工业通用A／D采集模块的设计与实现.pdf

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1、2012年仪表技术与传感器2012第12期InstrumentTechniqueandSensorNo．12工业通用A／D采集模块的设计与实现赵建敏，李琦(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010)摘要：模拟量参数的采集及转换是工业过程控制的重要组成。文中采用STM32单片机，设计了基于v~OS一Ⅱ实时操作系统、支持Modbus通讯协议的通用ADC模块。传感器模拟信号通过输入通道送入STM32的ADC端口进行AD转换，转换结果通过RS一485发送到RS485总线。模块支持Modbus通

2、讯协议，工作在RTU模式，可方便地应用于采用Mod—bus协议构建的工业数据采集系统中。该模块已经在某市热网监控系统中使用，完全符合控制要求。关键词：STM32；~xCOS—lI操作系统；Modbus通讯协议；模数转换模块中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1002—1841(2012)12—0021—03DesignandImplementationofA／DConverterModuleinIndustryZHAOJian—min，LIQi(SchoolofInformationEn

3、gineering，InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，Baotou014010，China)Abstract：Analogsignalacquisitionandconvertionisanessentialpartofindustryprocesscontrolsystem．BasedontLCOS一ⅡrealtimeoperationsystemandModbusprotocol，thedesignofADconvertermodul

4、eusingSTM32waspresented．TheanalogsignalfromsensorwasconvenedtodigitalusingtheADCofSTM32．ThedataisthensenttoRS一485bustothemaster．ThemoduleworksonModbusRTUmodeandcanbeexpedientlyaddedtoanydataacquisitionsystembasedonModbusprotoco1．Ithasbeenu-singinheat

5、netcontrolsystemandfulfilstherequirements．Keywords：STM32；t~COS—II；modbusprotocol；A／Dconvertermodule1模块硬件总体结构STM32F103VB使用高性能的ARMCortex—M332位RISC内核J，外接32路传感器，传感器标准电流信号通过滤波和Iu转换电路，转换成电压信号，送入STM32的ADC当中进行AD变换，转换值可以按照配置要求进行标度变换，结果可以通过RS一485发送到485总线。为方便用户

6、使用，外置24C04存储芯片，存储用户配置信息，配置信息包括模块地址、通讯波特率及工作模式等。模块支持2种工作模式：(1)输出A／D采集值；(2)输出标度变换结果。如果模块工作在模式(2)下，用户还可以通过PC超级终端按照菜单提示对模块的32路通道分别进行量程及其对应AD极值的设置，使用灵活方便。模块结构如图1所示。其中滤波及Iu转换电路如图2所示，该电路可以抑制电流波动干扰并通过250Q精密电阻将4—20mA电流信号AIn图1系统结构图转换成1～5V电压信号，简单实用。2系统软件设计nl0Uu

7、uR．ADC模块采用~C／OS一Ⅱ作为操作系统，开发相关硬件驱AIny10'kn．1n动程序和用户任务，软件结构如图3所示。2．1模块各任务关系~C／OS一Ⅱ是多任务实时操作系统J。根据ADC模块和Modbus协议的要求，将~C／OS—II操作系统移植到STM32F103VB控制器上，编写了相应驱动和应用程序。图2滤波及IU转换电路图该模块包括A／D转换器、USART、24C04等设备，文中对应以及相关消息、缓冲区的初始化，为任务调用提供软件接口。设计了相关驱动程序，包括设备初始化设置、读、写、

8、控制程序，该模块软件任务包括A／D转换任务、Modbus通讯任务、工收稿日期：2012—01一l9收修改稿日期：2012—09—02作参数配置任务，任务划分及优先级配置如表1所示。22InstrumentTechniqueandSensorDec．2012上电后，首先读取24C04信息到内存，根据配置确定相应任务的工作状态。堆栈：TaskM0dbLlsstkllI⋯”^—‘256BvtellI工作参数配置任务2．2Modbus通讯任务优先级：40lI———栈：TaskParaCfgstk256B