基于STM32的数据采集系统的设计外文翻译资料

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基于STM32的数据采集系统的设计

摘要

机械设备故障早期检测是工业生产中最重要的问题之一。为了监控旋转机械的有效性，我们构建了一个基于stm32的信号采集的微系统。给出了系统的总体设计方案，可以实时获取以及显示多通道振动信号X轴、Y轴和Z轴的旋转速度，本系统具有结构特性简单，低功耗，小型化等特点。

1. 介绍

旋转机械振动的实时采集，可以有效地预测、评估和诊断设备的运行状态，通过对振动采集数据的实时分析，可实时监测旋转机械状态，保证设备的安全运行。为了防止故障，减少维修时间，提高经济效益。故障诊断系统必须通过对旋转机械振动信号的采集，并对数据进行处理，然后，可以及时判断设备的运行状态，因此数据采集模块是故障诊断系统的核心部分。在传统的数据采集系统中间，由AD口采集到的数据一般都是发送到计算机，和特定的软件结合并进行相关处理。随着嵌入式的逐步发展，实时采集并且具有高精度、多参数、储存容量大、体积小、可移植的嵌入式系统已成为发展的潮流。为了满足实时采集系统的多任务要求，本文提出了一种基于ARM构造的STM32的数据采集系统并向其移植了uC/OS-II操作系统。

1. 数据采集系统的基本构造

数据采集作为监控设备的关键技术，已经成为了近期研究的热点。一个基于FPGA优化设计的嵌入式并行数据采集系统，可以合理的划分高速和低速A/D口。相反，还有已经使用了高速转换器和stratix II系列的数据采集和处理的FPGA，其主要贡献是用于结构紧凑的外围组件互连，该系统具有模块化，坚固性和可扩展性等特点。但在特殊情况下，还需要进行远程控制，本文介绍了嵌入式操作系统平台的基础上设计的一个带有远程采集和GPRS无线技术的控制系统。为了实现数据共享的多用户，它还构建了嵌入式动态网站与ARM9数据采集管理与传播操作系统。数据采集终端设备是基于ARM7微处理器设计的LPC2290处理器，它具有嵌入式实时-解决采集多路小信号和多路传输的功能。另一方面，并行数字信号处理系统专用于旋转机械上的数据采集，并使用内部信号调节器来适应传感器输出到输入范围的采集。然后通过设计软件进行信号处理后处理，而最常见的结构是使用DAS和FPGA为主，这样的方案也基于DAS的成本。为了满足市场对低功耗、低成本的要求，本文构建了三轴加速度传感器的内部A/D转换STM32控制器的数据采集系统。

2.1 STM32芯片

本文选用的是32位的STM32F103VET6芯片，作为系统的处理器，与同类产品相比，

STM32F103VET6工作在72MHz，具有性能强、功耗低的特点。此处理器包括：512K的FLASH，64K的SRAM，包含五个节点的CAN总线，USB2.0接口，以太网接口，并且还包括RS232串口。本文的系统扩展的SST25VF016B串行存储器通过SPI总线接口，临时存储和收集大量数据，而且还有12位的A/D接口，切换最快只用1us，外接3.6V电压。还要保证系统电源电路设计、复位电路、时钟电路和GPIO端口的正常运行。

2.2 数据采集

机器状态是否正常，主要取决于振动信号。在本文中，为了获得旋转机械转子的振动数据，我们采用振动加速度传感器MMA7455L，可以收集来自轴的数据，。振动加速度的种类

传感器具有成本低、体积小、灵敏度高、抗干扰、动态范围大等优点。MMA7455L主要由力传感单元和信号调理电路组成，在信号预处理前，该传感器将对微小数据进行放大。

本文设计的STM32可以建立最多三个12位并行ADC本文理论指标72DB与实际动态范围是54至60dB 2或3位受到噪声、动态测量范围可达1000倍，60dB。对于绝大多数的振动信号，10kHz最大采样率可以满足实际需求，并采集频率较高一般用在8-12位AD，因此满足本试验中振动信号采集的精度和较低的成本的要求。

2.3储存和显示

实时数据采集是必要的，我们的系统设计了64Ktimes;12bit容量芯片SRAM。在采集的过程中，三轴加速度传感器系统与SPI系统相连接，它接收实时数据采集的请求，然后通过数据DMA存储到SRAM芯片到数据缓冲区中，它发送一个中断信号到CPU，然后CPU读取所有通道的FIFO中的数据，然后将结果显示在LCD上直接。我们的系统能够快速、实时、高效地收集原始数据，并且可以直观显示出来。

