基于STM32的无线网络数据采集系统设计及应用

徐文文

（上海市公用事业学校，上海200030）

0 引言

数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或电量信号，送到上位机中进行显示、分析和处理。被采集数据是已被转换为电信号的各种物理量，如温度、湿度、光线、声音、火焰等，可以是模拟量，也可以是数字量。其是以传感器技术、微处理器技术、通信技术等为基础而形成的综合应用技术，是获取信息的基本手段。近年来，随着科学技术的飞速发展，尤其是通信技术、计算机技术和传感器技术的长足发展，对数据采集技术提出了更新、更高的要求。准确的数据量测是数据采集的基础。随着嵌入式技术的迅猛发展，基于ARM的数据采集系统具有高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便等优点。而无线网络通信的数据采集系统具有不受空间、时间影响，成本低，安装方便，易维护，效率高等优点。简而言之，基于无线网络的数据采集是数据采集技术发展的必然趋势［1］。

1 无线网络数据采集系统的方案设计

本无线网络数据采集系统为独立采集设备，不需要内置于计算机中，其控制核心采用32位ARM处理器STM32F103VC，实现对采集信号的响应，液晶屏可显示数据和运行状态等，结合无线网络通信模块，将通讯协议嵌入微处理器中，通过采集器的无线模块和无线路由器实现 WIFI远程数据传输至上位机显示，供用户查看、分析。

该系统选用的处理器是意法半导体推出的增强型系列处理器STM32F103VC。该处理器主频为72MHz，带有16通道的12位A／D转换器、片内RAM和串口RS232接口等丰富的外设［2］。本数据采集系统仅需一片该处理器和部分外围电路即可完成采集与传输功能，电路结构简单紧凑。无线传输通过串口连接无线网卡，通过WIFI实现与上位机的无线通讯。

2 硬件设计

2.1 电源电路设计

本数据采集系统的电源电路原理：＋24V恒定直流电源经电容滤波，进入DC－DC降压电源模块KIS3R33后降压为＋4V，进入AMS1117－3.3电源稳压芯片，得到＋3.3V的稳定电压输出后供给ARM核心控制模块和其余部分电路使用；再进入AMS1117－1.2电源稳压芯片，得到＋1.2V的稳定电压输出后供给显卡芯片使用。IN4148是为了防止输出端并接高于本稳压模块的输出电压而烧坏稳压芯片AMS1117－1.2而特别设计的，达到了可靠性电源设计的目的。系统采用双电源供电，提供了系统正常工作所需的电源电压［3］。

2.2 温湿度采集模块设计

系统集成设计了DHT11数字式温湿度传感器［4］，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。超小的体积，极低的功耗，信号传输距离可达20m以上，使其成为各类应用场合的最佳选择。微处理器STM32F103VC内部带有16通道的12位A／D转换器，因此采集信号不管是数字量还是模拟量，经光电隔离后可以直接经ARM处理来采集温湿度数据。

2.3 LCD模块设计

液晶屏采用群创AT070TN92型号，该7寸液晶屏适用于仪器仪表、广告显示、工业控制等，其显示效果逼真、性能稳定。LCD屏是数据采集系统人机交互界面的物理基础，主控单元ARM对其控制需要显卡芯片SSD1963和触摸芯片TSC2046等。

2.4 RS232串口通讯模块设计

采用MAX3232串口芯片可把串口RS232信号电平转TTL信号电平，实现串口通讯，其电路设计如图1所示。该串口芯片采用专有的低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0～5.5V电源供电时能够实现真正的RS232性能，器件仅需4个0.1μF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232可以确保在120kb／s数据速率下维持RS232输出电平，具有两路接收器和驱动器［5］。

图1 串口芯片硬件设置

2.5 无线WIFI通讯模块设计

无线网络通讯模块采用深圳海凌科电子的HLK－RM04［6］，基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP／IP协议栈，能够实现串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的转换。HLK－RM04＿CONFIG是通过串口配置模块的工具。

3 数据采集系统软件配置及硬件调试

数据采集系统不仅需要硬件设置，还需要软件的相应配置才能调试好硬件，使系统正常工作。硬件电路的调试与硬件设计和软件配置息息相关。在硬件设计时必须确保所有的元器件都设计正确后方可把元器件焊接上进行调试。软件配置和硬件调试基于Keil uVision4软件以及相应的SWD仿真器、万用表等等，系统硬件包括电源电路、串口电路、网络电路、液晶屏显示及触摸电路、数据采集部分电路等。

4 上位机应用软件设计

数据采集系统采集的数据经WIFI无线网络传输至上位机显示在应用软件界面上。上位机的应用软件采用Visual Basic开发。本系统可将数据采集器的液晶屏上显示的温度、湿度等采集数据经WIFI传输显示在上位机应用软件的文本框中，还可实现对采集器执行元件的反向控制功能。

5 结语

本无线网络数据采集系统经过采集温度、湿度的实践应用测试，整个系统工作正常，达到了预期效果，满足数据采集控制与数据无线传输的功能，其与无线通讯的结合安装维护方便、成本降低、效率提高，是发展的必然趋势。

［1］李静，黄峥.无线数据采集系统设计［J］.中北大学学报：自然科学版，2010，31（2）：178－182.

［2］意法半导体.STM32F103VC数据手册［Z］.

［3］陈东升，王啸，李宗方.基于STM32的数据采集模块的设计及应用［C］／／2009年全国虚拟仪器大会论文集（二）.2009.

［4］数字温湿度传感器DH11芯片资料［Z］.

［5］MAX3232串口芯片资料［Z］.

［6］HLK－RM04用户手册［Z］.