基于STM32的数据采集系统设计外文翻译资料

外文文献1：

Design of the Data Acquisition System Based on STM32

Abstract

Early detection of failures in machinery equipments is one of the most important concerns to industry. In order to monitor effective of rotating machinery, we development a micro- system of signal acquisition system based on STM32 in this paper. we have given the whole design scheme of system and the multi-channel vibration signal in axis X, Y and Z of the rotary shaft can be acquired rapidly and display in real-time. Our system has the character of simple structure, low power consumption, miniaturization.

Keywords: STM32; data acquisition; embedded system;mu;C/OS-II;

1. Introduction

The real-time acquisition of vibration in rotating machinery can effectively predict, assess and diagnose equipment operation state, the industry gets vibration data acquisition Rapidly and analysis in real-time can monitor the rotating machinery state and guarantee the safe running of the equipment. In order to prevent failure, reduce maintenance time, improve the economic efficiency, The purpose of fault diagnosis system can detect these devices through the vibration signal acquisition of rotating machinery, and process the data acquisition, then it will make timely judgment of running state of equipment .While the data acquisition module is the core part of the fault diagnosis system [1-4].The practical application in the industrial field, is the equipment operating parameters will be acquired to monitor equipment operating state. In traditional data acquisition systems, the data from acquisition card are generally send into the computer, and specific software will be developed for the data acquisition. The main contribution of this paper has designed the STM32 platform with ARM technology, that has become a traditional mainstream technology in embedded systems, and the collecting data toward the direction of high real-time, multi-parameter, high-precision, while data storage become large capacity, more miniaturization and portable, and the development of multicommunication mode and long-distance for data transmission. So as to meet the actual acquisition system multitasking requirements, this article has designed based on STM32 microcontroller mu;C/OS-II system of signal acquisition system. Therefore, in order to meet the actual acquisition system multitask requirements, this novelty of this article has designed a signal acquisition system in micro-controller mu;C/OS-II based on STM32.

1. Architecture of data acquisition system

Data acquisition as key technology for monitoring equipment, recently a lot of work has been done on it. An embedded parallel data acquisition system based on FPGA is Optimized designed which will make it reasonable to divide and allocate high-speed and low-speed A/D [5]. Instead, it has use a high-speed A/D converter and Stratix II series of FPGA for data collection and processing, in which the main contribution is used of the Compact Peripheral Component Interconnect, the system has the characters of modularization, sturdiness and scalability [6].But remote control will be needed in Special Conditions, this paper introduce the embedded operating system platform based on Windows CE and mu;C/OS-II to design a remote acquisition and control system with the GPRS wireless technology [7-8].In order to achieve the data sharing of multi-user, it has build the embedded dynamic website for data acquisition management and dissemination with the ARM9 and Linux operation system [9].A data collection terminal devices is designed based on ARM7 microprocessor LPC2290 and embedded real-time operating system mu;C/OS-II to solve the real-time acquisition of multichannel small signal and multi-channel transmission[10].On the other hands, two parallel DSP-based system dedicated to the data acquisition on rotating machines, and the inner signal conditioner is used to adapt the sensor output to the input range of the acquisition, and then signal post-processing by the design software, while the most frequently structure is to use DAS and FPGA-based, and such programs are also dependent on the DAS cost.

In order to meet market requirements of low power consumption, low cost, and mobility, Fig.1 in this paper presents the design overall structure diagram of data acquisition system. Through SPI interface, the system gets the data collection with three axis acceleration sensor into the STM32 controller of inner A/D conversion module with 12-bit, this process is non-interfering parallel acquisition. Our system uses 240x400 LCD and touch screen module real-time to display the collected data in real time.

Fig.1 Hardware Framework of System

• 1. STM32 micro-controller

A 32 bit RISC STM32F103VET6, used as the processor in our system, compared with similar products, the STM32F103VET6 work at 72MHZ, with characters of strong performance and low power consumption, real-time and low-cost. The processor includes: 512K FLASH, 64K SRAM, and it will communicate by using five serial ports which contain a CAN bus, a USB2.0 SLAVE mode and a Ethernet interface, what s more two RS232 ports are also included. The system in our paper extend the SST25VF016B serial memory through the SPI bus interface, that will regard as the temporary storage when collect large number of data, furthermore, we have the A/D converter with 12 bits resolution, and the fastest conversion up to 1us, with 3.6 V full-scale of the system. In addition to design of the system power supply circuit, the reset circuit, RTC circuit and GPIO port to assurance system needs and normal operation.

