基于一种以STM32为核心电路的多源数据采集板卡设计

基于一种以STM32为核心电路的多源数据采集板卡设计

0引言

1 系统总体架构

2 系统硬件设计

2.1 STM32 核心电路设计

2.2 CAN 总线接口设计

2.3 RS485 总线设计

2.4 RS232 通信接口设计

2.5 GPIO 端口设计

2.6 GPS/BD 模块设计

ATK-1218-BD 模块同外部设备通信接口采用 UART（串口）方式，输出的 GPS/ 北斗定位数据采用 NMKA0183 协议［13］，控制协议为 SkyTraq。因此使用前，需采用 SKyTraq 提供的 GNSS_Viewer 软件对该模块的更新速率、串口波特率等参数进行配置。该模块与单片机连接方式如图 7 所示。

2.7 电源电路设计

3 系统软件设计

3.1 程序设计分析

系统程序启动时先进行系统化，配置好各总线端口的波特率以及中断优先级，初始化 GPIO 端口及 GPS/BD 模块并设置看门狗。接着初始化各类标志位，启动看门狗中断程序。由于在总线数据传输方面采用硬件握手方式，双向的数据传输依靠中断方式来判断数据的到来或响应信号的到来，保证了不同总线上的数据正常、透明、可靠传输。因此，此时各通信总线端口已进入中断读取数据状态。

当程序进入主循环后，首先获取 GPS/BD 模块的经纬度信息，采集 8 路 GPIO_In 口的电平状态，接着 RS485_1 与上位机进行三次应答，将每次应答获取的数据进行截取保存，并对数据判断，满足则 GPIO_Out0 输出固定频率脉冲。然后解析上位机传来的 CAN 指令，执行相应的程序，初次为健康查询即检查各端口通信是否正常，若正常则将 8 路 GPIO_In 端口状态、RS485_1 读取的数据、RS485_2 三次应答截取的数据、RS232 的数据以及 GPS/BD 模块获取的经纬度信息按约定要求解析放入 RS232_TXBUFF，并由电源同侧的两路 RS232 发送给上位机进行数据的处理与显示。运行期间，利用定时器中断不断执行喂狗任务，上位机可发送 CAN 指令停止喂狗进行复位。此外，若板卡由于不可控因素导致程序跑飞，此时无法喂狗，程序自动复位，有效地防止了板卡因程序崩溃而无法工作的现象。

4 系统测试

4.1 指标测试

本多源数据采集板卡的技术指标主要为工作电压、最大功耗、各总线通信波特率等。实测表明，板卡在测试技术要求范围内的配置下均能正常工作。指标测试结果如表 1 所示。

4.2 整体性能验证

为了验证数据采集板卡的整体性能，将板卡各端口与工控机匹配端口相连接，模拟板卡通过多个端口采集多源传感器数据信息，进行汇总并输出，并通过 CAN 总线与上位机指令进行交互。通过上位机分析板卡的输出数据并界面显示，确定板卡各端口接收到的信息无误，板载 GPS/BD 数据正确，多端口收发无阻塞，无竞争，可持续运行并按约定逻辑响应上位机通过 CAN 总线端口发送的指令。此外，经 72 h 长时间持续工作测试，板卡一直处于正常稳定的工作状态。

5 结论

本文设计了一种基于 STM32 的多源数据采集板卡，实现了 CAN、RS485、RS232 等多种接口的通信，且均电气隔离，使板卡减小干扰，通信更为可靠。板卡采用 STM32F429 芯片为控制核心，较强的数据处理能力，使板卡具有较好的性能；采用多种总线端口，可连接各种不同总线接口的传感器设备，具有良好的可扩展性；板载 GPS/BD 模块，记录时间地理信息，方便用户确定设备位置坐标；采用 DC-DC 隔离电源，电源转换效率高，热损耗小，具有功耗低的优点。此外，板卡采用铝框外壳固定，安装方便且抗振牢固。 责任编辑；zl

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