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摘要
随着科技日益进步,无线测量系统被运用到各个领域。传统的有线测量因其通信距离有限、易受地理等环境影响,且需要在偏远的地区建设时成本太高等硬性短板而越来越不能满足日渐增长的远程传输需要,远程无线测量成为一个新的发展方向。它可以克服距离上的限制,能够实时采集、查看数据。本文利用已经成熟丰富的网络资源及高性价比的ARM Cortex-M3系列的一款芯片STM32F103,结合优秀的虚拟仪器集成环境软件LabVIEW,研究并设计了一种能够远程采集数据、实时查看数据的多参数无线测量系统,使得无线测量更加方便、快捷,对于无线测量领域在今后的研究与发展有一定的指导意义。
本文基于STM32F103RCT主控芯片设计了一个多测量点无线测量系统。建立了由数据转换、控制模块(STM32F103RCT)、传输模块(SIM900A)以及总观测点组成的系统。数据转换模块主要利用STM32内部ADC进行数据转换,控制模块主要负责控制数据传输模块,数据传输模块主要负责通过GPRS无线传输把数据发送给接收终端并通过LabVIEW实时显示。根据无线测量系统的功能要求,设计了系统的硬件电路,并基于硬件电路设计了相应的软件程序,同时运用LabVIEW的G语言完成了多通道数据程序框图及前面板,并完成了系统的软硬件测试。
测试结果表明,系统能够实现数据的准确无线传输,系统最终实现了数据在LabVIEW前面板上的实时直观监测,整个系统运行效果良好,达到了课题的设计要求。
关键词：无线测量;STM32; GPRS; LabVIEW
ABSTRACT
With the increasing progress of science and technology, wireless measurement system is applied to various fields. Traditional wired measurement is less and less able to meet the growing need for remote transmission because of its stubborn weaknesses, such as limited communication distance, susceptible to geographical and other environmental impacts, and the cost is too high when it needs to be built in remote areas, remote wireless measurement has become a new direction of development. It can overcome the restrictions on the distance to collect and view the data in real time. This paper uses a rich network resources and the chip STM32F103 of the cost-effective ARM Cortex-M3 series, combined with excellent virtual instrument integration environment software LabVIEW. studies and designs a multi-parameter wireless measu ement system that can collect and view data in real time, making the wireless measurement more convenient and fast, for the field of wireless measurement in the future research and development has some guiding significance.
This article designs one wireless measurement system with multiple measurement points, by using STM32F103RCT as the master chip. A system consisting of data conversion, control module (STM32F103RCT), transmission module (SIM900A) and top observation point is established. The data conversion module mainly uses STM32 internal ADC to carry out the data transformation, the control module is mainly responsible to control the data transmission module, the data transmission module is mainly responsible for sending the data through the GPRS wireless transmission to the receiving terminal and displaying the data in real time via LabVIEW. According to the functional requirements of the wireless measurement system, the hardware circuit of the system is designed and the corresponding software program is designed based on the hardware circuit. At the same time, the multi-channel data block diagram and the front panel are completed by using the G language of LabVIEW, and complete the system hardware and software testing.
