基于STM32单片机的数据采集系统.docx

基于STM32单片机的数据采集系统.docx

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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.LED×4，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10KΩ

7.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

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FlashLoaderDemonstrator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。

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：

按键处理任务：

显示任务：

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：

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：

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。

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