 参考文献 [1]Brian W.Kernighan,Dennis M.Ritchie.The C Programming Language[M]，2004. [2]王松林.电路基础（第三版）[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2008. [3]王毓银.数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路 第三版）[M].北京：高等教育出版社，1999. [4]唐广瑜.开关量采集的抗干扰问题及解决方法[J].计算机应用，1999.7 [5]王幸之，王雷，等.单片机应用抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000. [6]张志良.单片机原理与控制技术[M].北京：清华大学出版社，2000 本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析 开关量为通断信号，无源信号，就是0或1，可以理解成脉冲量，多个开关量可以组成数字量。但是脉冲可能不稳定，所以需要克服这一技术。 开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V?直流电压；设定当输入范围为18~24VDC时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。?? 为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。? 同时，还安装有LED工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。其中一路的开关量采集电路如图1所示： 光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。? 当输入范围为18?~24VDC时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。? 根据光耦导通时电流为4?~10mA，当输入最高电压24V时， 24v/10mAR10+R1424V/4mA, 当输入低于18V时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m?A，此时光耦不导通,电阻?R10、?R14和R12共同构成输入回路，所以： 18V/R10+R14+R124mA,。在设计中，选择R10=R12=2?kΩ,R12=1KΩ. 光耦导通的最小电流为4mA，根据光耦的电流传输比CTR(Current?Transfer? Ratio)为50%，指当管压降UCE足够大时，集电极电流IC与发光二极管输入电流I?F的百分比，所以集电极电流IC=IF*50%=4mA*?50%=2mA，同时为了使光电三极管尽快进入饱和区