في مجال التحكم الصناعي الحديث، ويستخدم RS232، RS485، واجهة الحافلة CAN، وما إلى ذلك في المجال الصناعي على نطاق واسع . في كثير من الحالات، ويرجع ذلك إلى أشكال مختلفة من البيانات أجهزة المعالجة، واجهة الاتصالات تختلف، لذلك مجموعة متنوعة من المحولات الحصول على البيانات ظهرت، ولكن يبدو عادة فقط بين حافلتين في السوق العديد من تحويل تنسيق البيانات تحويل، من الصعب التكيف مع المجمع حيث الحافلة المنفذ ، والمصممة لهذه المادة، لوحة متعددة المصادر للحصول على البيانات، وهو STM32F429 باعتبارها جوهر، من RS232 متعدد القنوات، RS485، حافلة CAN، وبيانات الإرسال والاستقبال واجهة GPIO وظيفة التكوين إضافية GPS / وحدة BD على متن الطائرة، لتلبية احتياجات المستخدمين لعدد وافر من مختلف بيانات الجهاز واجهات الاتصال الاستحواذ ووقت عرض المعلومات الجغرافي.

1 بنية النظام العامة

مجلس اكتساب متعدد مصدر البيانات التي تتكون أساسا من الدوائر الأساسية STM32، 2 واجهة حافلة CAN، وهما RS485 واجهات، واجهة RS2324، 8 الإدخال / الإخراج 8 منافذ GPIO، على متن وحدة GPS / BD والدوائر امدادات الطاقة. مجلس اكتساب متعدد مصدر البيانات بنية الأجهزة هو مبين في الشكل (1).

STM32 كمصدر متعددة النواة من الحصول على البيانات والتحكم عن، والضوابط واجهة ناقل الاتصالات ألمع تنسيق بيانات الإرسال والاستقبال، وعلى التفاعل مع الكمبيوتر المضيف، الكمبيوتر المضيف محطة الجهاز الحصول على البيانات، ووظائف التحكم العرض؛ رقم CAN حافلة كل مستقل، على كل جانب من واجهات خط والاتصالات معدل في حدود 500 كيلو بايت / ثانية ~ 1 ميجا بايت / ثانية في بطاقة، 2 حافلة RS485 مستقلة، وبالباود 9600 ب / ث إلى 115200 ب / ث قد يكون التكوين، يمكن تركيبه وافر من أجهزة الاستشعار التواصل حافلة RS485، وتقع في الجانب الأيسر من لوحة (4)؛ RS232 واجهة، الباود 9600 ب / ث إلى 230400 ب / ث الجانبين قابل للتعديل، اليمنى واليسرى من كل مرور 2 واجهة مستقلة، ميناء GPIO 16، إخراج الأيسر 8، على الجانب الأيمن هو 8 المدخلات؛ GPS / BD وحدة اكتساب لاستكمال الاتصالات من معدل المعلومات الموقع الجغرافي قد يتم تكوين 9600 ~ 115200 ب / ث، وتيرة تحديث البيانات 1 ~ 20 هرتز شكلي، تضم 12 V الدائرة امدادات الطاقة التبديل 5 V و 12 V و 12 V 3.3 V بدوره الدوران 24 V ثلاثة أجزاء.

2 تصميم أجهزة النظام

2.1 STM32 تصميم الدوائر الأساسية

المختار متحكم جزء STM32F429ZIT6، والذي يستخدم عالية الأداء ARM Coetex-M432 بت جزءا لا يتجزأ من تردد RISC التشغيل الأساسية تصل إلى 180 ميغاهيرتز، والمدمج في 2 MB من ذاكرة فلاش 256 KB SRAM، غنية تعزيز I / O الموانئ ويقترن لاثنين من الأجهزة الطرفية حافلة APB، يحتوي على اثنين من ADC 12، ثلاثة للأغراض العامة توقيت 16 بت، وثلاثة I2C وSPI، 4USARTs / 4 من UARTs واثنين CAN الاتصالات واجهة . حيث متطلبات الاتصالات ما لا يقل عن المجلس سبع مع اثنين من حافلة CAN التسلسلية. وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم رقاقة 1.7 ~ 3.6 V منخفضة الجهد امدادات الطاقة، ويدعم ثلاث النوم، والاستعداد، وقوة وضع أسفل، وانخفاض الطاقة، والأداء في الوقت الحقيقي وغيرها من المزايا. التكوين الأساسي الدائرة هو مبين في الشكل 2.

