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摘 要

随着现在电子计算机科技水平的不断提高，数据采集技术得到了空前的普及与应用，并对人们的日常生产和生活产生着深远的影响。数据采集可以应用于工业、军事、航空航天、雷达监测系统、医疗等诸多领域，尤其是进行一些科研活动，都需要进行非常精密的物理量测量。比如温度、压力、热量、电压等,从而获得比较准确的数据并得出结论。其中，数据采集的核心部分是单片机，它在整个数据采集过程中扮演着重要的角色，可以说是起着决定性的作用。

在许多科研领域都需要进行压力的数据采集。在本文中，提到一种进行压力测量的压力计——钻孔应力计。这种应力计采用的主芯片是STM32F103RC。我们对这种应力计的数据采集系统来进行它的软硬件设计。我们用 Altium Designer16这款软件来进行电路的硬件设计工作，完成相关原理图及PCB绘制，用keil5这款软件来进行软件设计，完成对软件系统的总体规划和部分驱动程序的开发，最终达到对软硬件系统联合调试工作的目标。

关键词：数据采集 STM32 Altium Designer16 Keil5

Hardware and software design of data acquisition module

for borehole stress meter

Abstract

With the continuous improvement of the level of electronic computer technology,data acquisition technology has gained unprecedented popularity and application ,and it has a profound effect on people's daily production and life.Data acquisition can be applied in industry, military, aerospace, radar monitoring system, medical and other fields, especially in some scientific research activities, need to be very precise measurement of physical quantities. Such as temperature, pressure, heat, voltage, etc, to obtain more accurate data and draw the conclusion. The core part of the data acquisition is a single chip, which plays an important role in the whole process of data collection, it can be said to play a decisive role.

In many areas of scientific research need to carry out the pressure of data collection. In this paper, it referred to a pressure measurement of pressure gauge--borehole stress meter.The stress meter used in this paper is STM32F103RC. We design the data acquisition hardware and software for this stress meter. We use Altium Designer16 this software to the hardware design of the circuit work, complete the relevant schematic, and PCB drawing, with keil5 this software to design the software, complete the development of the overall planning and part of the software system of the driver development, finally meet the goal of the joint debugging of the hardware and software system.

Key words: data acquisition; STM32; Altium Designer16; Keil5

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景以及研究意义 1

1.2 数据采集系统的国内外研究现状及发展趋势 1

1.3 毕业设计任务 3

1.4 本文各章节内容 3

第二章 开发环境和主芯片STM32F103RC简介 5

2.1 硬件设计开发工具Altium Designer16 5

2.2 软件设计开发工具Keil5 7

2.3 主芯片STM32F103RC 8

第三章 应力计数据采集的硬件设计 10

3.1 系统总体设计 10

3.1.1 各硬件模块功能 10

3.2 各硬件模块电路设计 11

3.2.1 主芯片电路 11

3.2.2 电源电路 12

3.2.3 压力信号处理电路 13

3.2.4 外部时钟电路 14

3.3 PCB板焊接 16

第四章 应力计数据采集的软件设计 18

4.1 软件设计流程 18

4.2 驱动程序 19

4.2.1 传感器引脚配置 19

4.2.2 AD模块程序 20

4.3 系统调试 25

4.3.1 硬件调试 25

4.3.2 软件调试 26

第五章 总结 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景以及研究意义

数据采集和人类的活动息息相关，人们在日常的研究工作中也往往需要到野外进行实地考察来进行一些数据采集工作。在这种情况下，计算机往往不能够被带到野外进行数据处理与分析等工作。因为计算机的庞大体积，携带极其不方便，再加上计算机对环境要求高，恶劣环境会影响到计算机的正常运行，严重的话甚至会破坏计算机系统的稳定性，同时计算机本身的抗干扰能力也有一定的局限性。由此催生了单片机，单片机本身具有很多的优点，体积小，运行速度快，比较的廉价，能抵御外界干扰等诸多优点，给数据采集工作带来了极大的便捷。自从单片机问世以后，在数据采集系统领域开始掀起一场新的技术狂潮。同时伴随着人们对于数据采集的呼声不断提升，许多新型的的数据采集系统开始涌现。

在工业及其科研的许多领域中，都离不开对压力的测量与分析检测。目前对于压力数据采集的方法是通过压力表来读出测量值，但是这种方式的效率和准确度都比较低下，产生误差在所难免，利用一种高精度传感器来对压力值进行采样会克服这一弊端。在正常情况下的压力值变化速率比较缓慢，然而在采集压力信号并且在非电量转电量时，对其精度要求比较高，可以说传感器精度的高低在整个数据采集过程中起着举足轻重的作用，高精度的压力数据采集成为一个非常重要的研究方向。本文提到一种进行数据采集的压力计——钻孔应力计，其实它是一种具有特殊结构的振弦传感器，主要用来测量煤矿预留煤柱应力的变化。它能够与YH6406型读数检测仪搭配使用，也能够加上YH3000数据处理器来进行相关的数据采集工作，非常方便快捷的获得所需要的数据。本次设计的钻孔应力计的数据采集的工作原理是由于应力计传感器会在不同压强值下产生不同的电信号，经过应力计电路部分采集这些电信号并进行计算转换，最终能获得测量的压强值。

1.2 数据采集系统的国内外研究现状及发展趋势

最初所出现的数据采集系统，其被应用于军事上的一项测试系统研究，并且在当时得到了较好的反响，但是技术还不是很完善。随后便出现了数据采集设备，并且这些设备开始流入市场。再后来出现了仪表、采集器和计算机三者合一的数据采集系统，该系统的性能大大高于先前的数据采集系统，在当时获得了很大的成功，并且被广泛应用于相关领域。在那之后，数据采集系统逐渐被划分为工业现场数据采集系统以及实验室数据采集系统。90年代至今，科学家们对数据采集技术的掌握已经相当的成熟，与此同时，人们对数据采集技术也不断提出更高的要求，于是出现了功能更为强大的单片数据采集系统DAS，它的采集速度异常的快，准确率也非常的高。当前我国数据采集系统的发展还需要进一步的不断完善，在许多地方明显存在问题和欠缺，尤其在稳定性、通用性方面，较国外还是有一定的差距，所以我们国家应该多多学习国外的一些与数据采集相关的项目研究，并且要加快探索的脚步，谋求可持续的稳定发展。

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