ARM Cortex-M3'e Dayalı Devre Bakımı için Akıllı Öğretim Asistanı Sisteminin Geliştirilmesi
Cai Yanna
(Wuxi Mekanik ve Elektrik Yüksek Meslek Teknik Okulu, Wuxi 214028, Jiangsu)
: Devre bakımı için "öğrencilerin öğrenmesi ve öğretmenlerin değerlendirmesi kolay" olan akıllı bir öğretim asistanı sistemi tasarlandı ve uygulandı. Sistem, algılama verileri toplama, A / D dönüştürme ve depolamayı sağlamak için çekirdek olarak STM32 işlemcisini kullanır.BC417 yongasına dayanan Bluetooth modülü, sinyallerin kablosuz iletimi için kullanılır ve Android telefonlar, veri depolama ve görüntüleme ve rehber öğrenme için kullanılır. İki yerleşik sorun giderme modu ile Eclipse tabanlı cep telefonu yazılımı geliştirin. Kullanım sonuçları, sistemin tasarım gereksinimlerini karşıladığını ve basit, akıllı, ilginç ve düşük maliyetli olduğunu göstermektedir.
: Öğretim yardımcıları; akıllı telefonlar; Bluetooth; STM32F103
: TP274; TN925 belge tanımlama kodu: ADoi: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.06.009
Alıntı biçimi Cai Yanna. ARM CortexM3 J 'ye dayalı devre bakımı için akıllı bir öğretim asistanı sisteminin geliştirilmesi. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017, 36 (6): 26-28.
0 Önsöz
Devre arızalarının tespiti ve bakımı, elektronik eğitimin anahtar ve zor noktalarıdır ve multimetre esas olarak tespit için kullanılır. Öğrencilerin yetenekleri eşitsizdir ve gerçek baskılı tahta ile devre şeması üzerindeki test noktaları arasında sezgisel bir bağlantı kurmak zordur. Dahası, geçmişte öğretmenler, öğrencilerin devreyi tamir edip etmediklerine dair ancak verimli bir değerlendirme yapabiliyorlardı ve öğrencilerin sorun giderme becerilerini bilimsel olarak değerlendiremiyorlardı.
Yukarıdaki problemleri çözmek için, STM32 işlemcileri ve akıllı telefonları temel alan "öğrencilerin öğrenmesi kolay, öğretmenlerin değerlendirmesi kolay" bakış açısıyla hazırlanan bu makale, öğrencilerin öğrenme için farklı zorluk modları seçebilmeleri için yeni bir öğretim yardımı sistemi geliştirin, yazılım öğrencilerin ölçüm oluşturmasına yardımcı olabilir Nokta ve devre şeması arasındaki düşünme bağlantısı, öğretmenin öğrencinin sorun giderme ve ölçüm işlemlerine ilişkin süreç verilerini elde etmesini sağlar ve eğitim sonuçlarının değerlendirilmesi için veri desteği sağlar.
1 Genel tasarım planı
Zamanın gelişmesiyle birlikte akıllı telefonlar öğrenciler arasında popüler hale geldi ve yeni bir bilgi yayma aracı olarak rolü şüphesiz. Cep telefonları öğretim etkinliklerine katılmak için bir bağlantı aracı olarak kullanılabilir mi? Bu, esas olarak aşağıdaki sorunları çözmek için, bu sistemin fonksiyonel gereksinimlerinin tasarımının asıl amacı budur:
(1) Basit: Kurulumu kolaydır, multimetrenin ölçüm çubuğunu doğrudan değiştirerek kurulumu tamamlayabilirsiniz.
(2) Zeka: Ölçüm işlemi sırasında, sistem test noktalarının parametrelerini ve test noktalarının sırasını akıllıca kaydedebilir ve test sürecini değerlendirmek için bir veri temeli sağlar.
(3) İlginç: İlgili zorluk seviyesi seçenekleri mobil uygulamada sağlanır.Öğrenciler öğrenme yeteneklerine göre seçim yapabilirler.Öğrencilerin büyük çoğunluğunun görevi tamamlayabilmesini sağlarken, öğrenmeye olan ilgiyi de arttırır.
(4) Düşük fiyat: düşük maliyetli ve tanıtımı kolay.
Sistem iki bölümden oluşur: donanım algılama devresi ve cep telefonu öğretim asistanı yazılımı Donanım algılama devresi temelde çekirdek kontrol modülü (A / D dönüşümü dahil), güç kaynağı devresi ve Bluetooth modülünü içerir Genel yapı tasarımı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Sistem, ana kontrol yongası [1] olarak STM32F103RBT6 yongasını seçer. Çip ile birlikte gelen 12 bit yüksek hassasiyetli A / D ile algılanacak verilerin yüksek hızlı A / D edinimi ve edinim parametreleri DMA kanalı üzerinden ARM yongasına yerleşik 1 KB yüksek hızlı dahili RAM'e gönderilir. Ana kontrol çipi üzerinden dijital filtreleme yapıldıktan sonra elde edilen veriler Bluetooth modülü üzerinden Android akıllı telefona yüklenir ve cep telefonundaki sorun giderme asistanı APP ile çalışır.
