基于加速度傳感器的地震檢波器設(shè)計(jì)

摘要：地震檢波器測(cè)試儀是地質(zhì)勘探、石油開(kāi)發(fā)、地層探測(cè)等領(lǐng)域重要的測(cè)試儀器之一。本設(shè)計(jì)基于MMA7455L加速度傳感器，與以往產(chǎn)品相比，該裝置的功耗、體積、重量均大大減小，具有良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：MMA7455L；地震檢波器；測(cè)試儀

引言
    地震檢波器是用于地質(zhì)勘探和工程測(cè)量的專用傳感器，是一種將地面振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳感器，能把地震波引起的地面震動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、運(yùn)算處理。
    加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，典型應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、步程計(jì)和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等。本設(shè)計(jì)采用Freescale公司的MMA7455L來(lái)實(shí)現(xiàn)地震檢波器測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，其具有信號(hào)調(diào)理、溫度補(bǔ)償、自測(cè)，以及可配置到檢測(cè)0g或脈沖檢測(cè)快速運(yùn)動(dòng)等功能，產(chǎn)品具有功耗低、便于攜帶、精度高、速度快的特點(diǎn)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
    地震檢波器核心硬件部分為DSP控制器、加速度傳感器、Flash存儲(chǔ)器、鍵盤、液晶顯示和串口外部接口等。部分電路圖如圖1～圖3所示。

    MMA7455L的相關(guān)引腳信號(hào)說(shuō)明如表1所列。

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    MMA7455L提供I2C和SPI數(shù)字接口，但MMA7455L應(yīng)作從設(shè)備，當(dāng)CS拉高時(shí)為I2C接口，當(dāng)CS用作從選擇時(shí)為SPI接口。在此設(shè)備中采用I2C接口，其從地址是0x1D，支持多字節(jié)讀寫。AVDD在2．4～3．6 V范圍，典型值為2．8 V；DCC 10在1．71 V～AVDD之間，典型值為1．8 V?？?br /> 慮到電路與外部接口情況，視CPU的I2C接口電平來(lái)選擇DVDD_IO電壓。若采用開(kāi)關(guān)電源供電，需注意開(kāi)關(guān)頻率必須大于250 Hz，以防干擾芯片內(nèi)部ASIC。
    MMA7455L的最大抽樣率為250 Hz，其數(shù)據(jù)速率大于2．5 kbps即可；I2C上拉電阻在所獲取的資料中沒(méi)有相關(guān)計(jì)算公式，可采用經(jīng)驗(yàn)值4．7 kHz，若需經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)或走線較長(zhǎng)可適當(dāng)減小。
    MMA7455L提供2個(gè)中斷輸出引腳，且INT1與DRDY共用，實(shí)際使用中需根據(jù)應(yīng)用要求來(lái)確定INT1和INT2的輸出。在上述典型電路圖中，只采用了INT1。
    存儲(chǔ)器部分采用了AMD公司的32 Mb Flash存儲(chǔ)器AM29LV033C。
    系統(tǒng)控制處理器采用TMS320DM642，適用于大量數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算并兼顧高實(shí)時(shí)性要求的場(chǎng)合，其強(qiáng)大的運(yùn)算能力能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算和圖形界面的顯示。TMS320DM642為TI公司系列DSP，24WC256是256 Kb的I2C串行CMOS EEPROM。

2 控制軟件設(shè)計(jì)
    數(shù)據(jù)采集及處理程序流程如圖4所示。其中初始化包括系統(tǒng)上電、I／O端口初始化、人機(jī)界面的初始化；加速度傳感器需要零點(diǎn)校準(zhǔn)和自檢測(cè)以滿足精度要求；系統(tǒng)調(diào)用檢測(cè)任務(wù)后，外部中斷打開(kāi)，等待加速度傳感器的中斷上報(bào)及采樣數(shù)據(jù)收集。

    MMAT455L驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)注意IADDR0接到GND時(shí)其從地址為Ox1D，接到DVDD_10時(shí)其從地址為Ox1E；MMA7455L有3種工作模式(測(cè)量模式、水平檢測(cè)模式、脈沖檢測(cè)模式)，在測(cè)量模式下DRDY引腳與INT1共用，數(shù)據(jù)讀取就能將DRDY清除，但在其他2種模式下INT1和INT2都需要通過(guò)寫寄存器來(lái)清除。
    下面為加速器檢測(cè)部分程序：
    
         

結(jié)語(yǔ)
    通過(guò)使用嵌入式技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以前臺(tái)式檢波器全部的功能，并且體積、重量、功耗都有明顯優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化和完善，將會(huì)成為地震檢波的有效工具。