基于加速度传感器的地震检波器设计 基于加速度传感器的地震检波器设计 地震检波器测试仪是地质勘探、石油开发、地层探测等领域重要的测试仪器之一。本设计基于MMA7455L加速 度传感器，与以往产品相比，该装置的功耗、体积、重量均大大减小，具有良好的应用前景。 引言 地震检波器是用于地质勘探和工程测量的专用传感器，是一种将地面振动转变为电信号的传感器，能把地震波引起的地面震动 转换成电信号，经过模/数转换器转换成二进制数据、进行数据组织、存储、运算处理。 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备，典型应用在手机、笔记本电脑、步程计和运动检测等。本设计采用 Freescale公司的MMA7455L来实现地震检波器测试仪的设计，其具有信号调理、温度补偿、自测,以及可配置到检测0g或脉冲 检测快速运动等功能，产品具有功耗低、便于携带、精度高、速度快的特点。 1 硬件电路设计 地震检波器核心硬件部分为DSP控制器、加速度传感器、Flash存储器、键盘、液晶显示和串口外部接口等。部分电路图如图 1～图3所示。 MMA7455L的相关引脚信号说明如表1所列。 MMA7455L提供I2C和SPI数字接口，但MMA7455L应作从设备，当CS拉高时为I2C接口，当CS用作从选择时为SPI接口。在 此设备中采用I2C接口，其从地址是0x1D,支持多字节读写。AVDD在2.4～3.6 V范围，典型值为2.8 V；DCC_IO在1.71 V～ AVDD之间，典型值为1.8 V。考虑到电路与外部接口情况，视CPU的I2C接口电平来选择DVDD_IO电压。若采用开关电源供 电，需注意开关频率必须大于250 Hz，以防干扰芯片内部ASIC。 图1 MMA7455L典型电路 图2 存储器部分电路 图3 TMS320DM642的I2C部分电路 MMA7455L的最大抽样率为250 Hz，其数据速率大于2.5 kbps即可；I2C上拉电阻在所获取的资料中没有相关计算公式，可采 用经验值4.7 kHz，若需经过模拟开关或走线较长可适当减小。 MMA7455L提供2个中断输出引脚，且INT1与DRDY共用，实际使用中需根据应用要求来确定INT1和INT2的输出。在上述典 型电路图中，只采用了INT1。 存储器部分采用了AMD公司的32 Mb Flash存储器AM29LV033C。 系统控制处理器采用TMS320DM642, 适用于大量数字信号处理运算并兼顾高实时性要求的场合，其强大的运算能力能满足系 统实时数据运算和图形界面的显示。TMS320DM642为TI公司系列DSP，24WC256是256 Kb的I2C串行CMOS EEPROM。 2 控制软件设计 数据采集及处理程序流程如图4所示。其中初始化包括系统上电、I/O端口初始化、人机界面的初始化；加速度传感器需要零点 校准和自检测以满足精度要求；系统调用检测任务后，外部中断打开，等待加速度传感器的中断 表1 MMA7455L相关信号说明 上报及采样数据收集。 MMA7455L驱动软件设计应注意IADDR0接到GND时其从地址为0x1D，接到DVDD_IO时其从地址为0x1E；MMA7455L有3种 工作模式（测量模式、水平检测模式、脉冲检测模式），在测量模式下DRDY引脚与INT1共用，数据读取就能将DRDY清除， 但在其他2种模式下INT1和INT2都需要通过写寄存器来清除。 图4 数据采集及处理程序流程 下面为加速器检测部分程序： …… MOV DPTR,#EEPROM_1 ;放入任一地址,擦除所在整个扇区 ACALL IAP_ERASE 

MOV DPTR,#EEPROM_1 ;放入第一个数地址 MOV IAP_DATA,#8EH ;放入一个数 ACALL IAP_PROGRAM MOV DPTR,#EEPROM_2 MOV IAP_DATA,#07H ACALL IAP_PROGRAM RET …… ACALL IAP_READ_ZCHECK ;读出Z轴方向偏移校准值 MOV MMA_DATA1,#16H ;7455模式设置寄存器 MOV MMA_DATA2,#41H ;不中断,关自检,8g测量模式 ACALL I2C_SEND_7455 JB 00H,INIT_7455_ERROR MOV MMA_DATA1,#18H MOV MMA_DATA2,#98H;测试Z轴,数据速率设为125 Hz ACALL I2C_SEND_7455 JB 00H,INIT_7455_ERROR MOV MMA_DATA1,#14H MOV MMA_DATA2,ZCHECK_LSB ;写入Z校经验值 ACALL I2C_SEND_7455 MOV MMA_DATA1,#15H MOV MMA_DATA2,ZCHECK_MSB ACALL I2C_SEND_7455 INIT_7455_ERROR: RET INIT_7455_STANDBY: ;掉电模式 MOV MMA_DATA1,#16H ;7455模式设置寄存器 MOV MMA_DATA2,#00H ;掉电 ACALL I2C_SEND_7455 JB 00H,INIT_7455_STANDBY_ERROR INIT_7455_STANDBY_ERROR: RET 结语 通过使用嵌入式技术及现代数字信号处理技术，此系统可以实现以前台式检波器全部的功能，并且体积、重量、功耗都有明显 优势。系统经过进一步优化和完善，将会成为地震检波的有效工具。