وتضم الدوائر الأساسية STM32F429 وإعادة تعيين الدائرة، دائرة مذبذب، BOOT الدائرة بداية التصحيح وتحميل واجهة الدائرة. حيث الدائرة إعادة استخدام سحب ما يصل المقاوم 10 أوم الطريقة، عندما الاكتئاب على الزر، RESET وتحولت، وتنتج مستوى منخفض لتحقيق إعادة؛ النظام STM32 لأعلى سرعة المعالجة، وذلك باستخدام 25 ميغاهرتز مذبذب الكريستال حلبة السلبي وضوح الشمس؛ يتم تنشيط الدائرة التمهيد STM32 لتحديد الطريقة التي، حيث تقدم للمستخدم مع التمهيد من ذاكرة التمهيد فلاش جزءا لا يتجزأ من SRAM، ووضع البداية الافتراضية للالسابق، يمكن اختيار باستخدام الطائر، يتم تحديد طريقة التحميل واجهة التصحيح إدارة الرعاية الاجتماعية، والتي هي 2-خط الاتصال التسلسلي، إلا أن دبوس الرصاص، لتوفير مساحة.

2.2 CAN تصميم واجهة الناقل

وتستخدم حافلة CAN نظرا لأدائها العالي، وموثوقية عالية وتصميم مستقل، والتحكم الصناعي نظم على نطاق واسع في . منذ STM32 الداخلي متكاملة تحكم CAN حافلة، وذلك فقط دائرة CAN حافلة جهاز الإرسال والاستقبال الخارجي يمكن الاتصال. سلسلة TD321SCAN التي تم اختيارها هنا مصلحة الارصاد الجوية احدة عالمية حدة العزلة CAN الإرسال والاستقبال، وهو استخدام التكنولوجيا المتكاملة IC والعزلة إمدادات الطاقة، والعزلة إشارة، جهاز الإرسال والاستقبال CAN الحافلات والحماية في CAN واحد وحدة الإرسال والاستقبال حافلة يمكن أن تتحقق 3000 V DC العزل الكهربائي، بالباود في حدود 5 كيلو بايت / ثانية ~ 1 ميجا بايت / ثانية؛ كبيرة لتلبية متطلبات مؤشر الصف الصناعية. وحدة العرض +3.3 V، واجهة بين STM32 والربط السلس، له ميزة انخفاض استهلاك الطاقة. وعلاوة على ذلك، من أجل تحسين موثوقية ناقل الاتصالات، يتم إضافة وحدة في الخارجية دائرة حماية موجة الميناء، عندما يتم تطبيق وحدة إلى البيئات الميدانية أكثر قاسية، مثل التدخل المغناطيسي عالية، وارتفاع البرق الطاقة وهلم جرا، يمكنك حماية وحدة من التلف . CAN واجهة الحافلة الدائرة هو مبين في الشكل (3).

