【DigiKey创意大赛】数据采集系统

xinmeng_wit

【DigiKey创意大赛】数据采集系统 [复制链接]

 

数据采集系统

作者：xinmeng_wit

1.作品简介
本作品基于STM32实现数据采集系统，主要功能是对数据进行采集、存储、读取、显示和导出，能对接不同传感器（例如：BME280、DHT11、DS18B20等）、不同接口（例如：SPI、IIC、UART等）。本作品设计的初衷是提供一款实用的传感器可插拔的数据采集系统，让用户根据自己的需求来进行数据采集/保存/导出。
本作品通过TFT显示屏进行传感器的选择和采样间隔时间设置，和其他功能设置。TFT显示屏使用LVGL GUI图形库，因为本次比赛的显示屏不带触摸功能，本作品使用了外部按键作为输入。
由于STM32U5内部带有4M Bytes FLASH，所以可以直接将数据存储在内部FLASH中，无需外扩存储器或SD卡。为了方便数据管理，本作品做了专门的FLASH读写接口。
本作品支持本地与远程操作，远程通讯接口为UART\USB。

2.系统框图
本作品使用如下模块：NUCLEO-U5A5ZJ、DFROBOT IPS LCD（2.0寸）、按键模块、BME280模块。
本作品用到了LCD模块进行信息显示，其与主控之间通过SPI进行通讯；传感器BME280模块进行温湿度气压采集，其与主控之间通过IIC进行通讯；另外，可选其他传感器作为数据来源，比如DHT11、DS18B20等。按键模块用于与主控进行交互，实现输入参数设置。

3.各部分功能说明和解析

总结下来主要分为如下几个部分：

1. 驱动部分
   驱动部分主要是对使用到的各个硬件进行初始化和底层控制。涉及到的MCU资源如下图。
   System Core部分最主要是系统及外设时钟、GPIO、DMA、中断的配置。其中，为了达到最高的性能，MCU的主频设置为了最高的160MHz。另外，USART的数据接收使用了DMA加上空闲中断实现了不定长数据的接收，降低了数据接收的中断开销。
   Connectivity部分主要涉及到的通讯为I2C、SPI、USART。
   为了能够充分利用MCU资源以及多任务处理，本作品将FreeRTOS移植到了STM32U5A5上。在本作品中主要分为3个task：TaskCom、TaskDataSample和TaskHMI。三个task分别负责通讯、数据采样和LCD显示。
   
2. LCD显示部分
   显示部分是单独的task，只负责显示，不参与任何检测和控制。为了方便显示，使用了开源GUI图形库LVGL，极大地简化了应用程序开发，同时能使显示更加美观。对于控件的布局和设置使用了NXP免费的GUI图形配置软件GUI Guider进行控件代码生成，生成的相关文件如下：
   
   显示任务的主循环如下：
   
   LVGL默认是不支持中文的，为了能够显示中文，特地使用GUI Guider工具生成了中文字库。
   LVGL控件部分主要使用了label、dropdown、chart、button和led。
   
3. 按键部分
   按键部分是用来与GUI联动实现人机交互的。由于本次选用的LCD屏不带触摸功能，所以只能使用外接按键来实现。LVGL除了能将控件与触摸屏绑定以外其实还支持控件与外部按键的绑定。当控件与外部按键绑定后能够与触摸屏一样很方便地控制屏幕控件。
   
   
4. 传感器部分
   理论上来说本作品应该支持多种常用的传感器，比如BME280、DHT11、DS18B20等。但是由于多方面的原因目前除了BME280传感器以外，其他传感器暂未支持。
   BME280传感器是博世的一款三合一传感器，同时支持温度 ，湿度和气压检测，并能同时输出，接口应该是I2C和SPI可选。如果有条件可以选择升级款的BME680传感器 ，精度更高。
   
5. 通讯部分

理论上来说本作品应该支持通过串口/USB来配置参数，而且本次已经打通了开发板与PC端的通讯，但是由于时间的关系，没有时间去做PC端的上位机了，只能后期再去完善了。

4.作品源码
源代码： data_record.zip (8.45 MB, 下载次数: 0)

2024-1-14 15:51 上传

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5.视频演示
https://training.eeworld.com.cn/video/38971

6.项目总结
其实这个项目的想法是很好的，但是由于前期没有把握好时间，另外在后期手部受伤耽误了，再加上FATFS文件系统调试了很长时间，最终导致很多想法没能在这次比赛中实现，有点遗憾。
本次比赛完成了数据采集系统的最核心的部分，也就是数据的采集和保存以及数据的读取并显示。另外，也实现了通过按键配合LCD显示来配置采样的参数。采集完成后可以通过LCD显示采集到的数据。还有一些功能由于多方面原因未能在本次项目中实现，后续将继续完成既定任务。
本次项目中遇到了很多的问题，查阅了很多的资料，最后都一一解决了（有的不一定是解决，只是换了一种方式实现），同时自己也收获了，成长了。
最后，再次感谢得捷电子和EEWORLD提供这次机会，再次感谢。

7.其他

word版本： 数据采集系统.doc (7.98 MB, 下载次数: 2)

2024-1-14 16:09 上传

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xinmeng_wit

文中视频演示部分贴的是链接，这里直接上传视频