基于無線通信的多卡尺數據采集系統設計

劉玲　丁嘉輝　唐大衛　曹明瑞　劉白雪

摘? 要：為了實現卡尺數據處理的高效率性、實時性、低誤判率，該文設計了基于無線通信多卡尺的數據采集系統。利用現有的數顯游標卡尺對鋼材或其他物體進行測量，采用stm32主控進行收集數顯游標卡尺發送出來的數據，并通過控制WiFi模塊將數據無線發送至下位機。下位機對采集數據進行存儲、歸類分析并與設定量進行對比。設計結果表明，該系統以云傳輸方式實現數據的實時傳遞，以WiFi模塊作為數據傳輸路徑實現一對多或多對一的無線數據傳輸，并且具有自動比對，高效率的數據處理以及報警功能。

關鍵詞：數據采集系統? stm32? WiFi模塊? 數據處理? 報警功能

中圖分類號：TN98 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（c）-0018-04

在工業測量領域，尤其是鋼廠產品檢測方面，以往傳統的檢測方式是需要工人對產品檢測得出的數據進行記錄并人工比對，由于檢測的產品數量往往很多，耗費人力也浪費鋼廠的財力，而且檢測效率極低，沒有實時性。因此關于測量檢測，目前文獻[1]采用有線方式通過傳輸線或網絡傳送入處理中心，然而這類方式受到通信線纜比較復雜，從而影響到現場數據采集設備和數據的測量，且現場布線成本高，耗費大，性價比嚴重偏低等因素的影響;文獻[2]在數顯卡尺的基礎上，以無線方式（藍牙）進行一對一方式傳輸點對點的數據傳輸，并可做到數據保存，但無法實現多卡尺同時進行數據傳送，且傳輸距離短，易受干擾。在測量領域還缺少無線通信技術的數據集中處理、分析以及比對功能。

為滿足上述需求，該文提出通過WiFi的形式，以WiFi作為通信渠道，通信距離長，利用多卡尺同時傳送數據，即實現一對多或多對一功能。下位機對多把卡尺的數據進行歸類、分析和比對，若對比結果沒達到預期值，接收端則自動報警提醒工人進行標記。下位機還具有存儲功能，將歸類分析好的數據以云傳輸的形式發送到APP中進行顯示，方便復檢員或老板復檢。

1? 基于游標卡尺的數據采集處理系統

一種用于工業測量領域的無線數據采集系統，對數據快捷化、準確化及實時化測量，通過數顯游標卡尺WiFi模塊將數據通過無線網傳至下位機，下位機將數據收集并與所需設定的數值進行比較。如果發現所測數據與設定量不一樣，則數顯游標卡尺的接收器上，接收器收到信號并發出“滴答”或“不合格”聲音告知人員此鋼材或其他物質尺寸不合格。測量完畢后下位機將收集的數據進行儲存，并對儲存的數據集中歸類和分析，下位機再將分析好的數據以云傳輸的形式發送到手機APP或電腦APP上，以周或月為單位，通過折線圖或條形圖直觀地表示產品的質量，實現數據實時、準確上傳，方便復檢人員或廠長對檢測結果的審查。

該文重點解決：（1）以WiFi模塊作為數據傳輸路徑，可實現一對多或多對一的無線數據傳輸。（2）下位機功能，除存儲數據外，還可以對數據進行歸類分析，上位機還擁有自動比對功能，大大降低誤判幾率，并具有自動報警功能，可以大幅度提高工作效率。

實現上述需求，游標卡尺控制系統圖如圖1所示。

2? 系統軟硬件采集實現

2.1 系統的硬件設計

系統硬件組成成分主要包括stm32c8t6核心處理器、WiFi無線模塊、報警模塊、電源電路設計如圖2所示。

（1）stm32c8t6核心處理器。

具有72MHzCPU的速度和高達1MB的閃存。包含電動機控制外圍設備以及CAN和USB全速接口。ARMCortex-M332位閃存微控制器工作時具有低功率、低電壓，并結合了實時功能的極佳性能。結合了高性能的RISC內核，運行頻率可達72MHz，以及高速內嵌存儲器，增強范圍的強化輸入/輸出和外部連接至兩個APB總線。STM32F103C8T6具有12位模數轉換器，計時器，PWM計時器，標準和高級通訊接口。