تصميم الحافلة 2.3 RS485

في هذه الدائرة، واستخدام SMD TD321S485H-A سلسلة RS485 عزل وحدات واحدة عالية السرعة الإرسال والاستقبال (التحويل التلقائي)، الذي يهدف إلى تحويل بروتوكول مستوى المنطق RS485 مستوى الفرق، والعزلة إشارة وظيفة الأساسي. وحدة العرض +3.3 V، وبالباود تصل إلى 500 كيلو بايت / ثانية، لتلبية المتطلبات. وبالمثل، وحدة الدائرة الواقية الخارجي يضيف الميناء، هو تصاعد القامع، فإنه يمكن استخدام إشارة SP00S12 في مختلف أنظمة نقل الإشارات، البرق كبت، زيادة عدد القوات، وغيرها من إشارة ضارة الإفراط في الجهد، وميناء إشارة من جهاز حماية، مناسبة خاصة ترتفع مجال حماية CAN الاتصالات، RS-485، وما شابه ذلك. وهكذا، يمكن الموثوقية حدد على نحو فعال SP00S12 RS485 الحافلة الاتصالات. الدائرة حافلة RS485 كما هو مبين في الشكل.

2.4 تصميم واجهة RS232

الدائرة اجهة يستخدم RSM232D نموذج RS-232 معزولة مزدوجة استقبال، والذي يدعم 3.15 V ~ 5.25 V واسعة امدادات الطاقة المدخلات الجهد، وبالباود تصل إلى 235 كيلو بايت / ثانية. مقارنة مع رقاقة RS232 العاديين أن التداخل الكهرومغناطيسي EMS العزلة عالية للغاية الجهد 2500 V DC. منذ حدة TOUT الداخلي / RIN لا EDS جهاز حماية خط، عند تطبيقه على حالة البيئة القاسية نسبيا، قد يتسبب الاتصالات عدم الاستقرار. وهكذا، في كتلة TOUT / تطبيق RIN إلى نهاية برقية TVS، وإدارة الألغام، محمية الملتوية ونقطة واحدة تأريض تدابير الحماية نفس الشبكة بشكل فعال لحماية ميناء RS232 الحافلة. الدائرة تحديدا هو مبين في الشكل (5).

2.5 تصميم ميناء GPIO

وتنقسم 8 منافذ GPIO المدخلات، 8 منافذ الإخراج، 5 ~ 24 V لمنطق عالية الجهد، 0 ~ 5 V الجهد المنخفض المنطق. من الواضح أنها لا تتطابق مع مستوى السلطة مع مستوى MCU، وتحويل مستوى الجهد المطلوب رقاقة التحويل. وبالنظر إلى استقرار الموانئ وميناء يستخدم صغير الحجم TLP127 optocoupler رقاقة، في حين يتم الانتهاء من تحويل الجهد، ولكن أيضا لتحقيق العزل الكهربائي. وعلاوة على ذلك، TLP127 يدمج عالية الجهد دارلينجتون منفذ إخراج قيمة ضغط يصل إلى 300 V DC، بينما هو 150 مللي أمبير كحد أقصى الانتاج الحالي جيم القيادة مع قوية والعزلة. GPIO منافذ الإدخال والإخراج العزلة الدائرة 6 هو مبين في الشكل.

2.6 GPS / BD تصميم وحدة

وحدة رئيسية لاكتساب المعلومات GPS الموقع، وأحيلت إلى STM32 لمعالجة. وهناك العديد من الأسواق الرئيسية في وحدة GPS / BD ، مثل ATK-NEO-6M، ATK-1218-BD وما شابه ذلك. وعلى سبيل المقارنة، وحدات ATK-1218-BD على معدل تحديث البيانات، ومعدل بود، ودقة تحديد المواقع وغيرها من الممتلكات هي أفضل من وحدات أخرى، حتى أن وحدة التحديد إلى المعلومات استخراج الموقع. ATK-1218-BD هي عالية الأداء GPS / بيدو وضع مزدوج وحدة موقع متوافق مع +3.3 V / 5 V نظام متحكم، ودقة تحديد المواقع من 2.5 mCEP، ومعدل تحديث البيانات 1 ~ 20 هرتز، التسلسلي بالباود الاتصالات 4800 ~ 230400 نقطة أساس شكلي. وعلاوة على ذلك، قابلة للشحن وحدة بطارية احتياطية تأتي، يمكن للبيانات التقويم الفلكي تتذكر أن يكون .

