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摘要：工業(yè)現(xiàn)場存在大量的類型各異的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)快速實時數(shù)據(jù)采集與上傳是目前制造業(yè)急需解決的問題。設計了基于STM32F103C8T6單片機的模塊化工業(yè)數(shù)據(jù)解析與傳輸服務器設計，對各種參數(shù)實時采集和處理，以滿足工業(yè)現(xiàn)場應用需求。經(jīng)過測試該設計的數(shù)據(jù)解析及傳輸服務器可直接解析各類數(shù)據(jù)和提取設備控制參數(shù)，具有傳輸距離遠、低功耗、穿透力強、寬電壓輸入、安裝便利等優(yōu)點。

關鍵詞：STM32F103C8T6；數(shù)據(jù)采集；解析；傳輸

引言

“工業(yè)4.0”是未來工業(yè)的發(fā)展方向，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術被廣泛地運用在工業(yè)生產(chǎn)中，多種多樣的傳感器被大量部署在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，將會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)的種類繁多，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)[1-2]。本文作者設一款計解析解碼包括PLC數(shù)據(jù)在內(nèi)的各類工業(yè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過WiFi\NB_IoT\LoRa等無線傳輸方式上傳至MES等工業(yè)控制平臺，主要應用于工廠智能化改造的工業(yè)數(shù)據(jù)解析及傳輸服務器。實現(xiàn)標準、法律法規(guī)等要求的設計設想，具備如下性能：-40~85℃工業(yè)溫度，可兼容WiFi\NB_IoT\LoRa等無線傳輸方式，解析各類生產(chǎn)設備的工作狀態(tài)，解析RS485/422/232數(shù)字信號，解析MODBUS工業(yè)總線協(xié)議，解析各類型PLC數(shù)據(jù)協(xié)議。尺寸小于或等于131mm×62mm×26mm，金屬外殼；SMA外接天線接口；RS232接口；RS485接口；IO擴展口。下文對工業(yè)數(shù)據(jù)解析及傳輸服務器硬件設計進行介紹。

1STM32F103C8T6單片機

該工業(yè)數(shù)據(jù)解析及傳輸服務器本數(shù)據(jù)采用STM32F103C8T6單片機，該單片機是一款集成電路，需要電壓2~3.6V，工作溫度為-40~85℃[3]。STM32F103C8T6單片機集成豐富的片內(nèi)外設，如看門狗、定時器、GPIO口、DMA控制器、ADC、UART、SPI接口等，只需要電源電路、時鐘電路、復位電路、啟動配置電路和調(diào)試電路5個部分就可以構(gòu)建一個STM32微控制器的最小系統(tǒng)。具有成本低、速度快、性價比高等優(yōu)點[4]。STM32F103C8T6單片機電路設計圖如圖1所示。

2FLASH

在目前所有的非易失性存儲器(PROM、E-PROM、EEPROM和Flash)中，唯有Flash存儲器幾乎擁有現(xiàn)今講究個性化的用戶所需的所有特點，它具有掉電數(shù)據(jù)不丟失、快速的數(shù)據(jù)存取速度、電可擦除、容量大、在線可編程、價格低廉以及足夠多的擦寫次數(shù)(一百萬次)和較高的可靠性等諸多優(yōu)點，因而已成為新一代嵌入式應用(如數(shù)字相機和MP3播放機)的首選存儲器[5-6]。在本服務器的Flash采用W25Q64，該型號Flash存儲器，相比一般存儲器占用PCB面積更小，使用更加靈活。

3電源模塊

由于單片機的工作電壓是2~3.6V，這是一種比較低電壓的工作狀態(tài)，并且對供電的質(zhì)量要求很高，也就是說對供電的穩(wěn)定性能要求很高，直接給提供開關電源電壓是不可靠的方法，影響電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以選擇DC-DC電源芯片RT7272B與穩(wěn)壓器AMS1117為STM32F103C8T6供電。RT7272B為高效率電流模式操作的同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，在輸入電壓范圍4.5V至36V間，可輸出電流達3A。整合了高端150mΩ與80mΩ低端的MOSFET以達到95%的高轉(zhuǎn)換效率。電流模式的控制架構(gòu)可支持快速的瞬時響應與簡易的補償方式。逐周期形式的限流機制可在輸出短路時提供電路保護作用，內(nèi)建的緩啟動機制則可消除啟動瞬間的輸入電流涌浪的問題。此外RT7272B提供了完整的保護功能，例如輸入低電壓鎖定機制，輸出低電壓保護、過電流保護與與熱關斷保護功能。RT7272B采用SOP-8(裸露焊盤)的封裝規(guī)格。電路圖如圖2所示。

4RS-485收發(fā)器

SP3481和SP3485是一系列+3.3V低功耗半雙工收發(fā)器，它們完全滿足RS-485和RS-422串行協(xié)議的要求。這兩個器件與Sipex的SP481、SP483和SP485的管腳互相兼容，同時兼容工業(yè)標準規(guī)范。SP3481和SP3485符合RS-485和RS-422串行協(xié)議的電氣規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達10Mb/s（帶負載）。SP3481還包含低功耗關斷模式(見圖3）。

5RS232-TTL轉(zhuǎn)換電路

單片機與電腦之間的電平轉(zhuǎn)換采用SP3232E芯片。該芯片在+3.0V至+5.5V供壓下，符合真正的EIA/TIA-232-F標準，滿負載情況下，最小傳輸速率120kb/s，1μA低功耗關斷模式，兼容RS-232接口，電源可低至+2.7V。電路原理圖如圖3所示。

6總結(jié)

本文設計的數(shù)據(jù)解析及傳輸服務器可直接解析各類數(shù)據(jù)，提取設備控制參數(shù)；支持RS48和RS232數(shù)據(jù)接口；支持MODBUS協(xié)議；支持5路獨立BOOL開關量隔離；采用工業(yè)級設計，工業(yè)溫度支持-40～85℃；具有多重包含功能，防反接包含、防浪涌報、過流保護、雷電保護和靜電保護；支持流量控制功能；支持通過LORA無線數(shù)據(jù)傳輸，具有傳輸距離遠，低功耗，穿透力強等特點；寬電壓輸入；安裝便利，可支持軌道安裝等多種安裝方式。成品如圖4所示。

參考文獻：

［1］李玨，趙繼德.一種工業(yè)控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件平臺設計［J］.計算機測量與控制，2009，17（8）：1648-1650.

［2］方鑫，王杰，馮攀峰，等.基于雙主板架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集裝置設計與實現(xiàn)［J］.工業(yè)控制計算機，2017，30（5）：16-17.

［3］龍順宇，鄭澤龍，譚冬鳳.基于STM32和SD卡文件系統(tǒng)的非特定人語音識別系統(tǒng)設計［J］.現(xiàn)代電子技術，2013（21）：62-66.

［4］易映萍，段丙勇，黃松，等.基于STM32的可視化控制系統(tǒng)的設計［J］.信息技術，2014（2）：1-4.

［5］鄭于樺，殷瑞祥.單片機閃存的控制單元設計［J］.電子與封裝，2006，6（4）.

［6］陳柯勛，王振田，王飛.基于FPGA和USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.工業(yè)技術創(chuàng)新，2017，4（5）：12-15.

作者：華洋杰 張春苗 單位：嘉興職業(yè)技術學院