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[摘 要]本文介绍了一种振动测量系统，给出了用交流发电机测振动，产生电压，进行整流电路处理后，实现与STM32F103通信，再通过蓝牙通信模块与手机连接，反应实时电压数据，并且通过滤波算法实现对振动信号的处理。测试结果表明，此振动监测系统 达到了预期的设计要求。
[关键词]振动测量；STM32F103；滤波算法；
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0369-01
1、引言
在现代生产和生活中，振动关乎着工业设备的运行状态，是重要的工艺参数。对于人的生活来说，振动程度关乎着人的体感舒适程度。简单的测量设备已经不能满足进步的需要。 而以ARM公司的 CortexTM- M3 为内核的 32位微控制器 STM32F103 正以其运行速度快、成本低 廉价的优势在本领域得到逐渐广泛的应用。本文系统可以测量各种振动，体积较小，可与手机实时通信。
2、系统构成和工作原理
系统的基本工作原理：在本次设计中通过振动使发电机发电，因为波形比较紊乱，且电压数值对于stm32芯片来说过大，所以本设计将产生的交流电进行整流滤波和同比例缩小，运用OP07电路使输出阻抗足够大，输入阻抗小，完全采集振动电压值，通过ADC通道1采集信号，加入滑动滤波算法，在运用蓝牙通信模块HC05与手机或其他蓝牙设备进行通信。通过显示的电压值，就可以将振动情况实时的显示出来。
（1）交流发电模块。
实验采用交流发电机，外部加入齿轮调节减速比。配齿条，当振动发生时，齿条带动齿轮转动发电。将电压信号接入信号处理。
（2）信号处理模块。
首先将交流电通过整流电路，整流电路由四个二极管组成，后接低通滤波电路，滤去高频干扰部分，选取R=16Ω，C=20nF，由临界频率计算公式f=1/2πRC，得出临界频率为500Hz，高于500Hz将不能通过。后运用电阻分压原理，将电压同比例缩小1/3，以适应stm32的串口输入要求。
后接OP07同比例运放电路，Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等方面。
稳压二极管接3.3v电源，用于保护stm32串口输入。
（3）ADC模块。
通过stm32内部ADC1读取通道PA1上的电压，参考电压3.3v，设置波特率9600bt，后与hc05蓝牙通信模块通信。
ADC部分程序ADC_RegularChannelConfig（ADC1， ch， 1， ADC_SampleTime_239Cycles5 ）；//选用adc通道1，采样时间5ms一周期。adc转换结束后，在主程序中加入滑动滤波部分，获取adc转化后的值，十个值为一组。滑动平均滤波就是把连续取得的N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样得到一个新数据放到队尾，并丢掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行平均运算，就可以获得新的滤波结果。经过滑动滤波之后，波形整体变得平滑。 滑动平均滤波程序如下：#define FILTER_N 10
int filter_buf[FILTER_N + 1]；
u16 Filter（u8 ch，u8 times） { int i； float filter_sum = 0； filter_buf[FILTER_N] = Get_Adc_Average（ch，times）； for（i = 0； i < FILTER_N； i++） { filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]； filter_sum += filter_buf[i]； }
return （filter_sum / FILTER_N）； }
經过滑动滤波后，避免因为发电机产生的紊乱波形引起测量偏差。
（4）通信模块。
对于通信模块，采用HC05蓝牙通信模块，当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，我们可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将将蓝牙当做串口用。当建立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。
3、结果
通过对st32实施测算电压值，从而得到振幅的实验显示。我们转动发电机，仿真振动使其转动得电压值在4v左右波动，比特率9600bt，采用双12v电源对芯片供电得输出电压值在1.3v左右波动，符合电路分压1/3的设计。
4、结语
本实验针对精度的要求不高，主要适用于对于振动体感的测量和大型机械振动程度，实时性比较强，芯片和处理器的速度快。可以与手机通信，显示出当前瞬时振动程度和平均振动水平，配有软件显示振动电压波形图像。
参考文献
[1]刘再东，祝忠明，周波，史钦文基于 STM32F103 的振动监测系统设计[J].中国集成电路，148期：73-78.
