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摘要为解决旋转弹丸试验中数据采集实时性的问题，本文对无线实时采集系统进行了研究，对数据采集的背景和国内外发展现状做了简单的阐述，介绍了无线技术在数据传输上的应用以及本文所用到的 nRF24L01 收发芯片的工作原理，选取了以 STM32为主控芯片的无线收发模块并开发了下位机程序，以 Labview为平台开发了上位机程序，并进行了数据采集实验。实验表明，基于 nRF24L01芯片的无线数据收发系统适用于弹丸数据的实时采集。 27374
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毕业论文关键词 数据采集 nRF24L01 STM32F103 Labview
Title Data acquisition system of high speed rotating projectile
Abstract To solve the problem of the real time data acquisition in rotating projectile test, is studied in this paper, the wireless real time acquisition system, data acquisition on the background and development situation at home and abroad to do a simple elaboration, the author introduces the application of wireless technology in data transmission and nRF24L01 transceiver chip used in this paper the working principle of the selection of the STM32 as main control chip of wireless transceiver module and developed under a machine program, based on the Labview platform developed PC program, data acquisition is made and experiments has been done. Experiments show that the wireless data transceiver system based on nRF24L01 chip is suitable for the projectile of real-time data acquisition. Keywords data collection nRF24L01 STM32F103 Labview
目 次
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2数据采集与传输 1
1.3国内外发展现状 2
1.4研究的目标 . 3
第2章 无线收发系统选型 4
2.1 无线技术简介 .. 4
2.2 nRF24L01芯片 . 4
第3章 下位机程序开发. 12
3.1 STM32主控芯片 .. 12
3.2 串口技术 .. 13
3.3 数据传输程序设计 13
第4章 上位机程序开发. 17
4.1虚拟仪器介绍 . 17
4.2 Labview软件介绍 18
4.3界面设计 .. 19
4.4程序设计 .. 20
第5章 数据采集实验 27
5.1 实验硬件介绍 . 27
5.2数据分析 .. 28
结 论.. 29
致 谢.. 30
参考文献.. 31
附录A下位机程序 32
1 绪论 1.1 研究背景 武器弹药命中精度的精确化是现代武器发展的重要方向。武器的精确化最终体现在精确打击目标，完成作战所规定的任务而又不过分破坏非军事设施，也就是精确命中目标本体或造成目标不再有效履行任务的环境。对于炮弹与导弹而言，是攻击或制导的末端尽可能将命中点集中在目标上，即对武器的制导部分有更高的要求。制导的前提之一是在导弹飞向目标的过程中，不断的测量导弹的实际运动弹道和理想运动弹道之间的偏差，据此偏差的大小和方向形成控制指令，在此指令作用下，通过控制系统控制导弹改变运动状态，消除偏差。实时精确测量弹体的各种实际飞行参数成了制导的关键，发展飞行参数实时测量装置也成为重点。 高旋弹丸数据采集系统，实时测量弹体滚转角，输出弹旋基准位置信号，可以方便的研究弹丸的飞行状态，对弹丸性能作出评估，同时亦可为导弹弹道修正提供必要的参数，具有低成本，小体积、抗高过载等优点。