• 1. Data acquisition

The machine state is normal or not is mainly depended on the vibration signal. In this paper, to acquire the vibration data of rotating machinery rotor, we h

全文共29786字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

外文翻译1：

基于STM32的数据采集系统设计

摘要：

机械设备故障的早期检测是工业界最关心的问题之一。为了对旋转机械进行有效的监控，本文开发了一种基于STM32的微信号采集系统。给出了系统的总体设计方案，可快速获取转轴x、y、z的多通道振动信号，并实时显示。该系统具有结构简单、功耗低、小型化等特点。

关键词：STM32，数据采集，嵌入式系统，mu;C/OS-II

1. 引言

旋转机械振动的实时采集能有效地预测、评估和诊断设备运行状态，快速采集振动数据，并进行实时分析，对旋转机械状态进行监测，保证设备的安全运行。为了防止故障，减少维修时间，提高经济效率，故障诊断系统的目的可以通过旋转机械的振动信号采集检测这些设备和过程的数据采集，然后将设备运行情况及时判断，而数据采集模块的故障诊断系统核心部分。在工业现场的实际应用是设备运行参数的获取，用于监控设备运行状态。在传统的数据采集系统中，采集卡采集的数据一般都送入计算机，并开发专门的数据采集软件。本文的主要贡献是设计了以ARM技术的STM32平台，已成为嵌入式系统中传统的主流技术，并收集数据对实时性高、方向多参数、高精度，而数据存储成为大容量、更小型化、便携式、和通信模式和远程数据传输发展。以满足实际采集系统多任务的要求，本文基于STM32微控制器mu;mu;C/OS-II系统信号采集系统的设计。因此，为了满足实际采集系统多任务的要求，这个新颖的文章设计了一个微控制器mu;mu;C/OS-II基于STM32的信号采集系统。

1. 数据采集系统的体系结构

数据采集作为监控设备的关键技术，近年来在这方面做了大量的工作。嵌入式并行数据采集系统基于FPGA的优化设计使它合理的划分和分配低速和高速A／D，相反，它使用一个高速A/D转换器和Stratix II系列的数据采集和处理FPGA，其主要贡献是采用紧凑的外围组件互连，该系统具有模块化的特点，坚固性和可扩展性。但远程控制将在特殊情况下需要，本文介绍了基于Windows CE和mu;mu;C/OS-II嵌入式操作系统平台上设计一个远程采集和控制与GPRS无线技术系统。为了实现多用户共享数据，建立了嵌入式动态网站与ARM9和Linux操作系统的数据采集管理和传播。数据采集终端设备是基于ARM7微处理器LPC2290和嵌入式实时操作系统mu;C/OS-IImu;解决多路小信号和多通道传输的实时采集设计。另一方面，两并行DSP系统专用的数据采集在旋转机器，和内部信号调节器是用来调整传感器的输出对习得的输入范围，然后通过信号处理软件的设计，而最常见的结构是使用DAS和基于FPGA的，而且这些程序也依赖于DAS的成本。

为了满足低功耗、低成本、高机动性的市场需求，本文给出了数据采集系统的总体结构框图。该系统通过SPI接口，将三轴加速度传感器的数据采集到12位内部A/D转换模块的STM32控制器中，实现无干扰并行采集。本系统采用240x400 LCD和触摸屏模块实时采集数据实时显示。

图1.系统硬件框架

• 1. STM32微控制器

一个32位RISC STM32F103VET6，作为系统的处理器，与同类产品相比，时钟频率72MHz时STM32F103VET6，具有性能强、功耗低的特点，实时性和低成本。该处理器包括：512K的闪存，64K SRAM，它将利用五串行端口包括CAN总线通信，一个USB2.0主从模式和一个以太网接口，另外还包括两个RS232端口。本文的系统扩展的SST25VF016B串行存储器通过SPI总线接口，这将作为临时存储在收集大量的数据，而且，我们有12位分辨率的A / D转换器，和最快的转换到微秒，3.6 V的全面系统。除了对系统电源电路设计、复位电路、时钟电路和GPIO口来保证系统正常运行的需要。

