2022年2022年基于STM单片机的数据采集系统 .pdf

1 课程设计要求基于 STM32 单片机实现一个数据采集系统，具有数据采集、显示、传输、存储、分析这几个功能。具体为以下几个功能：一、系统上电启动，4个 LED灯闪烁 1秒，OLED 屏显示学号、姓名和杭电 LOGO，保持 1 秒后进入主界面，显示系统名称和功能菜单。通过K1/K2 上下选择功能，K3确定进入功能界面。在所有功能界面，默认K4返回主界面。二、功能 1 为系统测试界面，4 个 LED灯显示流水灯，OLED 屏以图形方式显示测试内容，内容包括4 个 LED灯状态、4 个按键状态、AD采样数据、陀螺仪传感器原始数据。单页显示不下时通过K1、K2上下翻页。LED与按键状态可用图形或图片进行显示，AD采样数据以及 MPU6050 数据可使用柱状图结合文字显示。三、功能 2 为陀螺仪姿态解算界面，OLED 显示内容为解算出的MPU6050 姿态角数据（pitch 俯仰角、roll横滚角和 yaw航向角），精确 0.1，并能以其中的某个角度控制4 个 LED灯的亮度（100%-0%亮度可调）。四、功能 3 为数据传输界面，除了定时向两个串口发送数据，OLED 显示内容为：定时发送时间间隔（0.01-1 秒）、发送数据格式、发送计数（累计发送数据帧）、接收字节计数。可使用 K1调整发送时间间隔，K2切换上传数据格式，K3启动或暂停上传数据。五、设计安卓移动端 APP软件，能接受单片机通过蓝牙模块上传的数据，并提取出数据帧中的有效数据显示在设备界面中。显示内容包括：4 个 LED灯状态、4 个按键状态、AD采样数据或采样电压值、陀螺仪6 轴原始数据及解算姿态角度。六、没有安卓设备的同学，可用PC 端自编软件替代，接收单片机通过USB串口上传的数据，完成第五项内容要求。2 系统方案设计（框图、原理图）硬件系统组成：1.单片机：STM32F103C8T6，8MHz 晶振2.USB转串口芯片：PL2303SA 3.LDO电源：AMS1117，5V输入 3.3V 输出4.LED4，加 1 个电源显示5.按键 4，加 1 个复位按键6.精密可调电阻 10K7.IIC接口 6 轴陀螺仪传感器：MPU-6050 8.IIC接口 0.96 寸 128x64 点阵单色 OLED 9.HC05蓝牙 2.0 通信模块名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -在此处键入 1 系统框图：通过 AD软件绘制原理图：软件系统：1.STM32 开发的集成开发环境（IDE）：KEIL（ARM）公司提供的 MDK 2.采用 HAL+STM32CubeMX 的组合来替代寄存器操作或者使用标准外设库的开名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -在此处键入 2 发方式3.STM32 的软件调试下载，常见的方法有串口ISP 下载和调试器（仿真器）下载两种。串口 ISP 下载需要引出单片机的 BOOT0、BOOT1 和串口 1，下载时将BOOT0 拉高，BOOT1 拉低，PC 机通过一根 USB 转串口线连到单片机的串口1 进行下载。有的电子系统直接将 USB 转串口线的功能集成在电路板上，PC 机进行ISP下载时就只需要一根 USB 线就可以了。STM32 常用的 ISP下载工具有ST 公司官方的 Flash Loader Demonstrator 和第三方的 mcuisp、FlyMcu、sscom 等工具软件。这里我们采用sscom 软件进行串口 ISP下载。3 软件设计（软件功能框图、各模块流程图）采用 FreeRTOS，将功能划分为多个任务，每个任务负责实现其中的一部分，每个任务都是一个很简单的程序，通常是一个死循环。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -在此处键入 3 使用 FreeRTOS 开启三个任务实现数据采集、上传、按键动作和界面显示等综合功能，主任务负责MPU6050 数据采集和数据上传、按键任务负责按键扫描和按键动作处理、显示任务负责OLED 屏幕显示刷新。数据采集和上传任务：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 11 页 -在此处键入 4 按键处理任务：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -在此处键入 5 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 11 页 -在此处键入 6 显示任务：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -在此处键入 7 初始启动 LOGO 姓名学号功能在显示任务中实现，之后进入界面选择的循环程序中等待按键选择。功能1 流水灯在按键任务中实现，调用RunLsd()函数；状态和数据显示在DrawScreen1函数中实现；功能 2 在 DrawScreen2中实现，并使用航向角为参数调用SetPWMLight函数调节LED亮度；功能 3在 DrawScreen3函数中将数据采集处理任务中得到的数据传输信息显示在OLED 上。数据采集上传流程：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 11 页 -在此处键入 8 4 功能测试以达到三个基本功能要求，并完成PC端上位机接收单片机通过串口上传数据。功能 1：功能 2：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11 页 -在此处键入 9 功能 3：上位机测试：5 课程反馈在开始的几天，安装好软件，做好准备工作，通过对测试例程学习，比较好地学习 STM32 的各模块的开发，再学习了大的系统工程的流程结构，更加合理有效地设计出单片机软件系统，再学习上位机的开发，循序渐进，对这门课有更好的认名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 11 页 -在此处键入 10 识。通过这几天的学习，我了解了 Keil、cube、Qt 等软件的使用，学习了 STM32的开发流程以及整个电子系统设计的流程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 11 页 -