Kontrol ve Test Uygulamaları için Düşük Maliyetli MATLAB-Simulink Uyumlu Veri Toplama Kartı Donanımı ve Yazılımı Tasarımı

Öz

Bu makale, kontrol ve test uygulamaları için tasarlanmış genel amaçlı bir veri toplama sistemi sunmaktadır. Bu veri toplama sisteminde giriş-çıkış portları ve çevre birimlerinin bağlantıları ARM-Cortex M4 mimarisine sahip STM32L4 mikroişlemci kullanılarak yapılmaktadır. Mikrodenetleyici, MATLAB-Simulink ile haberleşir, verilen komutları çevre birimlerine iletir ve ortamdan veri alır. Sistemde dört dijital giriş-çıkış, iki analog giriş, iki analog çıkış, dört darbe genişlik modülasyonu çıkışı, bir L298 sürücüsü ve enkoder girişleri bulunur. Çevre birimlerinin mikroişlemci ile bağlantıları, gerçek dünya uygulamalarını gerçekleştirmek ve test etmek için Altium Designer programında baskılı devre kartına aktarılır. Evrensel Seri Veri Yolu (USB), Simulink kütüphanesi ve işlemci arasındaki iletişimi sürdürmek için kullanılır. Bu iletişim süreci, yalnızca giriş-çıkışlar, sensörler ve sürücü portlarının kontrolünü sağlamakla kalmaz, aynı zamanda örneklenen verilerin sürecini aktarma olanağı da sağlar. MATLAB-Simulink ortamında oluşturulan kütüphane, sistem verilerini yorumlar, gözlemler ve çevre birimlerini kontrol eder. Bu kitaplık, tüm sistemi ve her bir girdi-çıktıyı kontrol etmek için bloklar içerir. Önerilen sistemin düşük maliyetli, doğru, güvenilir, yüksek çözünürlüklü ve USB bağlantı noktası üzerinden iletişim kurabilen çeşitli ortamlarla uyumlu olması amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• DAQ
• Veri Toplama
• STM32
• MATLAB-Simulink
• USB

Low-Cost MATLAB-Simulink Compatible Data Acquisition Card Hardware and Software Design for Control and Test Applications

Abstract

This paper presents a general-purpose data acquisition system is designed for control and test applications. In this data acquisition system, the connections of the input-output ports and peripherals are performed by employing the STM32L4 microcontroller with ARM-Cortex M4 architecture. The microcontroller communicates with the MATLAB-Simulink, transmits given commands to peripheral units, and receives data from the environment. The system has four digital input-output, two analog inputs, two analog outputs, four pulse width modulation outputs, an L298 driver, and encoder inputs. The connections of the peripherals with the microcontroller are transferred to the printed circuit board in the Altium Designer program to perform real-world applications and test. Universal Serial Bus (USB) is used to maintain communication between Simulink library and controller. This communication process provides not only the control of input-output, sensors and driver ports but also opportunity of transfer the process of sampled data. The library created in the MATLAB-Simulink environment interprets and observes the system’s data and controls the peripherals. This library contains blocks to control the overall system and each input-output. Proposed system is intended to be low-cost, accurate, reliable, high resolution, and compatible with various environments that may communicate over the USB port.

Keywords

• DAQ
• Data Acquisition
• STM32
• MATLAB-Simulink
• USB

Kaynakça

1. Abdallah, M., & Elkeelany, O. (2009). A survey on data acquisition systems DAQ. Paper presented at the 2009 International Conference on Computing, Engineering and Information.
2. Braudaway, D. W. J. I. t. o. i., & measurement. (2006). Uncertainty specification for data acquisition (DAQ) devices. 55(1), 74-78.
3. Dipova, N. J. T. E. P. o. S. T. E., & Mathematics. (2017). Design of low cost and innovative data acqusition in soil mechanics Testing using open source hardware. (1), 104-110.
4. Gani, A., & Salami, M.-J. E. (2002). A LabVIEW based data acquisition system for vibration monitoring and analysis. Paper presented at the Student conference on research and development.
5. Hercog, D., & Gergič, B. J. S. (2014). A flexible microcontroller-based data acquisition device. 14(6), 9755-9775.
6. Kanani, N., & Thakker, M. J. I. (2015). Low cost data acquisition system using LabVIEW.
7. Khan, F. A., Hafeez, Z., Mirza, A., & Ain, Q.-u. (2011). Design of FPGA based DAQ card using PCI express protocol. Paper presented at the 2011 IEEE 14th International Multitopic Conference.
8. Kim, J. S., & Sul, S. K. J. C. H. N. (1995). A novel voltage modulation technique of the space vector PWM. 44.

9. Kos, T., Kosar, T., & Mernik, M. J. C. i. i. (2012). Development of data acquisition systems by using a domain-specific modeling language. 63(3), 181-192.
10. Ocaya, R. (2005). PIC and PC integration: Candidates for low cost data acquisition. Paper presented at the EUROCON 2005-The International Conference on" Computer as a Tool".
11. Rezk, H., Tyukhov, I., Al-Dhaifallah, M., & Tikhonov, A. J. M. (2017). Performance of data acquisition system for monitoring PV system parameters. 104, 204-211.
12. Robson, C., & Bousselham, A. J. I. T. o. N. S. (2006). An FPGA-based general-purpose data acquisition controller. 53(4), 2092-2096.
13. Zhang, H.-f., & Kang, W. J. P. C. S. (2013). Design of the data acquisition system based on STM32. 17, 222-228.