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基于DSP的地下微水检测系统

2011/4/18 14:26:13  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  微水试验法是一种瞬时向井中注入或抽取一定量的水,通过观测井水位变化情况,求得井附近含水层渗透系数的方法。对于渗透性较高的含水层,瞬时抽取或注入一定流量水后,井中水位很快恢复到初始水位,不易观测井中水位降深随时间的变化;对于低渗透性含水层,瞬时抽取或注入一定流量水后,能够较好观测到井中水位降深随时间的变化,求得含水层水文地质参数。

  1 地下微水检测系统的设计方案

  该检测系统用于确定不同低渗透性含水层介质中的渗透参数。通过在含水层布置的钻孔中激发水头变化,实时测量水头随时间的变化,利用地下水动力学原理,计算含水层的渗透系数。

  该系统通过MSP430单片机采集压力式液位变送器和温度传感器的信号,将采集的信号经过简单处理后上传到TMS320F2812进行分析处理,得到井下水面高度变化以及井下水温等参数的精确值,并送至液晶显示屏实时显示,同时对USB设备进行简单文件操作,便于数据存取。将μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到TMS320F2812中可提高系统的可靠性,具有良好的扩展性。

  图1为该地下微水检测系统结构框图,它主要由主控单元TMS320F2812、数据采集、USB接口、液晶显示、电源及复位电路等模块组成。

  2 系统硬件设计

  2.1数据采集模块

  数据采集模块用于采集液体的压力和温度值。该系统采用压力式液位变送器,它是采用高性能的硅压阻式压力充油芯体作为压力敏感核心,接入专门集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电流信号输出。该压力式液位变压器再将标准电流信号传输给MSP430单片机。温度传感器采用数字温度传感器DSl8B20,该器件也将温度值传送给MSP430单片机。

  2.2 USB接口模块

  USB接口模块对U盘进行操作实现数据存储。这里选用CH375型USB接口器件。CH375是一款USB总线的通用接口器件,具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,可以方便的挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。CH375支持5 V和313 V电源电压,支持低功耗模式。图2为USB接口模块硬件电路。

  CH375的TXD引脚直接接地,CH375工作在并口方式。电容C4用于CH375内部电源节点退耦。电容C3和C5用于外部电源退耦,建议C3采用0.1μF的独石电容。为了使得CH375可靠复位,电源电压上升时间应小于100 ms。

  3 系统软件设计

  该检测系统软件设计主要包括MSP430数据采集模块、μC/OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植、μC/OS-Ⅱ下应用程序等3部分。

  3.1 MSP430数据采集模块

  MSP430数据采集模块软件程序设计采用模块化、结构化的设计方案。该模块软件设计从功能上可分为2部分,第1部分是与硬件密切相关的驱动程序,主要完成对硬件底层寄存器的操作,包括MSP430外部电路和内置外设;第2部分是跟硬件无关的应用程序,主要包括读取温度、压力采样、数据处理等。图3为MSP430数据采集模块的主程序流程。

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