摘
要
:
针
对
工
厂
重
要
设
备
运
输
途
中
可
能
损
坏
的情
况
,
本
文
设计
了一
套
采
用
STM32F103+FPGA
框
架
的无线
传输
的
振
动 信号
采
集
存储
系统
,
可以
用
于
重
要
设
备
运
输
过
程
中
异
常
振
动
的
实
时
监
测
。
首先
将
系统
刚
性
连
接
在
被
运
输
设
备
上
,
通过三 轴振动传
感
器
获
得振
动
数据
,
FPGA
对
数据
进
行
采
集
、
存储
,
STM32
通过
无线
模
块
将
数据
发
送
至
相
应
的
上
位
机中
、
进
行 相应
的
振
动
参
数
判
断
,
以
确
定
设
备
的
运
输
状态
。
振
动
台实
验
与
实际
碰撞
实
验结果
证
明
,
该
无线
三
轴振
动
信
号
采
集
存储
系统能
够
应用
于
运
输
设
备
的
异
常
振
动
监
测
,
且
具
有
易
安
装
、
测
量
快速
准确
等
特点
。
0
引 言
振动
是一
种
普
遍
存
在
的现
象
。
虽
然
利
用振动
特
性
生
产
的振动
筛
[
1
]
、
压
路
机
等
设备
给
日
常
生
活
带
来
了
许
多
便利
,
但是
更
多
的振动
往往
会
破坏
机
械
设备
[
2
]
,
比如
在
运
输
过
程
中产
生
的异常振动
往往
会
危
害
到
运
输设备的安
全
,
为
了
确
保工
厂
某
些重
要
设备
运
输的安
全
性
,
本
文
利
用
STM32
和
FPGA
设
计
了一
套
无线三轴振动采
集
存储系统
[
3
]
。
目
前
,
大
多
数振动
监
测设备
都
是
通
过
有
线的振动传感
器
[
4
]
采
集
数据
,
但是
运
输
过
程
中
线
缆
不
方
便
布
置
,
数据
不
能
实时传输
到
上位
机
,
对
运
输设备的异常振动
情
况
不
能
做
到
实时
监
测
。
本
文
设
计
的无线三轴振动采
集
存储系统
,
以
STM32F103
单片
机为
主要
控制
单
元
,
采用三轴加
速
度传感
器
,
FPGA 将
采
集到
的数据
写
入
FLASH
,
并
且
通
过
SPI
协议
将
数据
发
送
给
STM32F103
,
STM32F103
将
采
集到
的数据通
过
无线
模
块
nRF24L01
发
送
到
上位
机
,
上位
机将
数据
进
行
分
析
显
示
。
本
文
以
测
试
振动
台
[
5
]
为
试
验
对
象
,
将
采
集到
的振动加
速
度
信号
[
6
]
存
入
FLASH
,
并
且
通
过
无线模
块
将
数据
发
送
至
上位
机
软
件
。
系统预
留
了
有
线
以
太
网
口
,
确
保
数据
能
够
安
全
可
靠
地
传输
至
上位
机
。
1
设计
方
案
本
系统
主要
分
为
采
集
存储模
块
和
上 位
机
软
件
部
分
。
系统
整体结
构
框
图
如
图
1
所示
。
1.1
硬
件
设计
采
集
存储模
块
主要
包括
主
控
单
元
,
以
及
信号
采
集
、
调
理
、
存储
,
数据
发
送
,
EEPROM
模
块
和
供
电
模
块
。
①
主
控
单
元
。
主
控
单
元
采用
STM32F103RCT6
,
FPGA
采 用
Spartan 6
系
列
的
XC6SLX16
CSG225
,
具
有
160
个
通用
I
/
O
。
FPGA
与
STM32
使
用
标 准
SPI
协 议
进
行
通
信
,
STM32F103RCT6
通
过
无线模
块
接
收
上位
机
软
件的
指
令
,
然
后
通
过
SPI
通
知
FPGA
