齊明洋 安洋 鄒治風 吉林農(nóng)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(shè)計研究

齊明洋 安洋 鄒治風 吉林農(nóng)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(zhì)的勘探工作，在這其中瞬變電磁儀的發(fā)射機起到至關(guān)重要的作用，本文簡述瞬變電磁儀發(fā)射機的軟件架構(gòu)，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(shè)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(shè)計及功能。

1 主程序設(shè)計研究

下圖1為主程序設(shè)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(shè)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(guān)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(shè)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(shè)置為輸入，4個列設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(nèi)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(jié)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(shè)計所設(shè)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(shè)置得數(shù)據(jù)接收量能夠滿足本設(shè)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(shè)計研究

瞬變電磁儀在使用得過程中，參數(shù)配置至關(guān)重要，參數(shù)得設(shè)置直接關(guān)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(shè)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(zhuǎn)換。

5 發(fā)射采集子程序設(shè)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(guān)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(shè)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(guān)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?qū)⑼馔刂械肦AM儲存在FLASH中。

瞬變電磁儀發(fā)射機關(guān)系到最終的采樣結(jié)果，由于要求發(fā)射機關(guān)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(shè)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。

[1]陳曙東.直升機瞬變電磁系統(tǒng)響應(yīng)計算與地回線標定[D].吉林大學,2012.

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本文為吉林農(nóng)業(yè)科技學院青年基金資助項目（編號：2016Q06）。

齊明洋，吉林農(nóng)業(yè)科技學院教師，研究方向：新能源與智能控制技術(shù)。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(nóng)業(yè)科技學院電氣工程及其自動化系學生。