基于ARM远程多路数据采集的设计-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言近年来，数据采集与其应用越来越人们的受到广泛关注，数据采集系统也有了迅速的发展，在应用中由于现场的特殊性，远程的数据采集系统更广泛的应用预备各个领域。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用10。但传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支持，不管采用什么样的数据存储器，它的存储容量都是有限的，所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新，这样不利于用户对数据进行整体分析，因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握10。传统的数据是经过CPU采集数据，这使的处理器在执行多个任务时会很忙碌，处理速度也会变慢。STM32系列微控制器的性能比市场上的8/16位单片机有了大幅提高，同时他的价格相对于传统的32位ARM处理器和DSP却是低廉的，这是原本那些用8位单片机不能完成的或者以前必须用昂贵的DSP来实现的处理都可以用STM32系列微控制器来实现。RS-485总线由于采用平衡发送、差分接收的方式3，以共模抑制能力强，灵敏度高，传输距离远，传输速率高的特点在远程通讯、远程测量中已得到广泛应用，尤其是在控制领域，将各种控制信息通过RS-485总线实现远距离的监测和控制。2.课题研究2.1.远程多路数据采集设计方案方案一：MCS51单片机MCS51单片机是一个8位CPU，利用MCS51设计多路数据采集需通过外接模块AD转换器ADC0809进行模数转换、串口模块、MAX485芯片，显示模块。其数据输入到CPU处第2页理,再利用ADC0809AD转换器进行模拟量转换成数字量，并将转换后的数据通过显示模块进行显示，同时也通过串行口MAX485传输到上位机。Mcs51单片机的显示模块结构简单，界面单一。方案二：ARM系统STM32F103ZET6微控制器，其工作频率可达72MHz，内置2个12位ADC，16个外部模拟信号输入通道，可达1s转换时间，转换范围是0-3.6V；支持7个DMA通道，可操作多种通用外设，如定时器、ADC、USART等。由于STM32单片机内置12位AD转换器、USART，只需对其ADC模块和USART模块进行软件配置。根据上述设计要求，将系统划分为最小系统模块、现场模拟电压输入信号、远程控制模块和显示模块四个部分进行设计5。STM32官方提供的固件库，也称固件函数库或标准外设库。通过使用固件函数库，无需深入掌握底层硬件细节，开发者就可以轻松应用每一个外设。因此，使用固态函数库可以大大减少程序编写时间，进而降低开发成本。由于STM32内置的ADC1可以设置工作在DMA方式下，DMA提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。无须CPU干预，数据可以通过DMA快速地移动，这就节省了CPU的资源，从而可以使系统进行快速的多路数据采集。STM32的LCD显示模块丰富，可以对界面程序进行编写，从视觉和应用上使显示界面更加友好、丰富。第二种方案，结构简单，高集成度、能实时完成数据的采集、显示、传输及存储，具有高性能、低功耗、低成本、低开发难度等优点，在程序编写上都是模块化的，程序编写相对轻松。所以在本课题中将采用方案二进行系统设计。2.2.系统总体设计论文设计将利用ARM处理器采集8路数据，并且通过RS-485总线做远程传送将采集到的数据通过RS-485接口送到另一ARM设备，并通过LCD显示出来。利用STM32F103Z其内置16个外部通道ADC对输入的多路直流电压信号进行实时采集和转换，内置外设USART将转换结果经过串口发送在PC端由串口调试助手显示,同时也在ARM版上的LCD屏上显示其数据值。利用RS485总线将采样到的数据传送到主设备系统上并同时显示主设备系统上显示屏上，实现远程多路数据采集系统。根据系统设计方案的思想，可以了解到课题的总体设计结构，见图1所示。第3页图1系统结构图3.总结在课题系统中，利用ARMCortex-M3微处理器内置的16路ADC通道、DMA控制器、USART通信接口的原理和RS485总线，设计一款远程控制多路数据采集系统。在STM32中ADC工作在DMA方式下，因为DMA提供外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。所以无须CPU干预，数据可以通过DMA快速地移动，这就节省了CPU的资源，使得系统的处理速度非常快9。其系统的显示模块界面很丰富，通过对LCD界面的编写，可以是界面更加丰富、友好、美观。利用ARM做的远程多路数据采集其集成度高，调试方便，具有高性能、低功耗，操作简单，程序编写容易。系统性能稳定，能长时间无差错地实现远程多路数据的采集，而且系统电路简单，成本低，并具有一定的可扩展性和实用性。ARMCortexM3处理器，它具有杰出的功耗控制以及众多的外设，极高的性价比，在工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统等多个领域具有广泛的应用前景，因此值得研究和推广。第4页参考文献1STM32F10x常见应用解析R.STM32全国巡回研讨会.ST公司.2008.9.2吴雪峰.远程数据采集系统的设计与实现D.2007.63韩世进,张乐年.基于RS485的多路数据采集系统J.现代电子技术.2003（11）:14-15.4彭刚等.基于STM32单片机的RS485总线分布式数据采集系统设计J.伺服控制.2011(2):64-84.5陈科善,闫鹏.基于ARMCortex-M3的多路数据采集系统的设计D.6张旭等.基于STM32电力数据采集系统的设计J.电子测量技术.2010.11(33):90-93.7刘锐,王林.基于ARM数据采集系统的设计J.中国测试.2010(36