تصميم نظام الكشف عن المياه الجوفية الدقيقة على أساس حاسوب دقيق MSP430 ذو شريحة واحدة

“يقوم النظام بجمع إشارات جهاز إرسال مستوى السائل ومستشعر درجة الحرارة من نوع الضغط من خلال حاسوب دقيق MSP430 ذو شريحة واحدة ، ويقوم بتحميل الإشارات المجمعة إلى TMS320F2812 للتحليل والمعالجة بعد معالجة بسيطة.يمكن عرضها في الوقت الفعلي على شاشة LCD ، وملف بسيط يمكن إجراء العمليات على جهاز USB ، وهو مناسب للوصول إلى البيانات. يمكن أن يؤدي زرع نظام التشغيل في الوقت الفعلي μC / OS-إلى TMS320F2812 إلى تحسين موثوقية النظام ولديه قابلية توسعة جيدة.

“

طريقة اختبار المياه الدقيقة هي طريقة لحقن أو استخراج كمية معينة من الماء في البئر على الفور ، ومن خلال مراقبة تغير مستوى الماء في البئر ، للحصول على معامل نفاذية الخزان الجوفي بالقرب من البئر. بالنسبة لخزانات المياه الجوفية ذات النفاذية العالية ، بعد ضخ أو حقن تدفق معين من الماء على الفور ، يعود مستوى الماء في البئر بسرعة إلى مستوى الماء الأولي ، ومن الصعب ملاحظة تغير مستوى الماء في البئر بمرور الوقت ؛ بعد يمكن ملاحظة تدفق المياه ، وتغير انخفاض منسوب المياه في البئر بمرور الوقت ، ويمكن الحصول على المعلمات الهيدروجيولوجية للخزان الجوفي.

1 مخطط تصميم نظام الكشف عن المياه الجوفية الدقيقة

يتم استخدام نظام الكشف لتحديد معلمات النفاذية في مختلف وسائط الخزان الجوفي منخفضة النفاذية. يتم حساب معامل نفاذية الخزان الجوفي عن طريق تحفيز تغيير رأس الماء في الآبار المرتبة في الخزان الجوفي ، وقياس تغير رأس الماء مع الوقت في الوقت الفعلي ، وباستخدام مبدأ ديناميكيات المياه الجوفية.

يقوم النظام بجمع إشارات جهاز إرسال مستوى السائل ومستشعر درجة الحرارة من نوع الضغط من خلال حاسوب دقيق MSP430 ذو شريحة واحدة ، ويقوم بتحميل الإشارات المجمعة إلى TMS320F2812 للتحليل والمعالجة بعد معالجة بسيطة.يمكن عرضها في الوقت الفعلي على شاشة LCD ، وملف بسيط يمكن إجراء العمليات على جهاز USB ، وهو مناسب للوصول إلى البيانات. يمكن أن يؤدي زرع نظام التشغيل في الوقت الفعلي μC / OS-إلى TMS320F2812 إلى تحسين موثوقية النظام ولديه قابلية توسعة جيدة.

الشكل 1 هو مخطط الكتلة الهيكلية لنظام الكشف عن المياه الدقيقة تحت الأرض ، والذي يتكون بشكل أساسي من وحدة التحكم الرئيسية TMS320F2812 ، والحصول على البيانات ، وواجهة USB ، وشاشة الكريستال السائل ، وإمدادات الطاقة ودائرة إعادة الضبط والوحدات النمطية الأخرى.

2 تصميم أجهزة النظام

2.1 وحدة الحصول على البيانات

تُستخدم وحدة الحصول على البيانات لجمع قيم الضغط ودرجة الحرارة للسائل. يستخدم النظام جهاز إرسال مستوى السائل من نوع الضغط ، والذي يستخدم نواة مملوءة بالزيت ذات ضغط مقاوم للضغط من السيليكون عالي الأداء كنواة حساسة للضغط ، ومتصلة بدائرة متكاملة خاصة لتحويل إشارة الميليفولت الخاصة بالمستشعر إلى إشارة تيار قياسية انتاج. ثم ينقل محول مستوى السائل من نوع الضغط إشارة التيار القياسية إلى متحكم MSP430. يستخدم مستشعر درجة الحرارة مستشعر درجة الحرارة الرقمي DSl8B20 ، والذي ينقل أيضًا قيمة درجة الحرارة إلى متحكم MSP430.

