基于S3C2410A設計的工程地震儀方案

摘要：闡述基于三星ARM處理器S3C2410A和嵌入式操作系統Windows CE．net構造微型工程地震儀的設計原理和實(shí)現方法。在現有工程地震儀的基礎上，結合嵌入式技術(shù)構造攜帶方便、功耗低、體積小的微型工程地震儀，可以適應不同的工作場(chǎng)合，滿(mǎn)足工程勘探的需要。

1 引言

隨著(zhù)嵌入式微處理器和嵌入式操作系統的發(fā)展，嵌入式系統在通訊、控制和消費電子等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。嵌入式系統通常是面向特定應用的嵌入式CPU，與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶(hù)群設計的系統中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化，以動(dòng)能力增強，與網(wǎng)絡(luò )的耦合也越來(lái)越緊密。
本文利用ARM嵌入式系統構造微型化的工程地震儀雛形，以滿(mǎn)足特定條件的工作需要，降低功耗，節省能源以延長(cháng)工作時(shí)間，減小儀器尺寸和重量，使儀器更為輕便。

2 現有工程地震儀簡(jiǎn)介

工程地震儀應用于地基、路基與基礎工程檢測；隧道工程檢測；大中型水庫的運行觀(guān)測；橋梁工程檢測；環(huán)境與地質(zhì)災害檢測與評價(jià)等工程領(lǐng)域的地震檢測任務(wù)l(shuí)2 。一般來(lái)講工程地震儀器利用錘擊、電火花或爆炸等作為激發(fā)震源，硬件上由前置放大器，數據采集卡，A／D轉換器，工控機(便攜式微機)等部分組成。而數據采集，數據處理，分析軟件都存儲在工控機內，可以隨時(shí)處理現場(chǎng)所采集的原始數據，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)處理。其功能一般有：瞬態(tài)多點(diǎn)端雷波勘探淺層反射測量淺層折射測量波速(剪切波)測量多波高密度地震映像樁基檢測土建工程質(zhì)量檢測場(chǎng)地常時(shí)微動(dòng)測量震動(dòng)爆破測量。如圖1 所示

其中，數據的顯示，數據的處理和存儲都是用工業(yè)控制微機來(lái)完成的，下面是一款典型的現有工程地震儀器工業(yè)控制微機的硬件配置：
CPU ：PIII 500MHz
內存：128MB
硬盤(pán)：不小于40GB
光驅?zhuān)簝戎?br />顯示屏：800×600點(diǎn)陣VGA液晶顯示屏(TFT真彩)
輸入設備：觸摸屏輸入、精致小鍵盤(pán)、光電鼠標
接口：雙串一并、雙USB口、鼠標口、鍵盤(pán)口等標準口

移動(dòng)存儲：256M電子U盤(pán)

現有工程地震儀由于工控機功耗較高，體積尺寸大，野外攜帶不很方便，尤其是當野外工作需要電池支持時(shí)，受功耗的影響工作時(shí)間可能受一定的限制。對于某些特定場(chǎng)合，如煤礦井下作業(yè)時(shí)要考慮到防爆因素，必須在儀器外裝加防爆外殼，而防爆因素與功耗，體積等密切相關(guān)，這便要求有相對功耗小，體積重量小的微型工程地震儀的出現。

3 系統硬件設計

3．1 工作原理

系統硬件主要分為ARM處理器模塊、協(xié)處理器FPGA模塊、預處理和A／D模塊、通用外設模塊4個(gè)部分，ARM處理器和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FP.GA)共同組成監控系統的核心處理單元?，F場(chǎng)勘探檢測時(shí)，可利用爆炸的方式作為激發(fā)震源，當一次爆炸啟動(dòng)后，傳感器信號通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)，先經(jīng)過(guò)前置放大和濾波等預處理，獲取符合A／D轉換芯片要求的信號，經(jīng)過(guò)A／D轉換，進(jìn)入FIFO，然后由嵌入式微處理器讀取并處理數據，然后將數據存儲到SIM卡或USB存儲設備中。在A(yíng)／D轉換模塊中，采用多路模擬開(kāi)關(guān)，可完成大數量點(diǎn)的數據采集。FPGA是整個(gè)系統的控制中心，控制采集通道的切換，A／D轉換芯片的啟停，轉換后的數據在FIFO中的存放以及向主處理器$3C2410A產(chǎn)生中斷請求讀取FIFO中的數據。如圖2所示。