作者简介
史吴斌（1996.11.07-）男，汉族，安徽省滁州市，身份证号：341103199611071612，本科生，研究方向：自动化。
熊长贵（1996.07.18-）男，汉族，贵州省贵阳市，身份证号：520121199607187212，本科生，研究方向：自动化。
王希仁（1997.07.16-）男，汉族，河南省南阳市，身份证号：412929199707166516，本科生，研究方向：自动化。
高瑞龙（1996.07.29-）男，汉族，河南省登封市，身份证号：410185199607290515，本科生，研究方向：自动化。
侯玉峥（1997.07.13-）男，汉族，河南省安阳市，身份证号：410522199707135818，本科生，研究方向：自动化。
[关键词]振动测量；STM32F103；滤波算法；
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0369-01
1、引言
在现代生产和生活中，振动关乎着工业设备的运行状态，是重要的工艺参数。对于人的生活来说，振动程度关乎着人的体感舒适程度。简单的测量设备已经不能满足进步的需要。 而以ARM公司的 CortexTM- M3 为内核的 32位微控制器 STM32F103 正以其运行速度快、成本低 廉价的优势在本领域得到逐渐广泛的应用。本文系统可以测量各种振动，体积较小，可与手机实时通信。
2、系统构成和工作原理
系统的基本工作原理：在本次设计中通过振动使发电机发电，因为波形比较紊乱，且电压数值对于stm32芯片来说过大，所以本设计将产生的交流电进行整流滤波和同比例缩小，运用OP07电路使输出阻抗足够大，输入阻抗小，完全采集振动电压值，通过ADC通道1采集信号，加入滑动滤波算法，在运用蓝牙通信模块HC05与手机或其他蓝牙设备进行通信。通过显示的电压值，就可以将振动情况实时的显示出来。
（1）交流发电模块。
实验采用交流发电机，外部加入齿轮调节减速比。配齿条，当振动发生时，齿条带动齿轮转动发电。将电压信号接入信号处理。
（2）信号处理模块。
首先将交流电通过整流电路，整流电路由四个二极管组成，后接低通滤波电路，滤去高频干扰部分，选取R=16Ω，C=20nF，由临界频率计算公式f=1/2πRC，得出临界频率为500Hz，高于500Hz将不能通过。后运用电阻分压原理，将电压同比例缩小1/3，以适应stm32的串口输入要求。
后接OP07同比例运放电路，Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等方面。
稳压二极管接3.3v电源，用于保护stm32串口输入。
（3）ADC模块。
通过stm32内部ADC1读取通道PA1上的电压，参考电压3.3v，设置波特率9600bt，后与hc05蓝牙通信模块通信。
ADC部分程序ADC_RegularChannelConfig（ADC1， ch， 1， ADC_SampleTime_239Cycles5 ）；//选用adc通道1，采样时间5ms一周期。adc转换结束后，在主程序中加入滑动滤波部分，获取adc转化后的值，十个值为一组。滑动平均滤波就是把连续取得的N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样得到一个新数据放到队尾，并丢掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行平均运算，就可以获得新的滤波结果。经过滑动滤波之后，波形整体变得平滑。 滑动平均滤波程序如下：#define FILTER_N 10
int filter_buf[FILTER_N + 1]；
u16 Filter（u8 ch，u8 times） { int i； float filter_sum = 0； filter_buf[FILTER_N] = Get_Adc_Average（ch，times）； for（i = 0； i < FILTER_N； i++） { filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]； filter_sum += filter_buf[i]； }
return （filter_sum / FILTER_N）； }
經过滑动滤波后，避免因为发电机产生的紊乱波形引起测量偏差。
（4）通信模块。
对于通信模块，采用HC05蓝牙通信模块，当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，我们可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将将蓝牙当做串口用。当建立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。
3、结果
通过对st32实施测算电压值，从而得到振幅的实验显示。我们转动发电机，仿真振动使其转动得电压值在4v左右波动，比特率9600bt，采用双12v电源对芯片供电得输出电压值在1.3v左右波动，符合电路分压1/3的设计。
4、结语
本实验针对精度的要求不高，主要适用于对于振动体感的测量和大型机械振动程度，实时性比较强，芯片和处理器的速度快。可以与手机通信，显示出当前瞬时振动程度和平均振动水平，配有软件显示振动电压波形图像。
参考文献
[1]刘再东，祝忠明，周波，史钦文基于 STM32F103 的振动监测系统设计[J].中国集成电路，148期：73-78.
作者简介
史吴斌（1996.11.07-）男，汉族，安徽省滁州市，身份证号：341103199611071612，本科生，研究方向：自动化。
熊长贵（1996.07.18-）男，汉族，贵州省贵阳市，身份证号：520121199607187212，本科生，研究方向：自动化。
王希仁（1997.07.16-）男，汉族，河南省南阳市，身份证号：412929199707166516，本科生，研究方向：自动化。
高瑞龙（1996.07.29-）男，汉族，河南省登封市，身份证号：410185199607290515，本科生，研究方向：自动化。
侯玉峥（1997.07.13-）男，汉族，河南省安阳市，身份证号：410522199707135818，本科生，研究方向：自动化。