基于STM32的無線網絡數據采集系統設計及應用

徐文文

（上海市公用事業學校，上海200030）

0 引言

數據采集是指從傳感器和其他待測設備等模擬和數字被測單元中自動采集非電量或電量信號，送到上位機中進行顯示、分析和處理。被采集數據是已被轉換為電信號的各種物理量，如溫度、濕度、光線、聲音、火焰等，可以是模擬量，也可以是數字量。其是以傳感器技術、微處理器技術、通信技術等為基礎而形成的綜合應用技術，是獲取信息的基本手段。近年來，隨著科學技術的飛速發展，尤其是通信技術、計算機技術和傳感器技術的長足發展，對數據采集技術提出了更新、更高的要求。準確的數據量測是數據采集的基礎。隨著嵌入式技術的迅猛發展，基于ARM的數據采集系統具有高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便等優點。而無線網絡通信的數據采集系統具有不受空間、時間影響，成本低，安裝方便，易維護，效率高等優點。簡而言之，基于無線網絡的數據采集是數據采集技術發展的必然趨勢［1］。

1 無線網絡數據采集系統的方案設計

本無線網絡數據采集系統為獨立采集設備，不需要內置于計算機中，其控制核心采用32位ARM處理器STM32F103VC，實現對采集信號的響應，液晶屏可顯示數據和運行狀態等，結合無線網絡通信模塊，將通訊協議嵌入微處理器中，通過采集器的無線模塊和無線路由器實現 WIFI遠程數據傳輸至上位機顯示，供用戶查看、分析。

該系統選用的處理器是意法半導體推出的增強型系列處理器STM32F103VC。該處理器主頻為72MHz，帶有16通道的12位A／D轉換器、片內RAM和串口RS232接口等豐富的外設［2］。本數據采集系統僅需一片該處理器和部分外圍電路即可完成采集與傳輸功能，電路結構簡單緊湊。無線傳輸通過串口連接無線網卡，通過WIFI實現與上位機的無線通訊。

2 硬件設計

2.1 電源電路設計

本數據采集系統的電源電路原理：＋24V恒定直流電源經電容濾波，進入DC－DC降壓電源模塊KIS3R33后降壓為＋4V，進入AMS1117－3.3電源穩壓芯片，得到＋3.3V的穩定電壓輸出后供給ARM核心控制模塊和其余部分電路使用；再進入AMS1117－1.2電源穩壓芯片，得到＋1.2V的穩定電壓輸出后供給顯卡芯片使用。IN4148是為了防止輸出端并接高于本穩壓模塊的輸出電壓而燒壞穩壓芯片AMS1117－1.2而特別設計的，達到了可靠性電源設計的目的。系統采用雙電源供電，提供了系統正常工作所需的電源電壓［3］。

2.2 溫濕度采集模塊設計

系統集成設計了DHT11數字式溫濕度傳感器［4］，它是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。超小的體積，極低的功耗，信號傳輸距離可達20m以上，使其成為各類應用場合的最佳選擇。微處理器STM32F103VC內部帶有16通道的12位A／D轉換器，因此采集信號不管是數字量還是模擬量，經光電隔離后可以直接經ARM處理來采集溫濕度數據。

2.3 LCD模塊設計

液晶屏采用群創AT070TN92型號，該7寸液晶屏適用于儀器儀表、廣告顯示、工業控制等，其顯示效果逼真、性能穩定。LCD屏是數據采集系統人機交互界面的物理基礎，主控單元ARM對其控制需要顯卡芯片SSD1963和觸摸芯片TSC2046等。

2.4 RS232串口通訊模塊設計

采用MAX3232串口芯片可把串口RS232信號電平轉TTL信號電平，實現串口通訊，其電路設計如圖1所示。該串口芯片采用專有的低壓差發送器輸出級，利用雙電荷泵在3.0～5.5V電源供電時能夠實現真正的RS232性能，器件僅需4個0.1μF的外部小尺寸電荷泵電容。MAX3232可以確保在120kb／s數據速率下維持RS232輸出電平，具有兩路接收器和驅動器［5］。

圖1 串口芯片硬件設置

2.5 無線WIFI通訊模塊設計

無線網絡通訊模塊采用深圳海凌科電子的HLK－RM04［6］，基于通用串行接口的符合網絡標準的嵌入式模塊，內置TCP／IP協議棧，能夠實現串口、以太網、無線網（WIFI）3個接口之間的轉換。HLK－RM04＿CONFIG是通過串口配置模塊的工具。

3 數據采集系統軟件配置及硬件調試

數據采集系統不僅需要硬件設置，還需要軟件的相應配置才能調試好硬件，使系統正常工作。硬件電路的調試與硬件設計和軟件配置息息相關。在硬件設計時必須確保所有的元器件都設計正確后方可把元器件焊接上進行調試。軟件配置和硬件調試基于Keil uVision4軟件以及相應的SWD仿真器、萬用表等等，系統硬件包括電源電路、串口電路、網絡電路、液晶屏顯示及觸摸電路、數據采集部分電路等。

4 上位機應用軟件設計

數據采集系統采集的數據經WIFI無線網絡傳輸至上位機顯示在應用軟件界面上。上位機的應用軟件采用Visual Basic開發。本系統可將數據采集器的液晶屏上顯示的溫度、濕度等采集數據經WIFI傳輸顯示在上位機應用軟件的文本框中，還可實現對采集器執行元件的反向控制功能。

5 結語

本無線網絡數據采集系統經過采集溫度、濕度的實踐應用測試，整個系統工作正常，達到了預期效果，滿足數據采集控制與數據無線傳輸的功能，其與無線通訊的結合安裝維護方便、成本降低、效率提高，是發展的必然趨勢。

［1］李靜，黃崢.無線數據采集系統設計［J］.中北大學學報：自然科學版，2010，31（2）：178－182.

［2］意法半導體.STM32F103VC數據手冊［Z］.

［3］陳東升，王嘯，李宗方.基于STM32的數據采集模塊的設計及應用［C］／／2009年全國虛擬儀器大會論文集（二）.2009.

［4］數字溫濕度傳感器DH11芯片資料［Z］.

［5］MAX3232串口芯片資料［Z］.

［6］HLK－RM04用戶手冊［Z］.