实时测量并传回高旋弹丸的姿态数据，并将数据提供给制导系统，进行弹道修正后，能够大大提高武器的命中率、杀伤力，可以有效的提高我军的战斗力，为取得战争的胜利奠定坚实基础。此外，本测试技术的研究对各种弹丸姿态的测试研究、弹丸的姿态测试技术也具有现实的意义。 1.2 数据采集与传输 数据采集系统最初研究的目的在于测试时不需要依赖于测试的相关文件，并且可以由不熟悉的工作人员操作，由此，使得测试更加高效、更加灵活。随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表和计算机三者结合的数据采集系统，由于这种数据采集系统拥有着非常优秀的性能， 超越了普通的自动检测仪器和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展[1]。 数据采集器是一种具有即时采集，快速分析等功能的分析仪器。通过安装的机器上的各种传感器采集信号， 加上各种各样的测量和分析方法以及各种显示形式组成的检测系统，可以用于电路状态的定期监测和机器故障的诊断等领域。它可以和计算机一起独立的监测和诊断系统，是辅助诊断机械设备的方法之一。 数据采集系统的主要任务是：捕捉传感器输出的模拟信号，并将其转换为计算机可识别的数字信号，然后再发送到计算和处理的计算机，获得所需的数据。在同一时间，将计算出的数据显示或者打印出来，以实现监测某些物理量，其中的一部分数据也将用来控制计算机控制系统过程中产生的某些物理量。数据采集系统的性能主要取决于它的精度和速度[2]。 数据传输简单的说，就是将数据从一个地方送到另一个地方的过程。数据传输的方法主要有三类：基带传输、频带传输和数字数据传输。基带传输是由数据终端将二进制电信号“0 或 1”直接传输到电路的传输方式，主要适用于短距离的数据传输。但是大部分的传输通道都是带通型的，基带信号无法通过，于是采用调制的方法把基带信号调制到可以通过的带宽范围进行传输，传输完成后再调制回原来的带宽，这就是频带传输，不过这种传输方法效率较低。由于上述两种传输方式存在着的一些缺点，出现了数字数据传输的方式，这种方法效率高，传输质量好，可以传输 64kb/s 的数据信号。 1.3 国内外发展现状 我国一些仪器厂已研制出了多种数据采集器，其中单通道的有 SP201， SC247型，双通道的有EG3300，YE5938 型，超小型的有 911，902和921 型，具有采集静态信号的有SMC-9012型，所配套的软件包基本上包括了设备文修管理和基本频谱分析两大部分，能够适应机器设备的一般状况监测和故障诊断，基本已经达到了国外数据采集器的初期水平[3]。但是和国外数据采集技术还有一定的差距，主要体现在下面几个方面： （1）由于国内的传感器水平不够先进，导致能够分析的频率范围不够大，因此一部分低速的轴承和器械的测量尚有一些困难； （2）数据采集器的内存较小，导致即使的信号处理能力较弱，只能做一些简单的检测，具体的分析还要用计算机进行； （3）数据采集系统的功能不够全面，尚有一部分功能无法实现。 随着测控技术、微电子技术、数字通信技术、计算机技术的发展，数据采集技术发展迅速。主要的发展方向是：功能更多，体积更小，使用更便捷。具体的特点在于： （1）它不仅是数据采集，还是具备很多功能的机器状态分析仪器，除了常用的时域分析和频域分析，还可以进行时频域、包络谱、倒谱和细化等功能； （2）它不仅能作为数据采集器使用，还可以当做其它仪器来使用； （3）从低速到高速，从低频到高频，覆盖面很广； （4）它可以兼容很多种传感器，例如过程传感器、电量传感器、振动传感器等。可以测量多种物理量，如：电流、电压、速度、位移、压力、温度等。构成多参数监测系统； （5）数据采集器配套的软件能够兼容各种不同档次，不同型号的采集器。更加便捷，功能更强。 1.4 研究的目标 （1）芯片选型并设计数据传输节点，包括一套发送器及一套接收器； （2）基于STM32，编写下位机程序； （3）在 Labview平台编写上位机程序； （4）在旋转试验台上完成数据采集和传输实验。 为了实现上述的研究目标，首先要对无线数据传输有一定的了解，这样才能选取适当的发送和接收设备；其次，要了解 STM32 主控的芯片的基本信息和基于STM32 芯片的下位机程序编写的流程和注意事项，这样有助于简化编写过程，减少开发时间；然后，要学习 Labview这款编程软件，它完全不同其他的文字编程，采用了图形编程，是编程过程更加形象。最后，要使上/下位机成功响应，才能上试验台进行实验。
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