• 1. 数据采集

机械状态正常与否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能够从轴X，Y和Z收集数据，无尺度的公司。这种振动加速度传感器具有成本低、体积小、灵敏度高、动态范围大、干扰小等优点。MMA7455L主要由重力传感单元和信号调理电路组成，该传感器会放大微小的数据在信号预处理。

在我们的系统中的数据采集过程中，采样阶段的误差主要是由于量化误差，并取决于A/D转换器的位数，当我们把最大电压为V MAX、AD转换器的位数为N，和量化Q = V max／2N，那么，这量化误差服从均匀分布在[-q/2,q/2]。

(1)

(2)

(3)

(4)

是平均误差，是误方差，是信噪比。

设计的STM32可以建立最多三个12位并行ADC本文理论指标七二分贝和实际动态范围在54到60dB，2或3位受到噪声、测量的动态范围可高达1000倍的60dB。对振动信号的绝大部分，10kHz最大采样率可以满足实际需求，以及采集频率较高的一般是用在8-12位AD，因此这项工作的一个贡献是选择一个内置的12位A/D满足本实验的振动信号的采集和更低的成本的准确性。

• 1. 存储和显示

实时数据采集的需要，设计了系统的64Ktimes;12bit容量的片上SRAM。的过程中，三轴加速度传感器系统连接到SPI接口控制器，它将开始收集数据时采集的请求被接收，然后通过DMA数据传输和存储在SRAM芯片到数据缓冲区已满，它发送一个中断信号到CPU，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、高效地采集原始数据并直观显示。

1. 软件设计
   1. mu;C/OS-II的移植

为了保证数据采集的实时性和安全性，提出了一种源代码开放和小的实时操作系统。它也可以很容易地被砍伐、移植和固化，其基本功能包括任务管理、资源管理、存储管理和系统管理。RTOS嵌入式系统可以支持64个任务，最多56个用户任务，四个最高优先级和最低优先级的任务将被保留在系统中。根据任务的重要性，任务分配优先级，操作系统从优先级序列执行任务，每个任务具有独立优先级。操作系统内核是流线型的，和多任务处理功能以及与其他人相比，它可以移植到处理器，从8位到64-bit.the移植在系统修改三文件系统结构：OS_CPU_C.H OS_CPU.C, OS_CPU_A.ASM。主要移植程序如下：

1. OS_CPU_C.H

它定义了处理器中的数据类型、堆栈的长度和增长方向。因为不同的处理器有不同的字长，所以mu;mu;C/OS-II移植包括一系列的类型定义来保证它的便携性，和修改后的代码如下：

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U;

typedef signed char INT8S;

typedef unsigned short INT16U;

typedef signed short INT16U;

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;

Cortex-M3处理器定义os_enter_critical（）和（）为os_exit_critical打开和关闭中断，他们必须将堆栈的os_stk和CPU登记长度32位。此外，已经定义了堆栈指针os_stk_growth堆栈增长方向从高地址向低地址。

1. OS_CPU.C

根据处理器修改功能ostaskstkinit()，剩下的九的用户界面功能和钩子函数可以没有特殊要求，是空的，他们会产生代码，这些功能只有当os_cpu_hooks_en设置为1在os_cfg文件。H.堆栈初始化函数OSTaskStkInit（）返回堆栈指针的最新。

OS_CPU_A.ASM

大部分移植工作都是在这些文档中完成的，并修改以下功能。

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，那么任务过程中由用户创建的启动控制过程。

OSCtxSw（）是任务切换，当当前的任务就绪队列中优先级更高的任务，CPU将开始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（）具有相似的功能与OSIntSw（），以保证系统的实时性能，它将运行的高优先级的任务直接当中断来，不存储当前任务。

OSTickISR（）是用来处理时钟中断，需要中断调度实现当一个高优先级的任务在等待时钟信号。

os_cpu_sr_save（）和（）os_cpu_sr_restore完成开关中断而进入和离开关键代码的功能os_enter_critical临界保护功能实现（）和（）os_exit_critical。