2.2 وحدة واجهة USB

تعمل وحدة واجهة USB على تشغيل قرص U لتحقيق تخزين البيانات. هنا حدد جهاز واجهة USB CH375. CH375 هو جهاز واجهة عالمي لناقل USB ، مع ناقل بيانات 8 بت ، والقراءة ، والكتابة ، وخطوط التحكم في تحديد الشريحة وإخراج المقاطعة ، والتي يمكن توصيلها بسهولة بحافلة النظام الخاصة بالمتحكم الدقيق / DSP / MCU / MPU ووحدات التحكم الأخرى. يدعم CH375 جهد إمداد الطاقة بجهد 5 فولت و 313 فولت ويدعم وضع استهلاك الطاقة المنخفض. يوضح الشكل 2 دائرة الأجهزة لوحدة واجهة USB.

تم تأريض طرف TXD الخاص بـ CH375 مباشرة ، ويعمل CH375 في وضع المنفذ المتوازي. يستخدم Capacitor C4 لفصل عقدة إمداد الطاقة الداخلية CH375. تُستخدم المكثفات C3 و C5 لفصل الطاقة الخارجية ، ويوصى بأن يكون C3 مكثفًا متآلفًا بقوة 0.1 درجة فهرنهايت. من أجل إعادة تعيين CH375 بشكل موثوق ، يجب أن يكون وقت ارتفاع جهد مصدر الطاقة أقل من 100 مللي ثانية.

3 تصميم برمجيات النظام

يشتمل تصميم برنامج نظام الكشف بشكل أساسي على ثلاثة أجزاء: وحدة الحصول على البيانات MSP430 ، وزرع μC / OS-على TMS320F2812 ، وبرنامج التطبيق تحت μC / OS-.

3.1 وحدة الحصول على البيانات MSP430

يعتمد تصميم البرنامج لوحدة الحصول على البيانات MSP430 على مخطط تصميم معياري ومنظم. يمكن تقسيم تصميم البرنامج لهذه الوحدة إلى جزأين من حيث الوظيفة. الجزء الأول هو برنامج التشغيل المرتبط ارتباطًا وثيقًا بالأجهزة ، والذي يكمل بشكل أساسي تشغيل السجل السفلي للجهاز ، بما في ذلك الدائرة الخارجية MSP430 والأجهزة الطرفية المدمجة ؛ الجزء الثاني مستقل عن الأجهزة.التطبيقات ، بما في ذلك بشكل أساسي قراءة درجة الحرارة وأخذ عينات الضغط ومعالجة البيانات ، إلخ. الشكل 3 هو تدفق البرنامج الرئيسي لوحدة الحصول على البيانات MSP430.

3.2 زرع μC / OS-على TMS320F2812

ما يسمى بالزرع هو جعل نواة في الوقت الحقيقي تعمل على متحكم أو معالج. من أجل تحسين إمكانية النقل ، تتم كتابة معظم أكواد μC / OS-بلغة C. في ظل الظروف العادية ، يمكن استخدام هذا الجزء من الكود بدون تعديل ، لذا فإن عمل الزرع مرتبط بشكل أساسي بأربعة ملفات: OS_CPU_A. ASM (ملف التجميع) ، OS_CPU. H ، OS_CPU_-C. C (ملفات لغة C المتعلقة بالمعالج) و OS_CFG. H (الملف الشخصي). تم تعديل الملفات الأربعة أعلاه لنقل الرمز العام على DSP. يشكل هذا الرمز العام بالإضافة إلى رمز بدء التشغيل رمز الزرع الكامل لعملية زرع نظام التشغيل على DSP.

3.3 تصميم التطبيق تحت μC / OS-

الغرض من زرع نظام التشغيل في الوقت الحقيقي μC / OS-هو تطبيق μC / OS-. بعد نجاح عملية الزرع ، من الضروري كتابة برامج وظيفية مختلفة تحت μC / OS-. قبل كتابة مهمة ، تحتاج إلى تحديد طول حزمة المهام ، ومجموعة المهام ، والإعلان عن وظيفة المهمة ، ثم إنشاء المهمة في المكان المناسب.