ATK-1218-BD حدة باستخدام واجهة التواصل مع وضع جهاز خارجي UART (المسلسل)، / كانت إخراج GPS البيانات بيدو NMKA0183 بروتوكول ، وبروتوكول التحكم SkyTraq. قبل هكذا الاستخدام، ويتطلب استخدام برنامج GNSS_Viewer SKyTraq المقدمة من معدل تحديث وحدة التكوين، بالباود وغيرها من المعالم. توصيل وحدة مع تجسيد متحكم هو مبين في الشكل.

2.7 تصميم الدوائر امدادات الطاقة

متطلبات الطاقة لكل وحدة الميناء وMCU و 12 V العاملة احتياجات الطاقة يمكن تحويلها إلى +3.3 V، + 5 V، V + 24 امدادات الطاقة العزلة. من أجل تحسين كفاءة الطاقة تحويل، وتقليل الخسائر الحرارة، وإمدادات الطاقة تنحى التحول باستخدام المدمج في IC رقاقة MP1584 عالية الجهد MOSFET عالية الطاقة، واسعة مساهمة الجهد 4.5 V ~ 48 V DC، والحد الأقصى الانتاج الحالي لمدة تصل إلى 3 A، انتاج التيار الكهربائي يمكن تعديلها لإعطاء المقاوم مطابقة +3.3 V، + 5 V، وتستخدم على التوالي المدخلات وتصفية إخراج المكثفات MLCC مكثف تموج يمكن تقليل التدخل. عزل التيار الكهربائي الناتج +24 V محطة GPIO تستخدم أساسا في الناتج المستوى المرجعي، مع الأخذ بعين الاعتبار حجم صغير، ومتطلبات الطاقة، واختيار العزلة B1224_XT-2WR2 رقاقة، والتي يمكن أن تكون معزولة دفعة الجهد 12 فولت إلى 24 فولت، والمدخلات والمخرجات العزلة الجهد من 1500 V DC، كفاءة 84، الدائرة المحيطية هي بسيطة، فقط اثنين من المرشحات مكثف. تكوين الدائرة امدادات الطاقة كما هو مبين في الشكل.

3 تصميم برامج النظام

3.1 البرمجة تحليل

تصميم KEIL MDK5 بيئة تطوير البرمجيات، ونظام التشغيل هو Windows 7. يستخدم ثنائي النواة 32 بت تردد ARM اللحاء-M4 الأساسية STM32F429ZIT6 رقاقة تصل إلى 180 ميغاهيرتز، طالما أن هيكل البرنامج بشكل جيد، يمكن منافذ بطاقات عبء العمل كاملة، لا تزال تعمل في حالة مستقرة.

3.2 تدفق برنامج اختبار

وحدات برنامج تصميم MCU، وتشمل الوحدات الرئيسية وحدة التهيئة، يبدأ وحدة الرقابة، ولكل بروتوكول الاتصالات حدة المقاطعة، والموقت المقاطعة تجهيز وحدة وحدة البرنامج الرئيسية. نظرا لضيق المساحة، بالنسبة للجزء الرئيسي من البرنامج تحليل الرئيس التالي، والروتيني تدفق الرسم البياني الرئيسي كما هو مبين في الشكل.

النظام أولا بدء تشغيل البرنامج المنهجي، تكوين بالباود لكل منفذ الحافلات والأولوية المقاطعة، تهيئة ميناء GPIO وحدة GPS / BD وتعيين الوكالة الدولية للطاقة. ثم كل أنواع العلم التهيئة لبدء الوكالة الدولية للطاقة المقاطعة روتين. منذ حافلة نقل البيانات الأجهزة المصافحة، يتم تحديد نقل البيانات ثنائية الاتجاه تعتمد على وصول واردة إشارة استجابة المقاطعة أو البيانات، لضمان البيانات العادية في حافلات مختلفة، شفافة، انتقال يمكن الاعتماد عليها. لذلك، في هذا الوقت دخلت كل منفذ الاتصالات الدولة ناقل البيانات قراءة المقاطعة.