1. 软件设计

3.1 移植mu;C/OS-II系统

mu;C/OS-II是一款著名的源代码开放、可裁剪、移植方便、可固化的轻量级嵌入式实时多任务操作系统，由于其体积小巧、执行效率高、实时性能优秀、具有较高的可靠性与稳定性等优点，特别适用于小规模以及存储空间有限的嵌入式体统中。mu;C/OS-II具有：开放源代码:源代码开放对于开发人员来说,能够更清楚的了解此操作系统的运行机制,以便使其更好地与自己的硬件平台兼容。可移植性强：mu;C/OS-II的绝大部分源代码是使用标准的ANSIC编写的，为了最大程度的提高可移植性，仅使用了最低限度的汇编语言编写与处理器硬件相关代码。目前为止，mu;C/OS-II己经被移植到ARM、MIPS、TiDSP等众多不同架构的处理器上。可裁剪性：通过使用条件编译,用户可以选择只编译所需要的系统功能，不需要的功能不编译,从而减小最终代码体积,降低对存储空间的要求的同能提供系统性能。可剥夺性：mu;C/OS-II是基于任务优先级进行调度的，而不是简单的时间分片方式，当有优先级最高的任务就绪，,当前相对低优先级的任务即被剥夺运行权，这样的特性可以保证系统的对事件的实时响应性能。多任务性：mu;C/OS-II是多任务操作系统,最多可以支持64个任务，除了建议的8个系统保留任务之外,可以有56个任务给用户程序使用。可确定性：对于实时操作系统来说,知道系统服务和任务的实际运行时间非常有意义，mu;C/OS-II下运行的服务和程序的执行时间是可以确定的，用户能够知道系统运行的耗时状况。任务堆栈：mu;C/OS-II下建立每个任务的时候，都需要相应地分配堆栈空间，通过给每个任务合理地分配堆栈可以更高效地进行存储空间分配。系统服务:除了任务调度等基本系统服务外，mu;C/OS-II提供消息邮箱、消息队列、信号量、时间管理等系统服务,使多任务操作更加方便。支持中断管理:当系统响应中断，,当前正在运行的任务会被挂起，当中断服务结束后，系统会根据当前任务优先级情况进行判断，选择运行被挂起的任务或是优先级更高的任务。

mu;C/OS-II操作系统的移植主要需要修改三个文件，按mu;C/OS-II内核文件结构的描述，在一款微处理器平台上移植mu;C/OS-II操作系统一般只需要修改OSCPU_C.H，OSCPU_A.ASM和OS_CPU_C.C这三个文件.下面先对这几个文件进行分析,然后给出关键部分的移植：

1. OS_CPU_C_H

由于C语言中的Short、float、int等数据类型与微处理器类型具有相关型A，会造成隐含的不可移植特性，因此mu;C/OS-II对数据类型进行了重定义，增加了代码的直观性和可移植性,下面给出这些不依赖于编译器的数据类型：

Typedef unsigned char BOOLEAN;

tyPedef unsigned char INT8U:

tyPedef signed char NT8S:

tyPedef unsigned short INT16U:

tyPedef signed short INT16S:

tyPedef unsigned int INT32U:

tyPedef signed int INT32S:

tyPedef float FP32;

tyPedef double FP64;

tyPedef unsigned int OS_STK:

tyPedef unsigned int OS_CPU_SR;

在STM32处理器及kellMDK或者IAR编译环境中可以通过查手册得知Short类型是16位而int类型是32位，这对于Cortex-M3内核是一致的。故这部分代码无需修改。尽管mu;C/OS-II定义了float类型和double类型，但为了方便移植它们mu;C/OS-II源代码中并未使用。为了方便使用堆栈，mu;C/OS-II定义了一个堆栈数据类型。在cortex-M3中寄存器为32位，故定义堆栈的长度也为32位。Cortex-M3状态寄存器为32位，定义OS_CPU_SR主要是为了在进出临界代码段保存状态寄存器。

B.OS_CPU.C

根据处理器修改功能OSTaskStkInit()，剩下的九个用户界面函数和钩子函数可以没有特殊的要求，它们将为这些代码生成代码功能只有当OS_CPU_HOOKS_EN设置为1在OS_CFG_H堆栈初始化文件。函数OSTaskStkInit () 返回最新的堆栈指针。

