基于STM32的海底沉积物声波采集主控系统的设计

陈浩 龙建军 李明鹏 左福森

摘要：为满足海底沉积物声波采集数据的有效存储，本文提出采用基于STM32F4的海底沉积物声波采集主控系统的设计。对主控系统硬件电路的设计和软件程序架构的设计进行了论述，最终通过实验验证了该主控系统的可行性。

关键词：STM32;声波采集;数据存储

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）22-0231-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 沉积物声波采集主控系统与装置其他模块通信连接总体设计

主控系统是整个采样装置的控制中心，是控制衔接模块协调工作的大脑。本海底沉积物声波采集裝置主要包括STM32主控系统、声波信号发生电路、声波发射驱动电路、发射换能器、接收换能器、信号处理电路、A/D采样电路和数据存储模块，如图1所示。

2 主控系统的硬件设计

2.1 主控系统电源电路设计

主控板上涉及的电压有5V和3.3V。在5V电压输入的情况下，通过REG1117-3.3的电源转换芯片将输入的5V电压降压，将输出电压维持在3.3V，作为主控芯片STM32F407ZGT6的工作电压。

2.2 RS-485和RS-232通信接口电路

由于本控制系统要工作于海底，且与上位机PC相距数百米很远，因而控制系统与上位机间的通信选用RS-485通信。另外，本主控系统与衔接模块的距离较近，在进行参数信息和控制命令发送时，很适合使用RS-232进行通信。

2.3 主控系统数据存盘电路

采集装置在海底工作时需要进行多次采样，且采集的数据需要按照时间顺序以文件的形式保存起来。为此，本主控系统选用USB闪存盘进行采集数据的存储。而本文选用的主控芯片STM32F407支持以USB-HOST接口的方式存取数据到U盘。

2.4 主控系统并口与A/D采样模块连接电路

系统是通过并行接口来读取采样模块数据的，其连接电路如图3所示。A/D采样芯片采样得到的数字信号数据在CPLD时钟信号的控制下先暂存到采样模块的缓存RAM中。待采样结束时，CPLD通过控制总线向主控系统触发外部中断，通知主控系统来读取保存在缓存RAM中的采样数据。

3 主控系统软件程序设计

开始主控系统先启动起来之后，做一些硬件外设的初始化，然后进入主循环。当控制系统接收到上位机发来的命令后，先做采样前各模块的参数设置。设置完成时，采样标志会被置1。此时控制系统会自动开启发波和采样模块等电源，接着信号发生模块开始发射声波信号，同时通知采样模块开始采样。待采样结束后，会触发外部中断告知控制系统读取采样数据，读完之后进行数据存盘操作。主程序流程图如图4。

4 实验验证

本声波采集系统发射频率为40KHz的正弦波和脉冲波进行实验验证，A/D采样电路的采样频率为1MHz。两通道采样，每通道采集1K声波信号数据。第一通道采集脉冲波数据，第二通道采集正弦波数据，借助MATLAB工具处理后，得到的波形图如图5所示。

参考文献：

[1] 魏俊益.新型声波信号系统的研究开发[D].广州： 广东工业大学， 2010.

[2] 许肖梅.声学基础[M].北京：科学出版社，2003.

[3] 喻金钱，喻斌.STM32F系列ARM Cortex-M3微控制器开发与应用[M].清华大学出版社，2011.

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