做
出
相
应的操作
。
②
信号
采
集
。
主要
是
三 轴 加
速
度
传感
器
与
A
/
D
转
换
模
块
,
采
集到
的
信号
为
振动加
速
度
信号
。
加
速
度传感
器
的
选
型
主要
考虑
传感
器
的量程
、
灵
敏
度
以
及
价
格
等
因
素
,
选择
了
国产
的
压
电
式
IEPE
三 轴 加
速
度 传 感
器
,
其
产
品
型
号
为
A27F01Z
。
此
款
传感
器
的测量
范围为
±2000G
,
频
率
范围为
2
~
5000Hz
,
供
电电
压
为
5V
,
工
作
电
流
为
2
~
10mA
,
正
常
工
作
偏
置
电
压
为
2.5V
。
A
/
D
转
换
模
块
采用的
是
ADS8681
,
传感
器
信号
经
过
模
拟
板
信号
调
理电路
之后
,
进
入
A
/
D
芯片
转
换
成
数
字信
号
之后
存
入
FLASH
。
三轴振动数据的采
集
采用
3
个
16
位
的
ADS8681
,
最
大采
样
率
为
1 Msps
,
供
电电
压
为
3.3V
(
数
字
供
电
)
和
5V
(
模
拟
供
电
),
参考
电
压
采用
自
身
内
部
4.096V
的
参考
电
压
,
其
电路
原
理
图
如
图
2
所示
。
的
主要
器
件
为
AD8030
运放
。
④
信 号
存 储
。
存 储 模
块
主 要
实现实 时 存 储 传 感
器
采
集 到
的 数
据
,
避免
突
然
掉
电
等
不
可
抗
因
素
导
致
的数据
丢
失
。
FLASH
采用
镁
光
公 司
的
非
易
失
性
NAND
型
MT29F4G08ABADA
闪
存 存 储
器
对
A
/
D
转
换
的数据
进
行
实时存储
,
如
图
4
所示
。
MT29F4G08ABADA
的存储
容
量
是
4GB
,
内
部
分
成
4096
个
块
,
每
个
块
有
64
页
,
页
编
程时
间为
200
μ
s
,
数据
写
入
速
度
约
为
8 Mbps
,
块
擦
除
时
间为
2ms
。
⑤
数据
发
送
。
通
过
无 线 模
块
nRF24L01
发
送
数 据
,
当
前
端
A
/
D
采
集到
的数据大于设
置
阈
值
时
,
FPGA
将
数
据
写
入
FLASH
,
并
通
过
SPI
将
数 据 传 输
给
STM32
,
STM32
将
数据通
过
无线模
块
nRF24L01
发
送
给
上位
机
。
⑥
EEPROM
模
块
。
EEPROM
主要
是
用于存储配
置
参
数
(
阈
值
、
延
时
以
及 采
集
时
长
),
系 统
上
电
后
,
FPGA
从
EEPROM
中
读
取
配
置参
数
,
将其
设
置
成
相
对
应的
参
数
。
⑦
电
源
模
块
。
采用
单
独
一
块
电
源
转
换
电路
板
给
系统
供
电
,
如
图
5
所示
。
外
部电
源
采用
3.7V
可
充
电
锂
电
池
供
电
。
在
完
成
以
上
电路
设
计
之后
,
制作
了
集成
化
印
制
电路
板
,
如
图
6
和
图
7
所示
。
1.2
硬
件
程
序
设计
程
序
设
计
核心
部
分是
通
过
主
控
FPGA
实时
监
测
A
/
D
数据输
出
,
一
旦
A
/
D
输
出
数据大于预
先
设
置
的
阈
值
,
FPGA
就
将
A
/
D
输
出
数据
写
入
FLASH
,
采
集
时
长
为
预
先
设
定
值
。
同
时
,
FPGA
通
过
SPI
协议
将
数据传输
给
STM32
,
STM32
通
过
无线模
块
将
数据传输
至
上位
机
,
