基于TMS320F2812的三线圈感应测井数据采集系统

方案概述

1.1 设计要求

此次设计的系统采用DSP片内的12位AD实现对数据的采集，设计应满足以下要求：

1） 发射信号能够满足一定功率要求，能够驱动发射线圈产生一定强度的磁场；

2） A/D采样电路：完成对电压模拟信号的数据采集。

1.2 数据采集系统总体结构设计

系统的总体结构如图1所示，主要包括DSP、信号发射和接收电路、三线圈系以及计算机的通信接口。在数据采集系统中，A/D转换器是采集系统的核心，在基于F2812的数据采集系统中，选用了芯片内置的ADC模块。[3]

2 系统主要硬件电路设计

数据采集系统的硬件部分主要由DSP芯片、发射电路和接收电路、存储模块及串口这几部分组成。

2.1信号发射和接收电路的设计

发射驱动电路提供仪器发射线圈上的发射信号。发射电路由DSP波形产生电路、开关控制电路、开关电路、滤波电路等部分组成。为了保证发射信号在测井环境下工作稳定，同时提供多频信号，发射电路输出波形设计为三阶梯波信号，基波频率为10KHz，各频率分量的信号幅度与频率的平方成反比，应用大功率场效应晶体管FET作为输出级，开关特性好、管压降小，效率高。结构图如图2所示。

接收电路主要包括放大电路、低通滤波和调理电路，最后将符合DSP接收的信号送入采集系统中，这就是整个阵列感应信号接收部分。

2.2 线圈系的设计

本采集系统所用的线圈系较为简单，主要包括发射线圈、屏蔽线圈和接收线圈，线圈系的各项参数参考阵列感应成像测井仪器AIT子阵列4的线圈系参数[1]，发射线圈匝数为100，接收线圈匝数位94，间距0.381m，屏蔽线圈匝数为50，且绕向与发射线圈和接收线圈绕向相反，这样可以减小线圈之间相互干扰。

2.3通信接口电路设计

该数据采集系统采用RS232通讯方式将数据发送给上位机，与F2812接口的外设选用MAX3232，如图3所示。

3 软件流程

在整个系统运行前，首先要对系统时钟、芯片的外设时钟和看门狗进行配置，以保时钟信号工作正常，初始化2812的所有端口，首先配置寄存器使其能够完成特定的功能，随后初始化其初始中断向量表，对应的中断使能位启动，这就能保证系统中断服务程序正常响应，然后进入循环等待命令。数据采集系统的软件流程如图4所示。

4 系统验证

将发射电路连接DSP系统并用直流稳压电源为其供电，示波器中显示的实际发射波形图如图5所示：

从图5可以看出，发射的实际波形为近似的三阶梯波信号，满足技术指标，符合设计需要。

5 结语

本文阐述了基于F2812的DSP三线圈感应测井数据采集系统，利用其内部AD来简化了AD采集电路，并对整体系统进行了实验研究与分析，其结果验证了所设计的系统能够对信号进行快速采集和实时处理。

参考文献：

[1] 张建华，刘振华，仵杰.电法测井原理与应用[M].西安：西北大学出版社，2002（11）.

[2] 杨炜新，裴峰，张雪峰.基于DSP的高速数据采集系统的设计[J]，技术纵横，2013，8（6）.

[3] 郭涛，张英祥，陈锋.基于TMS320F2812的数据采集监测系统设计[J]. 机械工程与自动化，2010.1：7-9.

[4] 张家田，徐飞，严正国，张龙.基于TMS320F2812的数据采集系统设计与实现[J].2009（5）：80-82.