基于超聲波的圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 主控單元與存儲(chǔ)模塊

本系統(tǒng)采用的主控芯片為ST公司推出的基于ARMCortex-M3內(nèi)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(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的，具有突出的能效比和處理速度。本設(shè)計(jì)中嵌入了μC／OS-II操作系統(tǒng)，可以便于多任務(wù)控制。此外，STM32微控制器支持NAND Flash存儲(chǔ)器擴(kuò)展，能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)存到Flash里面，存儲(chǔ)與提取數(shù)據(jù)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(hào)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LM358對(duì)其兩級(jí)放大，然后將放大的信號(hào)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(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f，f≈1／1．1RC。當(dāng)LM567的3引腳輸入幅度大于等于25 mV，并且頻率在帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，8引腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)CPU的引腳，完成接收超聲波的功能。

2．3 GPRS模塊

GPRS無線傳輸模塊采用華為公司的GSM900-C模組，如圖6所示。GSM通過串口接收CPU的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地發(fā)送給后方監(jiān)控室，通過發(fā)送引腳將后方監(jiān)控室的命令傳送給CPU，從而實(shí)現(xiàn)了后方監(jiān)控室可以主控請(qǐng)求目標(biāo)板之間人機(jī)互動(dòng)的功能。目標(biāo)板也可以自動(dòng)定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并通過GSM模塊傳輸?shù)胶蠓奖O(jiān)控室。

3 圍巖松動(dòng)圈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于超聲波的圍巖松動(dòng)圈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖7所示。本設(shè)計(jì)中嵌入了μC／OS-II操作系統(tǒng)，主要包括4個(gè)線程：