基于STM32的海流计测量仪的设计

刘滨++李晓宇++于佳良

摘要：系统以微控制器STM32F107VCT6为核心，根据功能的需求，对系统的主控制器模块、键盘输入模块、液晶显示模块、数据存储模块进行了介绍。根据制定出的通信协议，实现了系统的流量计与主控制器之间的通讯，数据的存储与回放功能，实现了对于海水的流速、流向、温度、深度等各个参数的测量。

关键词：stm32；海流计测量仪；串口通讯

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）17-0202-02

Design of Current meter measuring instrument Based on STM32

LIU Bin， LI Xiao-yu， YU Jia-liang

（Ocean University of China， College of Engineering，2311 Laboratory， Qingdao 266100，China）

Abstract： The System， with microcontroller STM32F107VCT6 as its core， is introduced in detail on system master controller module， keyboard input module， liquid crystal display module， data storage module， according to functional requirements. Based on modular software approach and the development of a communication protocol， the system realize the communication between the system and the main controller， data storage and playback function. Precision measurement of various parameters like velocity， orientation， temperature， and depth of seawater flow is realized.

Key words： stm32； ATmega128； serial communication

选用芯片STM32F107VCT6来作为控制系统的核心，它是基于ARM Cortex-M3内核系列的控制芯片。STM32F107VCT6微控制器的突出优点有：性价比比较高，系统、内核以及存储器的体积较小；具备低功耗与完整的电源管理；性能方面十分优越，可以满足挑战性高的应用需求；并且终端处理速度很快，可以满足高速、边界的控制应用需要；系统的调试功能的优化也加速了研发的进度；同时对汇编代码没有什么要求，这极大地简化了系统的开发，由此可以确保声学海流计测量仪的运行、处理速度等各种指标的实现以及确保系统的性价比。

1 海流计测量仪的硬件设计

1.1 测量仪的整体结构框图

声学海流计测量仪的主要由SD卡，LCD显示器，流量计，压力传感器，姿态传感器，和主控制器，键盘组成。系统结果如图1所示。声学海流计测量仪的功能任务主要是传感器工作数据的采集，液晶的显示，数据的存储、显示回放。其功能的实现是各个部分协同完成的。

1.2 键盘输入模块硬件电路设计

使用专用键盘接口的芯片ZLG7290。芯片跟CPU的接口方式采用SPI，简单方便，并且可以自动地防止抖动和识别按键，还具有按键中断输出控制的功能。采用这一设计方式占用的资源最少，实现最简单，减少了硬件和软件设计的工作量。ZLG7290外围电路设计及键盘输出引脚如图2所示。

1.3 液晶显示屏硬件电路设计

本设计中使用JHDTFT024彩色液晶显示器，此液晶显示器，采用了分时技术，使数据写入和显示一起进行，这样画面能够高速地更新，并且互相不干扰。系统利用总线式的液晶驱动，跟主控制器的接口如图3所示。

1.4 数据存储模块设计

SD卡支持两种总线模式：SD模式和SPI模式。SD模式使用6线制，利用CMD、CLK、DAT0～DAT3来进行数据的通信，而SPI模式常常使用4线制，利用主机输入/从机输出数据线（MISO）、串行时钟线（SCLK）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）以及低电平有效的从机片选线（SS）来进行数据的通信。在SPI模式下数据的传输是串行传输的，速度相对比较慢，但只要在微控制器内部具有SPI的接口就能够使用，应用较为广泛。本设计的SD卡采用SPI模式来进行驱动，其在SPI模式下驱动的结构简图如图4所示。

<本设计的SD卡采用SPI模式来进行驱动，进行相关的读写设计，其工作的电压在2.7～3.6V之间，采用的SD卡是4G存储的大容量存储卡。微控制器通过卡座跟SD卡相连。其硬件理解电路图如图5所示。

2 海流计测量仪的软件设计

在软件平台设计中，采用模块化设计方法，增强了代码的可维护性，提高了代码的重用性，易于实现扩展。主要模块有流量计与主控制器之间的通讯程序流程图如图6所示，SD卡读写程序流程图如图7所示。

传感器被控制上电后，传感器需要1分钟的启动时间，以保证流量计向仪器提供可靠的数据；仪器将向传感器发送压力和姿态数据，数据发送频率每秒钟4次；传感器启动后首先进入自检模式，如果自检正确，则输出一次自检结果信息后，然后进入测量结果输出状态，1min后输出有效数据，数据输出频率为1Hz；如果自检不正确，则输出一次自检结果后，再次进行自检判定，继续输出自检结果。仪器控制传感器关机时，先发送关机命令，5秒钟之后仪器对传感器断电。

3 结论

基于stm32的海流计测量仪充分利用了stm32f107vct6芯片的相关功能。保证了通信的传输质量，使采集到的数据可靠 性大大增强，同时由于采用了该芯片，仪器能够处于较长时间的工作状态，采样时间的增长，也相应地提高了数据的可靠性。

参考文献：

[1] 邵淑平.基于倾角法海流计的数据接收处理系统用[D].青岛：中国海洋大学， 2008.

[2] 郭郎.基于ARM的嵌入式系统设计[D].电子科技大学， 2008.

[3] 于佳良.基于声学海流计测量仪的研制[D].青岛：中国海洋大学， 2015.

[4] 周立功.ARM与嵌入式系统基础编程[D].广州周立功单片机发展有限公司， 2004.

[5]丁建椿.基于计算机接口的彩色液晶显示器的应用设计[J].信息技术，2009（08）：167-170.