基于STM32的空气动力学数据采集系统的设计

摘要

随着我国高速铁路建设的发展，列车高速通过隧道引起的空气动力效应对列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适性及隧道周围环境均有不良影响，因此进行高速列车空气动力学测试具有重要的意义。拟设计开发一套便携稳定、低功耗的数据采集、无线监测系统用于列车空气动力学测试试验。
　　 本论文主要完成数据采集系统的开发，包括传感器选择、信号可编程调理板和采集板设计、上位机软件编程。对于数据采集显示，通用方法选择PC机加采集板卡，但存在不便携，且成本高、抗干扰能力不好的缺点。所以本文采用ST公司的基于ARMCortex-M3内核的STM32系列处理器作为主芯片构建整个系统，系统具有功耗低、可靠性高、性价比高、抗干扰能力强的特点。
　　 本论文将STM32应用于气压信号的调理和采集系统中，所完成的工作包括以下几个方面：
　　 1.了解列车高速空气动力学试验意义和要求，了解数据采集技术现状，选择合适的数据采集系统方案。
　　 2.针对传感器设计合适的可编程调理板，结合软件编程，实现信号的可编程调理功能。
　　 3.设计采集板主芯片电路和各种外设功能电路，软件编程实现数据采集，本地NAND保存，SD卡的fat32文件系统设计结合USB大容量存储实现数据的便捷取用。
　　 4.上位机程序编写，包括采集数据解包程序，串口调零程序。
　　 5.对整个系统进行安装和调试，对调试过程中发现的问题进行分析处理，并对此课题研究的进一步工作提出了一定的展望和需要改进内容。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.2数据采集处理技术的应用及发展现状

1.3本论文的研究内容

第2章系统组成及STM32微控制器概述

2.1数据采集系统组成

2.2 STM32微控制器概述

2.2.1 Cortex-M3内核

2.2.2 THUMB-2指令集

2.2.3嵌套向量中断控制器(NVIC)

2.2.4 STM32系列微控制器应用

第3章信号调理板的软硬件设计

3.1空气动力学传感器选型

3.2信号调理板系统组成

3.3信号调理板硬件设计

3.3.1电源模块及转换电路

3.3.2主控模块

3.3.3信号调理模块

3.3.4 DAC模块

3.3.5 JTAG接口电路

3.3.6串口转USB接口电路

3.4信号调理板软件设计

3.4.1软件开发平台介绍

3.4.2调理板软件主流程

3.4.3时钟配置

3.4.4串口通信程序

3.4.5读/编程闪存

3.4.6设置参数程序

3.4.7调零程序

3.5本章小结

第4章信号采集板的软硬件设计

4.1信号采集板系统组成

4.2主控制器介绍

4.2.1启动配置

4.2.2 STM32的复位和时钟控制

4.2.3实时时钟RTC和备份寄存器

4.3数据采集模块软硬件设计

4.3.1数据采集硬件电路设计

4.3.2 TCL2543采集卡介绍

4.3.3数据采集模块软件编程

4.4 NAND保存模块设计

4.4.1 FSMC通信模块介绍

4.4.2 NAND闪存控制器

4.4.3 HY271UK08BGFM编程

4.5 SD卡数据转移模块设计

4.5.1 SD卡数据存储硬件设计

4.5.2 SDIO协议简介

4.5.3 SD卡底层软件设计

4.5.4 SD卡文件系统设计

4.6 USB大容量存储

4.6.1 Bulk-Only大容量存储设备的描述符

4.6.2 Bulk-Only传输协议

4.6.3硬件配置接口

4.6.4 Bulk-Only传输端点配置和数据管理实现

4.7硬件电路的抗干扰措施

第5章上位机软件设计及系统安装调试

5.1上位机软件

5.1.1串口调零程序

5.1.2上位机解包程序

5.2系统安装调试

5.2.1传感器安装调试

5.2.2信号调理板和采集板调试

5.2.3系统安装调试的结果

总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文