系 统 程
序 流
程图
如
图
8
所示
。
1.3
上
位
机
软
件
设计
上位
机
软
件
主要
通
过
无线
接
收
终端
对
系统
进
行
配
置
、
查询
以
及数据
接
收
处
理
。
①
配
置
。
上位
机
通
过
无线
接
收
终端
向
下
位
机
发
送
配
置
指
令
,
配
置
信
息
包括
采
集
时
长
以
及
A
/
D
阈
值
。
②
查询
。
上位
机
通
过
无线
接
收
终端
向
下
位
机
发
送
查
询
指
令
,
下
位
机
接
收
到
之后
通
过
串
口
返
回
配
置
信
息
(
若
未
配
置
,
则
返
回值
全
1
)。
③
数据
接
收
处
理
。
上位
机
通
过
无线
接
收
终端
将
接
收
到
的数据
进
行
实时
显示。
2
实
际碰撞
试验
与
振
动
台测
试
及
结果分
析
2.1
实
际碰撞
试验
为
了
模
拟
设备
在
实
际
运
输
过
程
中
因
为
碰撞
产
生
的振
动
,
将
系统
与地
面以
一
定
加
速
度
使
其
发
生
碰撞
,
此
时系统
设
置
的
A
/
D
阈
值
为
5g
,
上位
机
接
收
到
系统
因
碰撞
而
产
生
的振动
信号
如
图
9
所示
。
由
图
9
可
知
,
本
系统
对
碰撞
产
生
的 振 动
信 号
比 较
灵
敏
,
能
够
较
好
地
将
信号
采
集
并
转
发
至
上位
机
。
图
中
,
横
坐
标
为
采
样
时
长
,
纵
坐
标
为
A
/
D
量
化
值
。
2.2
振
动
台测
试
结果
本
系统
使
用振动
台
来
验证系统的可用性
,
选择
苏
州
苏
实
试
验
仪
器
有限公司
生
产
的型
号
为
TBR 300B
、
台
体
型
号
为
DC 1000 15
的振动
台
,
如
图
10
所示
。
首先
,
利
用
上位
机
软
件配
置
好
阈
值
和
采
样
时
长
,
将
系
统安
装
固
定
在
振动
台
上
之后
,
将
振动
台
设
置
成
不
同
大
小
加
速
度
环境
下
验证系统的可用性
。
当
振动
台
振动大于系统设
置
的
A
/
D
阈
值
时
,
系统通
过
无线模
块
将
数据
上
传
至
上位
机
软
件
,
上位
机
软
件
将
数据
显示
出
来
,
以
达
到
实时
监
测的
目
的
。
图
11 10g
加
速
度
曲
线
图
11
、
图
12
所示
分别是
系统
在
阈
值
为
6g
、
振动
台
加
速
度
为
10g
,
以
及
阈
值
2g
、
振动
台
加
速
度
为
5g
的振动数据
曲
线
。
图
13
、
图
14
分别是
系统
另
外
两
个
轴的振动
曲
线
。
图
15
是
系统
在
阈
值
为
9g
、
振动
台
加
速
度
为
14.5g
环境
下
的振动数据
曲
线
。
图
16
是
系统
在
阈
值
为
3g
、
振动
台
加
速
度
为
7.5g
环境
下
的振动数据
曲
线
。
4
结
语
本
文
通
过
研 究
LDPC
编
码
原
理
,
设
计 电 路
实 现
其
在
FPGA
硬件的
板
级
验证
,
并
在
此
基
础
上
通
过
EDA
工
具完
成
后
端
的
自
动
布
局
布
线
流
程
。
通
过
分
析
验证
,
完
成
工
程的
芯片化
制作
,
并
通
过
板
级
验证
得
到
完
整
的
8176
位
的
编
码
,
解决了
LDPC
编
码
在
硬件实现
上
的问
题
,
提
出
一
种
新型
编
码方
案
,
利
用
IC
设
计
实现
从
宏
观
到
微
观
的操作
流
程
,
为
探
索
芯片
国产
化
进
程
添
砖
加
瓦
。