The test results show that the system can realize the accurate wireless transmission of data. The system realizes the real-time and intuitive monitoring of the data on the front panel of LabVIEW. The whole system works well and meets the design requirements of the project.
KEYWORDS: Wireless measurement; STM32; GPRS; LabVIEW
在科技日益进步与社会日益发展的大环境下,人民的经济水平日益提高使得对生活品质的要求也日益增高,比如开始关注周围环境的噪声是否达到了污染的范畴;对于工业生产过程中,火力发电厂、化工、冶金等环保部门需要监测排出工业废水里的酸、碱、盐等浓度达标,制药、供排水等行业需要对水位进行监测,目前关于多种用途的传感器技术发展越来越成熟m,在拥有传感器的前提下设计一种监测系统具有很大意义。
以机场噪声测量系统为例。噪声是工业生产中最基本的参数之一,在日常生活和工业控制过程中,经常需要进行噪声测量。而机场附近的噪声通常音量都很大[2],噪音响度大约在75dB—95dB之间。噪音污染与水污染、大气污染被看成是世界范围内三个主要环境问题,己经成为对人类的一大危害。一般噪声超过50dB就会对人类日常生活造成影响,会引起听力损伤,心脏血管危害,还有可能会影响生殖能力及心理健康。为了防止噪音,我国着名声学家马大猷教授曾总结和研宄了国内外现有各类噪音的危害和标准,提出了三条建议,其中一条为“为了保护人们的听力和身体健康,噪音的允许值在75?90分贝。”
由此可见,基于不同传感器类型,应用于噪声、压力、酸碱浓度多参数测量的无线测量系统的研宄,具有重要意义。被称为人类电五官的传感器是一种可以感受被测量的信息并将感受到的信息转为电信号或其他形式输出的检测装置。许多条件恶劣或人们不易到达或不能长久的停留的地方采集数据,是很不方便的,特别在一些特殊的生产及研宄场合,常常需要进行多参数的精细化、长时间测试,这就需要有针对性的开发相应的专用测试设备。
另外,随着无线通信技术的不断发展,采用无线网络通信进行数据传输和测量,能提高测量系统的环境适应能力和抗干扰能力[3],无线测量广泛应用在信号采集、物联网平台和智能家居控制等领域[4],无线测量的可靠性和数据保真性是保障测量系统可靠运行的关键。研宄无线测量系统的设计势在必行,基于子测量点的多点无线测量系统的研宄很有意义。
本论文是以STM32F103RCT6单片机和SIM900AGPRS模块,LabVIEW接收模块为主的多参数无线测量系统。经由STM32F103RCT6的ADC将传感器中信号转换,经由GPRS模块发送到LabVIEW中并显示波形。本文根据内容安排共分为/、早:
第一章针对本研宄的研宄意义、发展现状进行介绍并概括与介绍本论文的内容与安排。
第二章介绍了系统的系统硬件电路部分原理图设计及PCB设计,主要是STM32F103RCT5单片机的外围电路设计,包含SIM900A的GPRS模块的外围电路设计,比如电源、时钟等。
第三章主要介绍了系统软件程序部分设计,即编写硬件电路设计部分对应的程序代码,程序使用C语言进行设计增强可读性与可移植性。
第四章为LabVIEW接收模块程序设计内容,基于LaBVIEW特殊的G语言,在程序框图中利用节点设计程序,接收到SIM900A GPRS模块发来的数据,并在LabVIEW前面板显示波形及通道标识、当前连接的通道数目等信息,直观便捷。
第五章主要介绍了系统的分析测试,使用软硬测试对系统进行调试,对无线测量系统运行测量过程中发生的问题检测并解决。
第六章为总结部分,对主要工作进行总结并提出需要改进的地方,简单分析未来无限测量的发展方向。
单片机的多参数无线测量系统调试：
Target选项卡
串口调试助手监视数据发送成功
模拟电压3.3V时串口显示结果
模拟电压3.3V时网络调试助手接收结果
多个连接成功时网络调试助手结果
连接单板测试结果
目录
摘要
ABSTRAC
1 引言
1.1 选题目的和意义
1.2 国内外发展现况
1.3 本文的主要研究内容
1.4 本文的主要框架
1.5 本章小结
2 无线测量系统子测量点的硬件设计
2.1 ARM处理器简介及主控芯片选型
2.1.1 ARM 处理器
2.1.2 主控芯片
2.1.3 模数转换器ADC
2.2 主控芯片设计
2.2.1 电源供电模块设计
2.2.2 时钟配置模块设计
2.2.3 RS-232通信接口模块设计
2.2.4 其他设计
2.3 GPRS简介及通信模块芯片
2.3.1 GPRS通信分组无线服务技术
2.3.2 GPRS网络结构
2.3.3 GPRS通信协议
2.3.4 无线通信芯片
2.4 无线通信模块设计
2.4.1 供电及开机设计
2.4.2 SIM卡电路设计
2.4.3 网络状态指示设计
2.4.4 天线
2.5 PCB 设计
2.6 本章小结
3 系统软件部分设计
3.1 STM32软件环境及程序下载
3.1.1 STM32软件开发环境
3.1.2 工程的建立与下载
3.2 底层函数SYSTEM文件夹介绍
3.2.1 延时delay文件夹
3.2.2 串口 usart 文件夹
3.2.3 系统sys文件夹
3.3 外围设备程序设计
3.3.1 LED灯程序设计
3.3.2 按键的程序设计
3.3.3 ADC的程序设计
3.3.4 定时器及串口的程序设计
3.4 GPRS 程序
3.4.1 AT 指令
3.4.2 GPRS 程序
3.5 本章小结
4 上位机LabVIEW设计
4.1 虚拟仪器简介
4.1.1 虚拟仪器概念
4.1.2 虚拟仪器的构成及特点
4.2 LabVIEW 介绍
4.2.1 LabVIEW 简介
4.2.2 LabVIEW 基本特点
4.3 LabVIEW 设计
4.3.1 LabVIEW 语言
4.3.2 LabVIEW 的 TCP 连接实现
4.3.3 LabVIEW程序框图设计
4.4 本章小结
5 系统调试及分析
5.1 软件测试环境
5.2 硬件调试及结果
5.3 本章小结
6 结论与展望
参考文献
致谢
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