上述工作完成后，mu;C/OS-II可以运行在处理器。

• 1. 软件架构

图2显示系统的软件体系结构，从而显示数据的可视化，mu;C / gui3.90和mu;mu;C/OS-II移植到系统，我们的系统包含六个任务包括数据采集、数据传输、LCD显示、触摸屏驱动、按键管理和mu;C／GUI界面。首先，我们应该根据优先级确定任务优先级和任务调度。它需要完成所需的驱动程序设计在数据采集，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，和LCD的初始化。过程是信道模块发送采集命令的AD通道，然后通知接收器模块已经寄样品开始命令，接收模块准备接收大数据将存储在存储模块的第一采样完成后，通道模块将采样接收机模块的完整命令，接收端发送一个中断请求的存储模块停止存储数据，然后将数据在液晶触摸屏显示。图3为所示的数据采集过程。

图2.系统软件结构

图3.数据采集流程图

1. 实践

嵌入式系统的实验已经完成，数据采集来自MMA7455L加速度，这是安装在旋转机械台。数据采集显示如图4和图5所示，系统可以选择三个通道从X的三个方向采集振动信号，Y和Z轴，和本文的采样频率为5kHz，我们采集振动信号从非均衡状态的正常状态，在相同的信道。结果表明，该系统能实时显示数据，快速预测初步诊断结果。

图4.普通数据采集 图5.不平衡数据采集

1. 结论

本文针对旋转机械中发生的高频机械故障，设计了一种嵌入式实时信号采集系统。该系统以低成本单片机为基础，采用低成本、高灵敏度的三轴加速度传感器采集振动信号，并从X轴、Y轴、Z轴采集数据，设计了系统硬件结构，分析了数据采集模块的工作原理。该系统mu;mu;C/OS-II实现数据的任务管理和调度，并与结构和低成本的压缩，更重要的是该系统采集的振动信号分析在旋转机械实时，然后迅速给出诊断结果。

外文翻译2：

基于STM32的无刷直流电机驱动系统的设计

摘要：

无刷直流电机作为机电一体化产品，具有可控性好、调速范围宽等优点。根据其特点，基于STM32F103ZET6单片机的无刷直流电机控制系统的设计与实现，并对控制系统进行了分析和讨论。采用GPIO模块、PWM模块、定时器模块、等，再加上高效的PID算法，该系统的三个主要功能已经实现，如启停控制、位置检测和闭环调速。实验结果表明，该控制系统成本低，性价比高。

关键词：无刷直流电机，STM32F103ZET6，PID算法

1. 引言

无刷直流电机是随着半导体技术的发展而出现的一种新型机电一体化技术。它是现代电子技术、控制理论和电机技术的结合。由于市场需求的增长，无刷直流电机在自动化设备、航空航天、汽车、电子、医疗设备、办公自动化和日常生活等领域得到了广泛的应用。无刷直流电动机可以看作是一个定子和转子反转的直流电动机。相对于无刷直流电机，电机没有电刷和换向器的火花磨损问题，不需要经常维护。本实用新型具有速度快、效率高、能耗低、噪音低、使用寿命长、可靠性高、伺服控制、无级变频调速、成本相对较低、使用方便等优点。这些优点使其得到迅速发展和普及，已成为最具发展前景的汽车产品。

根据无刷直流电动机的工作原理，换相瞬间由转子位置决定。目前已有两种获取转子位置信号的技术。第一种技术是无位置传感器控制技术的应用，其重点是研究各种间接转子位置检测方法，而不是直接安装转子位置传感器来提供转子位置磁场信息。实际上，无传感器技术增加了控制的复杂性，从

全文共8628字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[15593]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 看边界：边界感知面部对齐算外文翻译资料
• 看边界：边界感知面部对齐算外文翻译资料
• 一种支持分布式正态智能监控的多代理体系结构外文翻译资料
• 增强的无线局域网协作MAC外文翻译资料
• 近眼显示器的绝对辐射和光度测量外文翻译资料
• 红外遥控系统外文翻译资料
• 一幅单一图像中雨滴去除的专注生成对抗性网络外文翻译资料
• 深度残差学习在图像识别中的应用外文翻译资料
• 低成本，便携式室内环境质量监测装置的设计与开发外文翻译资料
• 使用基于查询蓝牙的RSSI概率分布进行室内定位外文翻译资料