數據采集系統設計

摘要：設計一種基于STM32和CPLD的數據采集系統，實現現場數據的采集、傳輸、顯示和存儲。數據采集過程由CPLD控制，采用Verilog HDL語言設計輸入通道選通和A／D采集控制程序，進行數據的濾波、放大、轉換，實現多通道數據的采集；在STM32中實現數據處理、傳輸，并在PC機中開發上層數據管理軟件，實現數據的顯示、存儲。系統可實現多通道數據采集實時顯示的要求，電路設計方法簡單、可靠性高，能滿足實際應用的要求。
關鍵詞：STM32；CPLD；實時數據；數據管理

0 引言
隨著自動控制和計算機技術的成熟和發展，以及它們和傳統工業的結合，加工設備的自動化程度有了大幅度的提高，各種控制設備與控制技術得到了廣泛應用，大大提高了加工制造的效率，當然這種高效的生產對檢測量的精確性和實時性也提出了更高的要求，而依靠傳統的數據采集方法(即由操作工人憑借簡易測量工具進行測量)已無法滿足這種要求。
目前，生產設備的參數采集手段主要有便攜式檢測儀和在線檢測系統，采用便攜式儀器需要花費大量的人力和時間，采集到的數據不能實時反映設備加工的狀態，具有一定局限性；一般的在線檢測系統，檢測數據相對單一，不能滿足多成分分析的需要；對于一些大型的在線檢測系統，雖然能滿足實時檢測和精度要求，但系統體積龐大、投資多、難以推廣使用，并且國內很多在線檢測系統，對檢測到的數據缺乏綜合利用和管理，不能很好地為工藝和裝置的優化節能及節能減耗改造服務。因此開發出具有實時數據采集、存儲、傳輸等功能的在線數據采集系統是十分必要的。

1 系統的整體方案與工作原理
數據采集系統是基于CPLD和STM32的弱信號采集電路，可用于各種弱信號檢測的應用研究中，整個系統由信號濾波、信號放大、數據采樣處理和主計算機傳輸接口等組成。信號濾波防止信號產生“混疊現象”；信號放大對輸入信號進行調理，使信號在A／D轉換能夠轉換的電壓范圍內，以滿足采樣的要求；數據采樣處理完成模擬信號的采樣保持和數字化；與主計算機的數據接口，將數據上傳給計算機，滿足信號檢測的實時性，進行數據的存儲、顯示等。數據采集電路板硬件功能模塊構成如圖1所示。

2 系統硬件結構
整個系統由信號預處理、信號采集和數據傳輸三大模塊組成，其中信號預處理進行信號濾波、信號放大，預處理模塊由MC1558，MC1556等組成；信號采集進行信號選通、A／D轉換；信號采集模塊由AD508、A／D轉換芯片、CPLD組成；數據傳輸進行數據的軟件濾波、通過通信口與上位機進行通信，數據傳輸由STM32芯片、信號輸出接口模塊組成。