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井—地三维地电场的无线数据采集系统研究

作　者: 赵洪山
导　师: 郭家虎
学　校: 安徽理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 井—地地电场数据采集无线通讯采集分站控制分站
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

井—地三维地电场的无线数据采集系统利用的是电测井法和地表直流电法相结合的综合勘探方法,它的基本原理就只将供电电极置于井中一定深处,在供电过程中完成对供电回路中的电流I和地表采集电极处的电位U,通过计算电阻率来反映地下探测目标的范围和异常情况,此方法在探测方面增强了横向上的能力。首先,所研究的井一地三维无线数据采集系统属于高密度分布式并行数据采集系统；论文内容选用基于JN5148微控制器的具有无线射频的模块来完成单点电极对地电信号的采集、处理及发射辅助电路设计,供电电极设计。该微控制器以32位的RISC处理器为核心；为达到高精度数据采集系统采用差分信号作为信号源,然后经一系列的过放大电路及工频陷波电路使采集的数据进入24位A/D芯片AD7710处理,并且通过JN5148控制器控制以达到数据采集的实时性和稳定性。其次,作为无线数据采集系统本文章采用ZigBee无线通讯技术；采用无线技术克服了传统采集系统繁琐工作量大等难度,这里每一个电极就是单独的一个测量电极,这样可以达到系统的简单高密度列阵分布排列及数据的并行采集与发送；分布方式列阵方式是协调器为一个分站,协调器两边各16个子节点作为测量电极,形成直线形状的星型网络。最后,在整个井一地三维电场的无线数据采集系统硬件设计完成后,在硬件和软件的调试工作,硬件调试分为三个模块调试,软件调试则主要在组网、掉电重组网和睡眠唤醒功能做了调试,结果显示性能均达到预期效果。

全文目录

Abstract  5-7
摘要  7-14
1 绪论  14-20
  1.1 课题研究的背景  14-15
  1.2 当今国外与国内研究的现状  15-16
    1.2.1 国内现状  15-16
    1.2.2 国外现状  16
    1.2.3 存在缺陷  16
  1.3 课题的研究目的和意义  16-17
  1.4 论文的整体结构  17-18
  1.5 本章小结  18-20
2 地电场数据采集系统的理论基础  20-28
  2.1 电阻率法原理  20-22
    2.1.1 视电阻率的概念  20-21
    2.1.2 电阻率法的本质  21-22
  2.2 井-地地电采集系统理论基础  22-26
    2.2.1 井-地电阻率法原理  22-23
    2.2.2 井-地地电采集系统装置  23-25
    2.2.3 系统数据处理的算法  25-26
  2.3 本章小结  26-28
3 井-地三维地电场无线数据采集系统的设计方案  28-38
  3.1 系统整体要求和技术指标  28-29
  3.2 系统整体设计方案  29-36
    3.2.1 地电场无线数据采集系统架构  29-30
    3.2.2 系统采集分站硬件方案架构  30-33
    3.2.3 主控分站硬件方案架构  33-34
    3.2.4 供电发射电路硬件方案架构  34-36
  3.3 本章小结  36-38
4 地电场无线数据采集硬件电路设计  38-52
  4.1 系统核心处理器选型及JN5148微处理器介绍  38-39
  4.2 系统采集分站的设计  39-45
    4.2.1 前置放大设计  39-40
    4.2.2 采集信号过压保护  40
    4.2.3 滤波电路设计  40-41
    4.2.4 工频陷波电路设计  41-42
    4.2.5 A/D转换电路设计  42-43
    4.2.6 自然电位检测及补偿电路设计  43-44
    4.2.7 微控制器最小系统  44
    4.2.8 采集分站电源设计  44-45
    4.2.9 采集分站电极转换电路设计  45
  4.3 系统控制分站的设计  45-48
    4.3.1 控制分站电源管理  46-47
    4.3.2 数据存储电路设计  47-48
  4.4 井下电极电源发射电路的设计  48-51
    4.4.1 高压信号产生  48
    4.4.2 H桥电路设计  48-49
    4.4.3 桥式驱动电路设计  49-50
    4.4.4 发射电流检测电路设计  50-51
  4.5 本章小结  51-52
5 地电场无线数据采集系统软件设计  52-64
  5.1 软件设计资源及环境概述  52-55
    5.1.1 代码设计环境  52-54
    5.1.2 操作系统(JenOS)及协议(ZigBee Pro)的API函数  54-55
  5.2 系统各部分软件设计思想  55-62
    5.2.1 控制分站建网与数据传输软件设计  56-58
    5.2.2 控制分站数据存储软件设计  58
    5.2.3 采集分站入网与数据传输软件设计  58-59
    5.2.4 电极转换软件设计  59-60
    5.2.5 数据采集软件设计  60-61
    5.2.6 供电欠压检测软件设计  61-62
  5.3 本章小结  62-64
6 系统调试与调试结果  64-70
  6.1 硬件调试  64-65
    6.1.1 电源模块调试  64
    6.1.2 工频陷波模块调试  64-65
    6.1.3 A/D模块调试  65
  6.2 软件调试  65-67
  6.3 调试结果  67-68
  6.4 本章小结  68-70
总结与展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-78
作者简介及读研期间主要科研成果  78

井—地三维地电场的无线数据采集系统研究

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