基于超聲波的圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監測系統設計

2．1 主控單元與存儲模塊

本系統采用的主控芯片為ST公司推出的基于A(yíng)RMCortex-M3內核的32位微控制器STM32F103。該控制器是為低功耗和價(jià)格敏感的應用而專(zhuān)門(mén)設計的，具有突出的能效比和處理速度。本設計中嵌入了μC／OS-II操作系統，可以便于多任務(wù)控制。此外，STM32微控制器支持NAND Flash存儲器擴展，能夠將采集的數據存到Flash里面，存儲與提取數據更加快速。

2．2 超聲波發(fā)射與接收電路

2．2．1 超聲波發(fā)射電路

超聲波發(fā)射電路由超聲波產(chǎn)生電路、放大電路以及超聲波換能器組成，如圖4所示。由STM32F103的PWM模塊產(chǎn)生40kHz的矩形波，經(jīng)放大電路放大送入超聲波發(fā)送換能器，發(fā)送出40 kHz的超聲波。

2．2．2 超聲波接收電路

超聲波接收電路包括放大信號電路、帶通濾波電路以及整剝型發(fā)電路，如圖5所示。超聲波探頭接收超聲波，經(jīng)過(guò)LM358對其兩級放大，然后將放大的信號送入LM567將波形濾波并且觸發(fā)CPU的引腳。LM567具有帶通濾波和觸發(fā)的作用，5、6腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f，f≈1／1．1RC。當LM567的3引腳輸入幅度大于等于25 mV，并且頻率在帶寬內的信號時(shí)，8引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)CPU的引腳，完成接收超聲波的功能。

2．3 GPRS模塊

GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊采用華為公司的GSM900-C模組，如圖6所示。GSM通過(guò)串口接收CPU的數據，并實(shí)時(shí)地發(fā)送給后方監控室，通過(guò)發(fā)送引腳將后方監控室的命令傳送給CPU，從而實(shí)現了后方監控室可以主控請求目標板之間人機互動(dòng)的功能。目標板也可以自動(dòng)定時(shí)采集數據，并通過(guò)GSM模塊傳輸到后方監控室。

3 圍巖松動(dòng)圈監測系統軟件設計

基于超聲波的圍巖松動(dòng)圈監測系統的軟件設計流程如圖7所示。本設計中嵌入了μC／OS-II操作系統，主要包括4個(gè)線(xiàn)程：