عندما يدخل البرنامج حلقة رئيسية، أولا يكتسب GPS / BD خط الوحدة والمعلومات الطول، مستوى جمع دولة الميناء GPIO_In 8، ثم ثلاث مرات RS485_1 الارسال مع الكمبيوتر المضيف، في كل مرة بيانات استجابة المكتسبة اعتراض المخزنة، والبيانات اقتنعت الحكم GPIO_Out0 تردد ثابت نبض الانتاج. ثم يوزع الأوامر من جهاز الكمبيوتر إلى CAN، تنفيذ البرنامج المقابلة، أي الاستعلام الأولي إلى الفحص الطبي ما إذا كان كل منفذ الاتصالات أمر طبيعي، إذا 8 سوف حالة المنفذ GPIO_In، وRS485_1 قراءة البيانات، RS485_2 ثلاثة البيانات استجابة اعتراضها القناة الطبيعية، على خطوط البيانات RS232 والمعلومات الطول، وحدة GPS / BD التي حصل عليها الاتفاقية يتطلب تحليل في RS232_TXBUFF، من قبل السلطة من اثنين المماثل معالجة نقل RS232 لعرض البيانات إلى الكمبيوتر المضيف. أثناء التشغيل، وإطعام الكلب باستخدام جهاز توقيت المقاطعة مهام التنفيذ الجارية، يمكن للPC بإرسال الأوامر إلى التوقف عن تغذية الكلب يمكن إعادة تعيين. وبالإضافة إلى ذلك، إذا كان المجلس بسبب العوامل لا يمكن السيطرة عليها تسبب برنامج تشغيل، وهذه المرة لا يمكن أن تغذي الكلب، والبرنامج تلقائيا إعادة تعيين، ومنع بشكل فعال ظاهرة المجلس بسبب تعطل وغير قادر على العمل.

4 اختبار النظام

4.1 اختبار مؤشر

المؤشرات الفنية هذا متعدد المصادر وحة الحصول على بيانات التشغيل الجهد، واستهلاك الطاقة القصوى، كل من بالباود الاتصالات حافلة. العثور أظهرت أنه بموجب اختبار متنها التخلص منها في نطاق الفني للمطالبات يمكن أن تعمل بشكل صحيح. اختبار مؤشر النتائج كما هو مبين في الجدول رقم 1.

4.2 التأكيد الأداء العام

للتحقق من أداء المجلس بشكل عام الحصول على البيانات، يتم توصيل لوحة لكل ميناء وميناء التزاوج IPC، لوحة أجهزة الاستشعار الحصول على البيانات التناظرية المعلومات متعددة المصادر من خلال عدد وافر من الموانئ، والمخرجات تجميعها، وحافلة CAN من خلال الأوامر من المضيف التفاعل. تحليل بيانات الناتج من قبل مجلس PC واجهة العرض، يتم تحديد المعلومات التي وردت لكل منفذ بطاقة صحيحة، GPS على متن / البيانات BD بشكل صحيح، إرسال واستقبال متعددة المنافذ غير مؤمن، غير قادرة على المنافسة، عملية مستدامة في المنطق وافق تستجيب إلى المضيف تعليم الأم تنتقل عن طريق ميناء CAN الحافلة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الاختبار 72 ساعة عملية مستمرة لفترة طويلة، وكان المجلس في حالة عمل طبيعية ومستقرة.

