數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)一種基于STM32和CPLD的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、顯示和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集過(guò)程由CPLD控制，采用Verilog HDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)輸入通道選通和A／D采集控制程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)的濾波、放大、轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)的采集；在STM32中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、傳輸，并在PC機(jī)中開發(fā)上層數(shù)據(jù)管理軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)顯示的要求，電路設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、可靠性高，能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
關(guān)鍵詞：STM32；CPLD；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理

0 引言
隨著自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟和發(fā)展，以及它們和傳統(tǒng)工業(yè)的結(jié)合，加工設(shè)備的自動(dòng)化程度有了大幅度的提高，各種控制設(shè)備與控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，大大提高了加工制造的效率，當(dāng)然這種高效的生產(chǎn)對(duì)檢測(cè)量的精確性和實(shí)時(shí)性也提出了更高的要求，而依靠傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法(即由操作工人憑借簡(jiǎn)易測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量)已無(wú)法滿足這種要求。
目前，生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)采集手段主要有便攜式檢測(cè)儀和在線檢測(cè)系統(tǒng)，采用便攜式儀器需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，采集到的數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)反映設(shè)備加工的狀態(tài)，具有一定局限性；一般的在線檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)單一，不能滿足多成分分析的需要；對(duì)于一些大型的在線檢測(cè)系統(tǒng)，雖然能滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)和精度要求，但系統(tǒng)體積龐大、投資多、難以推廣使用，并且國(guó)內(nèi)很多在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)缺乏綜合利用和管理，不能很好地為工藝和裝置的優(yōu)化節(jié)能及節(jié)能減耗改造服務(wù)。因此開發(fā)出具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸?shù)裙δ艿脑诰€數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是十分必要的。

1 系統(tǒng)的整體方案與工作原理
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于CPLD和STM32的弱信號(hào)采集電路，可用于各種弱信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用研究中，整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)濾波、信號(hào)放大、數(shù)據(jù)采樣處理和主計(jì)算機(jī)傳輸接口等組成。信號(hào)濾波防止信號(hào)產(chǎn)生“混疊現(xiàn)象”；信號(hào)放大對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使信號(hào)在A／D轉(zhuǎn)換能夠轉(zhuǎn)換的電壓范圍內(nèi)，以滿足采樣的要求；數(shù)據(jù)采樣處理完成模擬信號(hào)的采樣保持和數(shù)字化；與主計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接口，將數(shù)據(jù)上傳給計(jì)算機(jī)，滿足信號(hào)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示等。數(shù)據(jù)采集電路板硬件功能模塊構(gòu)成如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)預(yù)處理、信號(hào)采集和數(shù)據(jù)傳輸三大模塊組成，其中信號(hào)預(yù)處理進(jìn)行信號(hào)濾波、信號(hào)放大，預(yù)處理模塊由MC1558，MC1556等組成；信號(hào)采集進(jìn)行信號(hào)選通、A／D轉(zhuǎn)換；信號(hào)采集模塊由AD508、A／D轉(zhuǎn)換芯片、CPLD組成；數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)的軟件濾波、通過(guò)通信口與上位機(jī)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)傳輸由STM32芯片、信號(hào)輸出接口模塊組成。