（2）WiFi無線模塊。

ATK-ESP8266模塊采用串口與MCU通信，內置TCP/IP協議棧，能夠實現串口與WiFi之間的轉換ESP8266強大的片上處理和存儲能力，使其可通過GPIO口集成傳感器及其他應用的特定設備，實現了最低前期的開發和運行中最少地占用系統資源。ESP8266高度片內集成，包括天線開關balun、電源管理轉換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模塊在內的整個解決方案在設計時將所占PCB空間降到最低，內置TR開關、balun、LNA、功率放大大器和匹配冗網網絡還有PLL、穩壓器和電源管理組件在802.11b模式下+19.5dBm的輸出功率并支持天線分集。斷電泄露電流小小于10μA，內置低功率32位CPU可以兼作應用用處理器具有A-MPDU、A-MSDU的聚合和0.4μs的保護間隔，2ms之內喚醒、連接并傳遞數據包待機狀態消耗功率小小于1.0mW。串口框圖、數據接收及發送如圖3、圖4、圖5所示。

（3）報警模塊的設計。

報警模塊由3個人LED燈和蜂鳴器電路組成，3個LED分別為紅、黃、綠燈并且串聯一定阻值的電阻連入電路。蜂鳴器電路是由有源蜂鳴器一端串聯一個電阻接5V電源，另一端連接9014三極管的c端三極管b端串聯電阻引出另一端將與stm32c8t6核心處理器IO口連接，三極管的e端接地組成。單片機將系統的測量數值與預定值進行比對，若不合格則通過無線網發送信號到合格器上。合格器采用stm32主控對WiFi接受模塊進行控制收集發送的信號，收到信號后通過stm32控制蜂鳴器發出報警聲音。

2.2 系統的軟件設計

系統軟件框圖主要包括WiFi通信程序、數據處理系統以及報警功能程序，以WiFi通信為數據傳輸且對數據進行處理，不合格的報警警告，如圖6所示。

WiFi通信模塊通過串口模塊進行配置，在stm32開發環境下設計完成。如圖7所示。

3? 系統程序功能實現

利用keil編程軟件搭建c語言環境對其stm32c8t6核心處理器進行編譯控制。利用游標卡尺對所測鋼管進行數據采集，將采集的數據由游標卡尺數據傳輸線將數據傳至stm32c8t6核心處理器，stm32c8t6核心處理器通過串口進行數據讀取。stm32c8t6核心處理器將數據通過Wifi無線模塊將數據傳至pc終端。stm32c8t6核心處理器將通過串口獲取的數據進行對比，將對比的結果進行儲存，并將比對結果發至PC端通過報警模塊將錯誤數據進行報警。

數據對比，首先向stm32c8t6核心處理器輸入一個標準數據并在編程軟件下定義一個變量將其儲存，通過串口傳輸協議將卡尺所測數據進行讀取。通過報警模塊上的按鍵對所采集數據對比進行開始，當按下按鍵時將所測數據與標準數據對比并儲存在一個數組中，測不同5個點的數據依次按下按鍵對數據進行對比并儲存在同一數組里。將數組里數求均值，將均值與標準值進行對比如果誤差在允許范圍內則通過報警模塊進行閃綠燈和蜂鳴器響一下給測試者提示此產品合格。通過按下發送按鍵將測量數據通過WiFi無線模塊發送至pc端。如果均值與標準值進行比較不在允許誤差內則通過報警模塊進行閃紅燈和蜂鳴器響3下給測試者提示此產品不合格。

stm32c8t6核心處理器可以做到多通道數據接收實現一對多或多對一的無線數據傳輸，多個游標卡尺可以同時測量并將數據傳至stm32c8t6核心處理器通過從不同通道對多個游標卡尺數據進行采集定義不同變量將其儲存，可以進行不同標準值的設定并進行數據對比。

4? 結語

該文實現了WiFi通信傳輸數據，實現了一對多或多對一的無線數據傳輸，完成了對整個無線數據采集系統調試運行工作。而且對數據進行分析，比對，研究制造無線數據采集系統合格器部分，將不合格產品自動報警，大大降低誤判幾率，大幅度提高了工作效率，方便后續測量人員測量檢查。

參考文獻

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