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分布式膛压应变测量系统

ops 2025/8/12 15:40:57

项目简介：为分析炮弹发射对炮膛的时序影响，设计一种分布式应变测量系统。系统由上位机、数据指令网关、采集节点三部分组成。

数据采集节点：以STM32处理器为核心，前端电桥及信号调理电路实现应变信号变换，利用外部中断信号响应来自网关节点的时统信号，利用STM32处理器内置ADC DMA方式实现应变数据采集，采用卡尔曼滤波算法实现数据滤波，采用（nandflash或者SD卡）实现数据临时存储，通过RS485总线实现数据上传至网关节点。

网关节点：采用基于imx6ull linux技术实现，主要实现了RS485以太网网关功能，能够接收来自上位机的指令并转发至RS485，兼容TCP/UDP/MQTT协议；利用定时器实现基于Linux的时统（时间统一系统）发生驱动，为采集节点提供同步信号；网关内置环控功能，通过板载温度传感器实现温度采集和散热控制；网关节点带有800*480屏幕实现传感器采集节点的轮询显示和校准控制功能；

上位机采用：NI软件实现数据读取分析显示功能。

框图分析：

右半部分

网关（imx6ull）各模块功能解析

1. 屏幕显示模块（800×480）

功能：
- 显示 数据校准页面（如传感器零点调整、实时应变曲线）。
- 提供人机交互界面（HMI），支持触摸操作（如参数设置）。
技术实现：
- Linux 驱动（如 Framebuffer 或 LVGL 图形库）。
- 通过 SPI 或 RGB 接口连接屏幕。

2. 网络通信模块

功能：
- RS485 指令转发：接收上位机（PC/NI 软件）的指令，通过 RS485 转发至 STM32 节点。
- TCP 通信：与上位机通过以太网交互（如上传数据、接收控制命令）。
协议支持：
- 下行（RS485）：Modbus RTU（轮询 STM32）。
- 上行（TCP）：MQTT/Modbus TCP（与 NI 软件通信）。

3. 电源模块（24V DC 供电总线）

功能：
- 为网关及附属电路（如 RS485 转换芯片）提供 24V 直流电源。
- 通过 DC-DC 降压芯片转换为 5V/3.3V 供 imx6ull 核心板使用。
设计要点：
- 多节点共享供电（总线结构），需考虑电源冗余和滤波。

4. 时统信号生成模块

功能：
- 通过 50kHz 硬件中断 精确控制 IO 口电平翻转，产生同步脉冲信号。
- 经 时统总线（RS485 或专用线路）广播至所有 STM32 节点，确保同步采集。
技术实现：
- Linux 高精度定时器（如 hrtimer）或 FPGA 协处理。
- 驱动代码通过 GPIO 控制信号输出。