基于 TMS320F2812的地下微水檢測系統

　　微水試驗法是一種瞬時(shí)向井中注入或抽取一定量的水，通過(guò)觀(guān)測井水位變化情況，求得井附近含水層滲透系數的方法。對于滲透性較高的含水層，瞬時(shí)抽取或注入一定流量水后，井中水位很快恢復到初始水位，不易觀(guān)測井中水位降深隨時(shí)間的變化；對于低滲透性含水層，瞬時(shí)抽取或注入一定流量水后，能夠較好觀(guān)測到井中水位降深隨時(shí)間的變化，求得含水層水文地質(zhì)參數。

　　1 地下微水檢測系統的設計方案

　　該檢測系統用于確定不同低滲透性含水層介質(zhì)中的滲透參數。通過(guò)在含水層布置的鉆孔中激發(fā)水頭變化，實(shí)時(shí)測量水頭隨時(shí)間的變化，利用地下水動(dòng)力學(xué)原理，計算含水層的滲透系數。

　　該系統通過(guò)MSP430單片機采集壓力式液位變送器和溫度傳感器的信號，將采集的信號經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后上傳到TMS320F2812進(jìn)行分析處理，得到井下水面高度變化以及井下水溫等參數的精確值，并送至液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)對USB設備進(jìn)行簡(jiǎn)單文件操作，便于數據存取。將μC／OS-Ⅱ實(shí)時(shí)操作系統移植到TMS320F2812中可提高系統的可靠性，具有良好的擴展性。

　　圖1為該地下微水檢測系統結構框圖，它主要由主控單元TMS320F2812、數據采集、USB接口、液晶顯示、電源及復位電路等模塊組成。

　　2 系統硬件設計

　　2．1數據采集模塊

　　數據采集模塊用于采集液體的壓力和溫度值。該系統采用壓力式液位變送器，它是采用高性能的硅壓阻式壓力充油芯體作為壓力敏感核心，接入專(zhuān)門(mén)集成電路將傳感器毫伏信號轉換成標準電流信號輸出。該壓力式液位變壓器再將標準電流信號傳輸給MSP430單片機。溫度傳感器采用數字溫度傳感器DSl8B20，該器件也將溫度值傳送給MSP430單片機。

　　2．2 USB接口模塊

　　USB接口模塊對U盤(pán)進(jìn)行操作實(shí)現數據存儲。這里選用CH375型USB接口器件。CH375是一款USB總線(xiàn)的通用接口器件，具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便的掛接到單片機／DSP／MCU／MPU等控制器的系統總線(xiàn)上。CH375支持5 V和313 V電源電壓，支持低功耗模式。圖2為USB接口模塊硬件電路。

　　CH375的TXD引腳直接接地，CH375工作在并口方式。電容C4用于CH375內部電源節點(diǎn)退耦。電容C3和C5用于外部電源退耦，建議C3采用0．1μF的獨石電容。為了使得CH375可靠復位，電源電壓上升時(shí)間應小于100 ms。

　　3 系統軟件設計

　　該檢測系統軟件設計主要包括MSP430數據采集模塊、μC／OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植、μC／OS-Ⅱ下應用程序等3部分。

　　3．1 MSP430數據采集模塊

　　MSP430數據采集模塊軟件程序設計采用模塊化、結構化的設計方案。該模塊軟件設計從功能上可分為2部分，第1部分是與硬件密切相關(guān)的驅動(dòng)程序，主要完成對硬件底層寄存器的操作，包括MSP430外部電路和內置外設；第2部分是跟硬件無(wú)關(guān)的應用程序，主要包括讀取溫度、壓力采樣、數據處理等。圖3為MSP430數據采集模塊的主程序流程。

　　3．2 μC／OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植

　　所謂移植，就是使一個(gè)實(shí)時(shí)內核能在某一微控制器或處理器上運行。為了提高可移植性，μC／OS-Ⅱ的絕大部分代碼都是采用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。一般情況下，這部分代碼無(wú)需修改就可使用，因此該移植工作主要與4個(gè)文件相關(guān)：OS_CPU_A．ASM(匯編文件)，OS_CPU．H，OS_CPU_-C．C(處理器相關(guān)C語(yǔ)言文件)和OS_CFG．H(配置文件)。修改完成以上4個(gè)文件即為在DSP上移植通用代碼，此通用代碼加上啟動(dòng)代碼，組成在DSP上進(jìn)行操作系統移植的完整移植代碼。

　　3．3 μC／OS-Ⅱ下應用程序設計

　　移植實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ是為了應用μC／OS-Ⅱ。移植成功后，需要在μC／OS-Ⅱ下編寫(xiě)各項功能程序。編寫(xiě)任務(wù)之前，需要定義任務(wù)堆棧的長(cháng)度、任務(wù)堆棧以及聲明任務(wù)函數，然后在適當的地方創(chuàng )建任務(wù)。

　　TMS320F2812實(shí)現各項功能的軟件主要完成如下功能：與MSP430通信、對MSP430上傳的數據進(jìn)行分析再處理、液晶顯示、USB存取數據。因此，本系統任務(wù)劃分為：系統運行監視、USB存取、與從機MSP430通信、鍵盤(pán)液晶、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、運行指示等任務(wù)。各任務(wù)優(yōu)先級分配如表1所列。圖4為該系統應用程序總體流程。

　　4 實(shí)驗結果

　　實(shí)驗結果表明：采用TMS320F2812實(shí)現的地下微水檢測系統，能夠準確觀(guān)測井中水位降深隨時(shí)間變化的規律，利用這些試驗數據求解出低滲透性含水層介質(zhì)中滲透參數。該系統可在一個(gè)采樣周期內高精度測量井中水位降深以及井下水溫等參數。該檢測系統的采樣頻率可以修改，例如：設l s采樣10個(gè)數據，1個(gè)采樣周期為1 min。即采樣一次可獲得600個(gè)數據，同時(shí)可手動(dòng)按鍵設置測井編號、測量次數、測量時(shí)間等參數，針對不同場(chǎng)合在壓力傳感器范圍內修正零點(diǎn)。測量數據通過(guò)USB接口讀寫(xiě)和刪除，便于后期統計處理測量數據；并采用液晶屏，具有良好的人機界面和操作性能。液晶屏可同時(shí)顯示各種參數，全部操作可根據漢字提示直接輸入，顯示智能儀表現場(chǎng)無(wú)障礙輸入。

　　5 結束語(yǔ)

　　該系統利用TMS320F2812的高速的數據處理功能。實(shí)現地下微水檢測，具有可靠性高，易操作等優(yōu)點(diǎn)。但需注意的問(wèn)題：由于本裝置野外作業(yè)，在供電電源條件不足的情況下，需電池供電，因此應在軟硬件設計時(shí)，充分考慮系統低功耗工作的問(wèn)題。該系統采用USB接口，便于存取、分析和處理數據，并將μC／OS-Ⅱ實(shí)時(shí)操作系統移植到TMS320F2812中，采用模塊化的設計方案。大大縮短軟件開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)有利于提高程序的實(shí)時(shí)性和產(chǎn)品的可擴展性。該系統已成功應用于現場(chǎng)，運行正常，達到預期項目要求