- 基于STM32數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)

　　2.3 開關(guān)量輸入接口電路

　　開關(guān)量輸入接口主要用于采集外部開關(guān)量信號，此部分電路使用TLP521 光耦進(jìn)行隔離，保證信號采樣電路的安全性，同時(shí)可減小電路干擾。開關(guān)量信號從IN 輸入，COM 為信號輸入公共端。開關(guān)量信號經(jīng)光耦輸出至STM32 的GPIO 口，實(shí)現(xiàn)對外部開關(guān)量信號的檢測。

　　2.4 電壓電流信號采樣接口電路

　　傳感器將非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號，STM32F101自帶AD 轉(zhuǎn)換通道允許輸入電壓范圍為0-3.3V，因此傳感器輸出信號需經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)整到AD 通道有效采樣電壓范圍。本課題的設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集卡可采樣DC0-5V 電壓信號和DC4-20mA 電流信號，使用HCNR201 線性光耦進(jìn)行隔離，輸出跟隨輸入變化，線性度較好，保證了信號采樣的準(zhǔn)確性。

　　電壓信號采樣接口電路輸入電壓范圍為DC0-5V， 輸入電壓經(jīng)電阻R1A 和R1B 分壓后經(jīng)電阻R63 輸入至運(yùn)放U30A反相端，電容C107 構(gòu)成反饋電容，主要用來消除噪聲和干擾。運(yùn)放U30A 在此處構(gòu)成比較器，當(dāng)有外部電壓信號接入時(shí)，U30A 的1 端輸出低電平，線性光耦HCNR201 的LED 發(fā)光，當(dāng)光照到PD1、PD2 時(shí)分別形成通路，線性光耦主要實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和隔離，經(jīng)過線性光耦輸出的電流信號通過運(yùn)放U31B 構(gòu)成的電路形成電壓信號，經(jīng)過U31B 輸出的電壓信號經(jīng)過運(yùn)放U31A 構(gòu)成的3.3V 限幅電路，將輸出電壓限定在0-3.3V 范圍內(nèi)，以保證STM32F101 的AD 通道采集到正常的電壓信號。

　　2.5 RS485 通信接口電路

　　RS485 通信主要實(shí)現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)傳輸，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯ㄐ诺募嫒菪裕谟布O(shè)計(jì)上使用SP3485 作為收發(fā)控制器，同時(shí)使用TLP521 光耦進(jìn)行隔離，保證數(shù)據(jù)采集卡硬件通信的安全；在軟件設(shè)計(jì)上使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS 協(xié)議作為RS485 通信規(guī)約，保證系統(tǒng)良好的兼容性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

　　3. 軟件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集器軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化編程，主程序流程圖主要包括關(guān)中斷、各功能模塊初始化、開相關(guān)中斷、看門狗定時(shí)、開關(guān)量輸入采集、AD 采樣處理、RS485 通信數(shù)據(jù)處理和定時(shí)喂狗；主程序流程圖如圖6 所示。

　　4 結(jié)語

　　通過Multism 對電壓信號采樣電路進(jìn)行仿真，采樣輸入信號接入示波器A 通道，電壓幅值范圍為DC0-5V，輸入信號經(jīng)過電壓信號處理電路后輸出電壓信號輸入示波器B 通道，當(dāng)輸入電壓為100mV時(shí)，經(jīng)過電壓信號處理電路輸出電壓為101.541mV ;當(dāng)輸入電壓為3.28V 時(shí)，經(jīng)過電壓信號處理電路輸出電壓為3.28V ;當(dāng)輸入電壓為5V 時(shí)，經(jīng)過3.3V 限幅電路后電壓被鉗在3.3V，由仿真圖觀察可知，HCNR201 具有良好的線性度，保證了數(shù)據(jù)采樣的精度。