C.OSCPU_A.ASM

大部分的移植工作都完成了这些文件，并修改了以下功能。OsStartHighRdy() 用于运行最优先级就绪任务，它负责将堆栈指针SP从TCB控制块优先级最高的任务，并恢复CPU，那么任务过程中创造的用户开始控制进程。代码OSCtxSw ()是任务切换，当当前的任务就绪队列中切换优先级更高的任务，CPU将启动代码OSCtxSw () 任务切换运行的高优先级的任务并保存在任务堆栈的当前任务。OSIntCtxSw ()具有相似的功能，类似OSIntSw ()，为了保证实时性能系统，它将直接运行更高的优先级任务时，中断的到来，并不会存储当前任务。OSTickISR () 是用来处理时钟中断，需要中断调度的实现当一个更高优先级的任务是等待时钟信号。

OS_CPU_SR_Save ()和（）OS_CPU_SR_Restore () 完成开关中断而进入离开关键代码实现的功能OS_ENTER_CRITICAL ()临界保护功能OS_EXIT_CRITICAL ().

完成这些工作后，mu;C/OS-II就可以正常工作了。

3.2 软件体系结构

图2显示系统的软件体系结构，从而显示数据的可视化，并且移植于系统中，我们的系统包含六个任务，数据采集，数据传输，液晶显示显示屏，触摸屏驱动，按键界面以及GUI界面。首先，我们应该设置任务基于优先级的任务调度。它需要完成之前所需的驱动程序设计数据采集，如A/D驱动、触摸屏驱动程序和系统的初始化，而初始化包括：硬件平台的初始化、系统时钟初始化，中断源配置GPIO端口配置，串口初始化和参数配置，以及液晶显示初始化。这个过程是信道模块将采样命令发送到广告频道，然后通知接收模块发送采样开始命令，接收模块准备接收和大数据将存储在存储中模块完成后，第一次采样，通道模块将发送完整的命令对接收模块进行采样，接收器发送一个中断请求到存储模块来阻止数据存储，然后将数据显示在液晶触摸屏上。下图所示的就是数据采集过程的流程图。

1. 测试

嵌入式系统的实验已经完成，数据采集来自加速MMA7455L，这是安装在旋转机械台。数据采集显示为图4和图5所示，系统可以选择三通道从三采集振动信号方向的x，y和z轴，和本文的采样频率为5kHz，我们收集同信道状态下的非平衡态振动信号。结果表明，我们的系统能实时显示数据的采集和预测的初步诊断。

1. 结论

根据机械的实际，设计了一种实时嵌入式信号采集系统在旋转机械的高频故障发生。该系统是基于一个低成本微控制器，振动信号是由三轴加速度传感器，具有性能的选择

低成本和高灵敏度，并从轴X，Y和Z的采集数据，我们设计的系统硬件结构，分析了数据采集模块的工作原理。建议系统实现数据任务的管理和调度，并用结构和低成本进行压缩，系统采集振动信号，并对旋转机械的实时性进行分析快速给出诊断结果。

外文2

嵌入式web服务器

摘要：

嵌入式技术已成为一种先进的发展趋势，而嵌入式网络服务器技术作为嵌入式设备与互联网技术的结合，提供了一个灵活的远程设备监控和管理功能的平台。通过这个嵌入式网络

服务器，用户可以远程访问他们的设备，这里提到的设备可能是家庭设备和工厂设备。本文的重点是实现TCP/IP协议和用户发展嵌入式网络服务器平台。嵌入式网络服务器的设计包括一个完整的网络服务器与TCP / IP和以太网接口支持。它还包括用于发送邮件的支持，以及软件的支持网络服务器的自动配置。网络服务器的参考设计包括完整的源代码用C语言。

1. 介绍

在所有的半导体行业中，嵌入式系统市场是最保守的。工程类在这个市场的决定通常是保守的，倾向于建立低风险的解决方案。因为这一点，嵌入式系统的基本架构在过去十年里才慢慢进化。智能家庭将连接到互联网，需要一个微控制器与其他沟通网络设备。最近，普适计算技术和家庭网络技术的发展在实际应用中迅速。因此，越来越多的连结性的网络将需要家用电器，如照明装置，冰箱和视听设备。当这些电器是装有可连接到WWW服务器、互动交流将成为可能新的功能和服务将成为可用。嵌入式网络服务器可以简化设计过程嵌入式网络服务器应用。近年来互联网的使用呈指数增长。这使用互联网协议产生了强大的趋势。

1. 系统描述

嵌入式网络服务器的设计是针对数字设备的集成而设计的。嵌入式Web服务器可以插入任何以太网接口，并与标准的网络浏览器进行通信。图1举例说明某些情况下，可以使用网络服务器。如图1所示，各种消费类电子产品可以从一台电脑上控制互联网。网页是嵌入式网络服务器的“控制中心”。假定嵌入式网络服务器被嵌入在一个房子的几个单位。每一台服务器都连接

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