基于STM32的数据采集存储系统的设计与实现

摘要

各类飞行器、武器系统从最初的系统方案论证,到各个阶段的研制过程及最后的定型试验,需要对飞行试验过程中的振动、过载、转速、各个系统模块的电源参数、状态参数、控制和位置图像信息等进行采集存储,通过对这些信息进行综合分析来评测系统采用的制导策略的正确性和系统性能的优劣性,以完成系统方案的不断设计改进。而这些工作,往往通过在飞行器和武器系统上安装能够采集存储飞行试验过程多种数据的采集存储系统来完成的。
　　本文在数据采集存储理论研究和工程系统设计原则基础上,针对某型号飞行测量系统的相关设计指标要求,设计了基于STM32微处理器平台的数据采集存储系统,其选用三星K9F1G08U0C NAND Flash作为存储单元,采用USB接口方式实现与PC上位机之间的数据传输,实现了16路模拟信号采集存储、4路RS422串口信号、1路TTL串口数据的接收存储及对试验过程中采集存储数据的回读、解包分析和图形化显示等功能。
　　本文首先分析讨论了该数据采集存储系统的总体设计方案、关键技术及其解决方案,详细阐述了硬件部分各组成模块的设计方法,并从模拟通道信号采集、串口数字量转换接收、电源转换、主控单元、Flash存储、触发判断和工作模式选择、程序调试与下载和USB接口通信模块等几个方面给出了相应的电路设计和详细说明;其次,对系统软件部分的设计进行了详细的论述,包括系统的时序控制、多串口和不定长度串口数据的接收、对有特殊要求的数据编码存储的实现、DMA方式传输、乒乓缓存接收存储和USB通信程序设计等,对上位机数据读取与分析软件也进行了介绍;最后对该系统模拟通道信号的标定、功能测试方法和实际飞行试验情况也作了一定的说明。
　　本文设计的基于STM32的数据采集存储系统具有体积小、功耗低、高可靠性、抗高过载、抗干扰能力强等特点。目前,已经在某型号飞行测量系统中得以应用,通过对相关靶场试验数据的综合分析,表明该数据采集存储系统基本满足设计的指标和高可靠性要求。

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1 绪论

1.1课题来源、研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及章节安排

2系统设计方案及关键技术研究

2.1系统总体设计

2.2需解决的关键技术问题

3系统硬件电路设计与实现

3.1 系统总体硬件组成

3.2 模拟数据采集模块设计

3.3 数字量采集模块设计

3.4 模式选择电路设计

3.5 主控模块设计

3.6 存储模块设计

3.7 电源模块设计

3.8 USB接口电路设计

3.9 程序调试与下载接口设计

4 系统软件设计

4.1 系统软件设计概述

4.2 DMA传输和乒乓缓冲采集存储

4.3 Flash数据存储设计

4.4 USB通信软件设计

4.5 上位机读数分析软件

5 系统功能测试与试验分析

5.1模拟通道信号标定

5.2系统功能测试与分析

5.3系统飞行试验结果分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