陳浩 龍建軍 李明鵬 左福森

摘要：為滿足海底沉積物聲波采集數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)，本文提出采用基于STM32F4的海底沉積物聲波采集主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)主控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序架構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該主控系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：STM32;聲波采集;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）22-0231-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 沉積物聲波采集主控系統(tǒng)與裝置其他模塊通信連接總體設(shè)計(jì)

主控系統(tǒng)是整個(gè)采樣裝置的控制中心，是控制銜接模塊協(xié)調(diào)工作的大腦。本海底沉積物聲波采集裝置主要包括STM32主控系統(tǒng)、聲波信號(hào)發(fā)生電路、聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射換能器、接收換能器、信號(hào)處理電路、A/D采樣電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，如圖1所示。

2 主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

主控板上涉及的電壓有5V和3.3V。在5V電壓輸入的情況下，通過(guò)REG1117-3.3的電源轉(zhuǎn)換芯片將輸入的5V電壓降壓，將輸出電壓維持在3.3V，作為主控芯片STM32F407ZGT6的工作電壓。

2.2 RS-485和RS-232通信接口電路

由于本控制系統(tǒng)要工作于海底，且與上位機(jī)PC相距數(shù)百米很遠(yuǎn)，因而控制系統(tǒng)與上位機(jī)間的通信選用RS-485通信。另外，本主控系統(tǒng)與銜接模塊的距離較近，在進(jìn)行參數(shù)信息和控制命令發(fā)送時(shí)，很適合使用RS-232進(jìn)行通信。

2.3 主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存盤(pán)電路

采集裝置在海底工作時(shí)需要進(jìn)行多次采樣，且采集的數(shù)據(jù)需要按照時(shí)間順序以文件的形式保存起來(lái)。為此，本主控系統(tǒng)選用USB閃存盤(pán)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。而本文選用的主控芯片STM32F407支持以USB-HOST接口的方式存取數(shù)據(jù)到U盤(pán)。

2.4 主控系統(tǒng)并口與A/D采樣模塊連接電路

系統(tǒng)是通過(guò)并行接口來(lái)讀取采樣模塊數(shù)據(jù)的，其連接電路如圖3所示。A/D采樣芯片采樣得到的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)在CPLD時(shí)鐘信號(hào)的控制下先暫存到采樣模塊的緩存RAM中。待采樣結(jié)束時(shí)，CPLD通過(guò)控制總線向主控系統(tǒng)觸發(fā)外部中斷，通知主控系統(tǒng)來(lái)讀取保存在緩存RAM中的采樣數(shù)據(jù)。

3 主控系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

開(kāi)始主控系統(tǒng)先啟動(dòng)起來(lái)之后，做一些硬件外設(shè)的初始化，然后進(jìn)入主循環(huán)。當(dāng)控制系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)來(lái)的命令后，先做采樣前各模塊的參數(shù)設(shè)置。設(shè)置完成時(shí)，采樣標(biāo)志會(huì)被置1。此時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟發(fā)波和采樣模塊等電源，接著信號(hào)發(fā)生模塊開(kāi)始發(fā)射聲波信號(hào)，同時(shí)通知采樣模塊開(kāi)始采樣。待采樣結(jié)束后，會(huì)觸發(fā)外部中斷告知控制系統(tǒng)讀取采樣數(shù)據(jù)，讀完之后進(jìn)行數(shù)據(jù)存盤(pán)操作。主程序流程圖如圖4。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本聲波采集系統(tǒng)發(fā)射頻率為40KHz的正弦波和脈沖波進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，A/D采樣電路的采樣頻率為1MHz。兩通道采樣，每通道采集1K聲波信號(hào)數(shù)據(jù)。第一通道采集脈沖波數(shù)據(jù)，第二通道采集正弦波數(shù)據(jù)，借助MATLAB工具處理后，得到的波形圖如圖5所示。

參考文獻(xiàn)：

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