2 donanım tasarımı
2.1 Devre ana kontrol çekirdeğinin ve A / D dönüşümünün gerçekleştirilmesi
Tasarım gereksinimleri göz önüne alındığında, ana kontrol yongası kaynaklarının zengin olması, çevre bileşenlerinin olabildiğince azaltılması ve sistemin minyatürleştirilmesi umulmaktadır.Aynı zamanda A / D değerlerini önbelleğe alıp Bluetooth üzerinden yükleyebilen hatırı sayılır bir işleme kabiliyetine sahip olması gerekmektedir. Bu nedenle, STMicroelectronics'in STM32F103RBT6 yongası, 72 MHz'e kadar bir frekansta çalışabilen yüksek performanslı ARM CortexTM-M332-bit RISC çekirdeği kullanılarak kontrol çekirdeği olarak seçilmiştir [2]. Dahili salınımı kullanarak, en küçük devre sisteminin yalnızca en basit sıfırlama işlemini oluşturması gerekir ve sıfırlama sinyali NRST pininden çıkar.
Dahili 12-bit A / D dönüşümü kullanılarak, test edilecek devre voltajı A / D dönüşüm aralığını aşan 12 V'a kadar çıktığı için, voltajı bölmek için yüksek hassasiyetli bir direnç devresi kullanılır ve ardından ana kontrol çipine [3] gönderilir. Toplanan veriler, DMA kanalı aracılığıyla dahili RAM'e aktarılır.
2.2 Güç Yönetimi
Taşınabilirlik ve esnek çalışma gereksinimlerinden başlayarak, genel devre bir multimetrenin ölçüm çubuğu ile yaklaşık aynı boyuttadır Elde tutulan test ekipmanı, sisteme güç sağlamak için bir lityum pil ile donatılmıştır ve gerektiğinde 3,3 V güç kaynağı sağlar.
Lityum pil devreye güç sağladığında, sistemin çalışmasını sağlamak için XC6206 voltaj modülatöründen kararlı bir 3,3 V voltaj çıkar. Güç kaynağından yüksek frekans parazitini ortadan kaldırmak için her güç kaynağı kablosuna bir 104 kapasitör paralel olarak bağlanır. Lityum pili şarj ederken, TP4057 çipi ile tamamlanır.Tek hücreli lityum pilin voltajı, tam şarj olduğunda 4,2 V olarak sabitlenir.Çip, yeniden şarj önleme fonksiyonuna [4] sahip olduğu için, harici bileşenler basittir ve ek izolasyon diyotları ve algılama dirençleri gerektirmez. . Düğme aracılığıyla ana kontrol çipinin PA0 pinine yüksek potansiyeli yönlendirin, sistemi hızlı bir şekilde uyandırmak için bekleme durumundaki düğmeye basabilir ve düğme sinyalini program aracılığıyla bir parametre kayıt işareti olarak gönderebilirsiniz.
2.3 Bluetooth iletişim devresi
Operasyonda toplanan ve saklanan veriler, kısa mesafeli kablosuz iletişime ait olan hepsi aynı konsolda olmak üzere akıllı telefona yüklenmelidir.Bluetooth teknolojisi, düşük güç tüketimi ve en uygun olan hızlı iletim özelliğine sahiptir. Bu tasarım, CSR Company [5] BC417 yongasını seçer, donanım devresi Şekil 2'deki gibi gösterilir. Tüm sistem bir lityum pil ile çalıştırıldığı için, genel güç tüketimini mümkün olduğunca azaltmak için 3,3 V güç kaynağı doğrudan Bluetooth çipine beslenmez, ancak STM32 ana kontrol çipinin PA8'i tarafından kontrol edilir.Bluetooth iletişiminin başlatılması gerektiğinde, PA8 düşük seviyede çıkış verir. Transistör Q2 açılır ve Bluetooth çipi çalışma voltajını alır ve çalışmaya başlamak için zemini ana kontrol çipi ile paylaşır. Gönderme pimi TX, ana kontrol çipinin PA10 / RX'ine bağlanır ve alıcı pini RX, ana kontrol çipinin PA9 / TX'ine bağlanır Ana kontrol çipinde A / D tarafından toplanan ve saklanan veriler Bluetooth aracılığıyla akıllı telefona iletilir.
3 yazılım tasarımı
3.1 STM32 devre algılama terminalinin dahili programı
KeilVision4 IDE geliştirme platformunu kullanın, C dilinde eksiksiz bir program tasarlayın. Program akışı Şekil 3'te gösterilmektedir. Ana program ilk olarak sistemin açılışını tamamlar ve ardından Bluetooth gönderme, A / D örnekleme ve uyku zamanlaması sırasıyla çalışır. Akıllı telefona Bluetooth ile bağlanın, toplanan ve saklanan verileri telefona gönderin ve ardından toplamaya ve saklamaya devam edin.Algılama işlemi durumunda Bluetooth gönderme ve A / D örnekleme adımları tekrarlanır. 3 dakika içinde toplama yoksa, Daha sonra uyku uyanma devresi tarafından uyandırılıncaya kadar uyku durumuna girer.