إن برنامج TMS320F2812 لتحقيق وظائف مختلفة يكمل بشكل أساسي الوظائف التالية: الاتصال بـ MSP430 ، وتحليل وإعادة معالجة البيانات التي تم تحميلها بواسطة MSP430 ، وشاشة الكريستال السائل ، وبيانات الوصول إلى USB. لذلك ، يتم تقسيم مهام النظام إلى: مراقبة تشغيل النظام ، والوصول إلى USB ، والتواصل مع الرقيق MSP430 ، وشاشة LCD للوحة المفاتيح ، وساعة الوقت الفعلي ، وتعليمات التشغيل ومهام أخرى. يتم سرد تحديد الأولوية لكل مهمة في الجدول 1. يوضح الشكل 4 التدفق الكلي لتطبيق النظام.

4 نتائج تجريبية

أظهرت النتائج التجريبية أن نظام الكشف عن المياه الجوفية الدقيقة الذي تم تحقيقه بواسطة TMS320F2812 يمكنه أن يلاحظ بدقة تباين مستوى الماء في البئر بمرور الوقت ، ويستخدم هذه البيانات التجريبية لحل معلمات النفاذية في وسط الخزان الجوفي منخفض النفاذية. يمكن للنظام قياس المعلمات مثل انخفاض منسوب مياه البئر ودرجة حرارة المياه في قاع البئر بدقة عالية خلال فترة أخذ عينات واحدة. يمكن تعديل تردد أخذ العينات في نظام الكشف ، على سبيل المثال: دعنا عينة 10 بيانات ، وفترة أخذ العينات الواحدة هي دقيقة واحدة. أي أنه يمكن الحصول على 600 قطعة من البيانات عن طريق أخذ العينات مرة واحدة ، ويمكن ضبط المعلمات مثل رقم التسجيل وأوقات القياس ووقت القياس يدويًا عن طريق الضغط على المفاتيح ، ويمكن تصحيح نقطة الصفر داخل نطاق مستشعر الضغط لمناسبات مختلفة. يمكن قراءة بيانات القياس وكتابتها وحذفها من خلال واجهة USB ، وهي ملائمة للمعالجة الإحصائية اللاحقة لبيانات القياس ؛ وتم اعتماد شاشة LCD ، التي تتميز بواجهة جيدة بين الإنسان والآلة وأداء تشغيل. يمكن لشاشة LCD عرض معلمات مختلفة في نفس الوقت ، ويمكن إدخال جميع العمليات مباشرة وفقًا لمطالبات الأحرف الصينية ، مما يُظهر المدخلات الخالية من العوائق في الموقع للأداة الذكية.

5. الخلاصة

يستخدم هذا النظام وظيفة معالجة البيانات عالية السرعة لـ TMS320F2812. إنها تحقق الكشف عن المياه الجوفية الدقيقة ، والتي تتميز بالموثوقية العالية والتشغيل السهل. لكن المشكلة التي تحتاج إلى الاهتمام: نظرًا للتشغيل الميداني للجهاز ، عندما تكون حالة مصدر الطاقة غير كافية ، فإنها تحتاج إلى مصدر طاقة بطارية ، لذلك يجب مراعاة مشكلة انخفاض استهلاك الطاقة للنظام بشكل كامل عند تصميم البرنامج و المعدات. يعتمد النظام واجهة USB ، وهي ملائمة للوصول إلى البيانات وتحليلها ومعالجتها ، حيث يتم زرع نظام التشغيل في الوقت الحقيقي μC / OS-في TMS320F2812 ، ويتم اعتماد مخطط تصميم معياري. يتم تقصير دورة تطوير البرامج بشكل كبير ، وفي الوقت نفسه ، من المفيد تحسين أداء البرنامج في الوقت الفعلي وتوسيع المنتج. تم تطبيق النظام بنجاح على الموقع ، ويعمل بشكل طبيعي ، ويلبي متطلبات المشروع المتوقعة.