データコレクタの紹介
データ収集技術は、工業、航空宇宙、軍事などで実用性が高く、現代技術の発展に伴い、データ収集技術は様々な分野で広く利用され、発展してきた。一方で、データコレクターに対しては、精度、対干渉性、セキュリティ、通信互換性など、より高い要求が出されている。以上の要求に基づき,STM32F101をベースとしたデータコレクタを提案する。このデータコレクタは,RS485通信標準プロトコルとしてMODBUSプロトコルを使用し,信号調整回路はSTM32F101のADサンプリングチャネル間をハードウェアで絶縁して保護している。実験では、このデータコレクタが高い測定精度を持ち、産業用フィールド応用の要件を満たすことが証明された。
信号取得には、主に電圧信号、電流信号、周波数信号、スイッチング信号などがある。 現代技術の発展に伴い、センサは主に標準的な電圧信号と電流信号を出力しているが、センサは外部の非電気信号を標準的な電気信号に変換して出力しているため、このトピックで設計したデータコレクタは、電圧、電流、スイッチングの入出力信号を同時に収集することができ、各部分は独立して動作する。ハードウェアコンディショニング回路には信号分離技術を採用し、データコレクタとホストコンピュータ間の通信プロトコルにはMODBUSプロトコルを使用したRS485通信を採用することで、データコレクタと他の産業機器とのデータ共有を容易にしている。
コストパフォーマンスに優れたSTM32F101をコアプロセッサーとして採用したデータコレクターは、クロック乗算後の処理速度が最大36MHzで、独自の12ビットAD変換チャンネルを備え、データのサンプリングと処理の速度と精度を確保している。
データコレクタの仕組み
データコレクタは、電圧、電流、スイッチングの各入力信号に対応した標準的なサンプリングインターフェースを備えている。アナログ信号のサンプリングインターフェース回路には、信号の絶縁にリニアオプトカプラー「HCNR201」を採用。電圧信号インターフェースは,DC0～5Vの信号を入力でき,入力された電圧信号は,電圧信号調整回路によってフィルタリング,絶縁,制限された後,STM32F101のADサンプリングチャネルに送られる。電流信号インターフェースは,4～20mAの信号を入力でき,入力された電流信号は,精密サンプリング抵抗によって電圧信号に変換され,変換された電圧信号は,電圧信号調整回路で処理された後,ADサンプリングチャネルに送られる。STM32F101は、サンプリングしたデータをソフトウェアで処理した後、RS485通信インターフェースを介してホストコンピュータなどにデータをアップロードし、データの取得、処理、通信機能を完成させる。