基于DSP的瞬變電磁儀發(fā)射機軟件設計研究

齊明洋 安洋 鄒治風 吉林農業(yè)科技學院電氣與信息工程學院

基于DSP的瞬變電磁儀發(fā)射機軟件設計研究

齊明洋 安洋 鄒治風 吉林農業(yè)科技學院電氣與信息工程學院

隨著科技的不斷進步，人們對地下未知世界的求知欲望愈來愈大，進而人們對石油、天然氣以及煤炭等地下資源需求量越來越大，瞬變電磁儀能夠在此方面起到輔助作用，幫助人們完成對地下物質的勘探工作，在這其中瞬變電磁儀的發(fā)射機起到至關重要的作用，本文簡述瞬變電磁儀發(fā)射機的軟件架構，為學者們的進一步研究作為一個參考。

瞬變電磁儀 發(fā)射機 軟件

瞬變電磁儀的發(fā)射機直接影響到瞬變電磁儀的勘探效果，本論文著力闡述DSP瞬變電磁儀發(fā)射機在軟件框架設計過程需要注意的問題，其中TEM發(fā)射機軟件部分包含了主程序。人機界面、GPS數(shù)據(jù)處理、信號采集、數(shù)據(jù)管理五大模塊，下面將詳細的介紹各個部分的設計及功能。

1 主程序設計研究

下圖1為主程序設計流程圖，DSP上電后開始執(zhí)行程序，首先的是程序初始化，在設計的過程中需要注意程序初始化中需要將不用的外部始終關閉，進而降低功耗，再者就是對GPIO口、ePWM模塊、SPI以及SCI等模塊進行初始化功能，初始化功能完成后進入主菜單程序，其中主菜單中共包含了4個子程序，有GPS定位、參數(shù)配置、發(fā)射采集、數(shù)據(jù)管理四個部分，各個子模塊完成后可以依據(jù)自身的條件判斷是否進行循環(huán)后返回主菜單。

圖1 主程序流程圖

2 人機界面程序設計研究

人機界面是用戶與儀器溝通得橋梁，本人機界面按鍵掃描共涉及到了8個GPIO口，即4個行與4個列得IO口，本人機界面較為簡潔，因此只需要將4個行設置為輸入，4個列設為輸出即可，對按鍵進行實時掃描即可，當有按鍵按下時即可跳轉到按鍵目標當下得子菜單并且完成了此次程序循環(huán)。

3 GPS定位功能軟件設計研究

GPS在野外勘探得過程中可以獲得儀器得精度與緯度以及一些授時信息，這給野外勘探準確得獲得要勘探區(qū)域的位置帶來了極大得方便，與其同時，TEM搭配GPS功能后，還能夠通過人機界面看到目前能夠接收到得衛(wèi)星數(shù)量信息。本設計得GPS模塊NEO-6M-0-001采用得是SCI數(shù)據(jù)格式接收數(shù)據(jù)，DSP接收到GPS模塊的信息之后通過解碼程序來獲得GPS內部得信息。

GPS與DSP進行通信時所采用得頻率得為38400Hz，數(shù)據(jù)格式為NMEA-0183，其中包含了 GPZDA、GPGGA、GPGLL、GPVTG、GPGSA、GPGSV、GPRMC七條指令，在這七條指令中GPGGA與GPRMC為瞬變電磁儀經(jīng)常用到得指令，解析這兩條指令即可獲得GPS得一些基本信息，例如，時間、日期、經(jīng)緯度，在進行通信時數(shù)據(jù)得傳輸以字符得形式進行傳輸，以‘$’開始，以‘?’結束。

GPS定位功能包含了數(shù)據(jù)得接收與顯示，其中數(shù)據(jù)得通訊是通過SCI中斷來實現(xiàn)得，本發(fā)射機得軟件設計所設置得數(shù)據(jù)接收量為348，在對數(shù)據(jù)進行處理之后（包含去除無用得數(shù)據(jù)以及不合格得數(shù)據(jù)后），設置得數(shù)據(jù)接收量能夠滿足本設計得要求，能夠在LCD上顯示出GPS的基本信息。

4 參數(shù)配置子程序設計研究

瞬變電磁儀在使用得過程中，參數(shù)配置至關重要，參數(shù)得設置直接關系到采集數(shù)據(jù)得準確性，其中參數(shù)配置子程序主要包含了發(fā)射線圈電流得大小、發(fā)射線圈得長、寬以及采樣周期等。此程序設計過程中主要涉及到了按鍵的輸入與LCD的顯示功能，在編寫此部分程序的時候需要區(qū)分整型與字符型，漢字與字符型之間的區(qū)別與轉換。

5 發(fā)射采集子程序設計研究

本TEM發(fā)射機所采用得是ePWM1(GPO0/GPO1)作為兩路發(fā)射信號、GPIO2為同步信號、還有SPI模塊。其中使用SPI模塊的目的在于對發(fā)射信號進行全波型采集，其中采樣率為1us。系統(tǒng)將采樣所得到的數(shù)據(jù)存儲在外拓的RAM中，其中周期為4萬個數(shù)據(jù)，如果RAM的空間為256K那么此時刻得RAM最多可以存放6個周期的數(shù)據(jù)，最終DSP收到采集得信號后對數(shù)據(jù)進行處理分析得出發(fā)射線圈的電流、電壓以及關斷時間，最終通過人機界面在LCD上顯示出來。

6 數(shù)據(jù)管理子程序設計研究

數(shù)據(jù)管理子程序分為數(shù)據(jù)的讀取與數(shù)據(jù)存儲，其中數(shù)據(jù)得讀取功能是將之前存儲得數(shù)據(jù)讀取到外拓得RAM之中，進而提取發(fā)射線圈中得相關參數(shù)；另外得是數(shù)據(jù)儲存功能，它將數(shù)據(jù)采集完成后利用程序將外拓中得RAM儲存在FLASH中。

瞬變電磁儀發(fā)射機關系到最終的采樣結果，由于要求發(fā)射機關斷時間非常短，在一定程度上加大了瞬變電磁儀的勘探難度與效果，本文從六個方面論述了瞬變電磁儀發(fā)射機在軟件設計過程中需要注意的問題，為今后學者在研究發(fā)射機軟件方面提供參考。

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本文為吉林農業(yè)科技學院青年基金資助項目（編號：2016Q06）。

齊明洋，吉林農業(yè)科技學院教師，研究方向：新能源與智能控制技術。安洋，國網(wǎng)吉林省電力有限公司白城供電公司，研究方向：電氣工程及其自動化。鄒治風，吉林農業(yè)科技學院電氣工程及其自動化系學生。