3.2 Cep telefonu sorun giderme yardımcısı yazılımı
Android PC yazılımı geliştirmek için Eclipse platformunu kullanın [6]. Cep telefonu yazılımı başlatıldıktan sonra, önce el cihazına Bluetooth aracılığıyla bağlanın. Ardından öğrencilerin seçim arabirimi aracılığıyla sorun giderme modunu seçmelerine izin verin ve yazılımın iki yerleşik sorun giderme modu vardır. Spesifik yazılım süreci Şekil 4'te gösterilmektedir.
(1) Serbest mod
Test noktalarını bağımsız olarak seçme konusunda zayıf mesleki beceriye sahip öğrenciler için uygundur.Yazılım, el cihazı tarafından ölçülen çeşitli fiziksel parametreleri doğrudan alır ve bunları yazılım arayüzünde görüntüler; öğrenciler bağımsız olarak devre arızalarının yerini belirleyebilir ve test verilerine dayanarak bakım gerçekleştirebilir.
(2) Önyükleme modu
Güçlü profesyonel yetenekleri olan öğrenciler için uygundur.Öncelikle test edilecek ekipmanın arıza fenomenini seçin, yazılım algoritmaları aracılığıyla olası arıza yerini analiz edin ve öğrencileri, bunları tespit etmek için elde taşınan test ekipmanını kullanmaları için yönlendirin. Test sonuçları, yazılımda depolanan doğru verilerle karşılaştırılır. Tespit sonucu normal aralık içindeyse, öğrencileri bir sonraki olası arıza yerini tespit etmeleri için yönlendirmeye devam edin. Algılama sonucu aralık dahilinde değilse, hata noktası bulunana kadar hata aralığını daraltın.
4 veri filtreleme
Tespit edilen voltaj dönüşüm verilerinin doğruluğunu sağlamak için, A / D örnekleme programında ortalama filtreleme algoritması benimsenir ve nihayetinde gerçek zamanlı tespit edilen A / D değeri filtrelenerek düzgün ve kararlı A / D örnekleme verileri elde edilir. Ana kod aşağıdaki gibidir:
DataTransfer'ı geçersiz kılma (u32 * p)
{
u32 AdcChannel1 = 0;
u8 i;
için (i = 0; i < 128; i ++)
{
AdcChannel1 + = ADC_ConvertedValue i;
}
* p = AdcChannel1;
}
5. Sonuç
Öğrencilere devre şematik diyagramını anlamayı ve sorun giderme akış çizelgesini kullanmayı etkin bir şekilde öğretmek ve öğretmenin öğrencinin bakım ve denetleme süreç verilerini toplamasına yardımcı olmak için devre bakım yardımcı öğretim sistemi geliştirilmiş ve pratik öğretim karşılaştırma deneyi gerçekleştirilmiştir.Karşılaştırma sonuçları Tablo 1'de gösterilmiştir. Göstermek. Karşılaştırma ve doğrulama sonuçları, bu sistemi kullandıktan sonra, öğrencilerin farklı türdeki hataları gidermek için harcadıkları sürenin önemli ölçüde kısaldığını ve tüm öğrencilerin bakım başarı oranının önemli ölçüde arttığını göstermektedir. Sistem tasarım amacını karşılıyor Mobil APP açıldıktan sonra, el cihazına Bluetooth ile bağlanın ve sorun giderme modunu seçin. Arıza tespiti için el test ekipmanını kullanın, ARM çipi ve Bluetooth gönderme modülü birlikte çalışır; cep telefonu yazılımı, elde tutulan cihaz tarafından ölçülen çeşitli fiziksel parametreleri doğrudan alır ve bunları normal olarak ekranda görüntüleyerek öğrencileri diğer işlemlere yönlendirir.
Referanslar
[1] Xu Ziyuan, RTX işletim sisteminin STM32RBT6 yongasında nakli ve uygulaması J Müfredat Eğitim Araştırması, 2015 (35): 248-249.
2 Wang Yongchao. STM32F103RBT6'ya Dayalı Elektrikli Araç Akü Yönetim Sistemi Araştırması D Harbin: Harbin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2015.
[3] Wang Hui, Chen Changzheng STM32F103RBT6 [J] 'ye dayalı titreşim sinyali edinme sistemi Çevre Teknolojisi, 2013 (5): 56-58.
[4] Huo Xinxin Piezoelektrik dönüştürücülerin paralel çıkış karakteristikleri ve arayüz devresi üzerine araştırma D Dalian: Dalian University of Technology, 2014.
5 Lv Liya, Wang Zhaowu Otomotiv CAN ağ sinyalleri için Bluetooth tabanlı kablosuz ölçüm sistemi J. Bilgisayar Ölçümü ve Kontrolü, 2009,17 (2): 281-283 + 286.
6 Liu Hongxing, Xie Yushan Eclipse geliştirme platformu ve uygulaması J Journal of Wuhan University of Technology (Information and Management Engineering Edition), 2005,27 (2): 89-92.