5. الخاتمة

هذا ويعرض ورقة بيانات متعددة المصادر على أساس وحة الحصول على STM32، لتحقيق مجموعة متنوعة من واجهات الاتصالات CAN، RS485، RS232، وما إلى ذلك، ومعزولة كهربائيا، حتى يتسنى للمجلس للحد من التدخل، والاتصالات أكثر موثوقية. STM32F429 مجلس باستخدام رقاقة للسيطرة على جوهر، البيانات القوية تجهيز قدرات لتمكين المجلس وجود الأداء الجيد، واستخدام مجموعة متنوعة من ميناء حافلة، ومجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار يمكن ان تكون مرتبطة إلى واجهات الحافلات مختلفة، والتدرجية جيدة، لوحة وردت وحدة GPS / BD، جغرافي وقت تسجيل المعلومات، معدات المستخدم لتحديد إحداثيات موقف، مزايا استخدام معزولة DC-DC إمدادات الطاقة، وارتفاع كفاءة الطاقة والتحويل، صغيرة فقدان الحرارة، لديه انخفاض استهلاك الطاقة. وعلاوة على ذلك، لوحة الألومنيوم الإطار الثابت إلى السكن، سهلة التركيب والاهتزاز آمن.

مراجع

ضوء هانوانغ تشن، واصل يان. USB-CAN-RS232-RS485 تحويل حافلة المراقب المالي . الاستثمارات الصينية الخارجية في عام 2014 (3): 284-284.

أسابيع مكلفة شو فنغ الاختيار. تصميم STM32F103 وتطبيق CAN / RS232 تحويل مجلس الكمبيوتر الصناعية السيطرة، 2014،27 (5): 49-50.

هانتشنغ هاو، والتكنولوجيا الفائقة والحافلات تطبيقه شياو هونغ. يمكن . أتمتة التصنيع، 2010،32 (2): 146-149.

STM32 ليو دابنغ يستند MCU CAN-USB تحويل التصميم التكنولوجيا الصناعية والابتكار، 2014 (5): 589-593.

ليو يى بينغ، ذكر الطاير. تصميم وتنفيذ واجهة CAN حافلة أساس STM32 الكمبيوتر والاتصالات، 2016 (8): 154-157.

Ruitong أي تصميم حزام ناقل نظام مراقبة على أساس حافلة CAN وRS485 . التحديث منجم فحم، 2018 (6): 131-134.

وانغ Chenhui، يو وو كاي يانغ متعدد القنوات نظام الحصول على البيانات استنادا إلى تصميم STM32 التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (1): 51-53.

لديه لو الذكور. واستنادا إلى CAN حافلة STM32 / RS232 تحويل واجهة لل الصين هندسة مصانع و 2017 (6): 111-112.

تشو جينغ لى، Luorui فنغ، SunChangCheng على أساس اقتناء تصميم نظام البيانات STM32 تقنية المعلومات، 2016 (8): 138-140.

لي وى تشنغ بينغ سونغ، قوه ليانغ، وآخرون. ويستند على سلسلة من مجلس التنمية STM32 تطوير وتطبيق وحدة GPS عالية الأداء التكنولوجيا الالكترونية، 2015،44 (11): 11-14.

راني شواي تشانغ ون شيوى، Sunjia جي، وغيرها من تصميم جهاز استقبال .GP S / BDII تنفيذها مع وضع مزدوج الملاحة . علوم التطبيقية والتكنولوجيا، 2016،43 (4): 50-55.

Zhoumeng جيانغ تشونغ تشينغ تونغ، عصابة. واستنادا إلى نظام تحديد المواقع STM32 البوصلة / GPS إنتاج الالكترونيات، 2018 (13): 13-14.

وو Yanlin، Liurui مين، Wangxing طويل، وما إلى ذلك عند توقيت نظام GPS يعتمد STM32 قيمة الهندسة، 2016،35 (5): 117-119.

الكاتب المعلومات:

وانغ قوانغ يونيو 1،2، جيانغ جيان جين 1،2، 1،2 Macheng يونغ

(1. جامعة الصين للعلوم الجيولوجية (ووهان) مدرسة أتمتة، ووهان 430074، الصين،

2. مفتاح مختبر مراقبة متقدمة والتشغيل الآلي الذكي من الأنظمة المعقدة، مقاطعة هوبى، ووهان 430074، الصين)