微水試驗法是一種瞬時向井中注入或抽取一定量的水,，通過觀測井水位變化情況,，求得井附近含水層滲透系數(shù)的方法。對于滲透性較高的含水層,，瞬時抽取或注入一定流量水后,，井中水位很快恢復(fù)到初始水位,，不易觀測井中水位降深隨時間的變化；對于低滲透性含水層,，瞬時抽取或注入一定流量水后,，能夠較好觀測到井中水位降深隨時間的變化，求得含水層水文地質(zhì)參數(shù),。

 

　　1 地下微水ticle/index.aspx?id=21771">檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案

　　該檢測系統(tǒng)用于確定不同低滲透性含水層介質(zhì)中的滲透參數(shù),。通過在含水層布置的鉆孔中激發(fā)水頭變化，實(shí)時測量水頭隨時間的變化,，利用地下水動力學(xué)原理,，計算含水層的滲透系數(shù)。

 

　　該系統(tǒng)通過MSP430單片機(jī)采集壓力式液位變送器和溫度傳感器的信號,，將采集的信號經(jīng)過簡單處理后上傳到TMS320F2812進(jìn)行分析處理,，得到井下水面高度變化以及井下水溫等參數(shù)的精確值，并送至液晶顯示屏實(shí)時顯示,，同時對USB設(shè)備進(jìn)行簡單文件操作,，便于數(shù)據(jù)存取。將μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)移植到TMS320F2812中可提高系統(tǒng)的可靠性,，具有良好的擴(kuò)展性,。

 

　　圖1為該地下微水檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，它主要由主控單元TMS320F2812,、數(shù)據(jù)采集,、USB接口、液晶顯示,、電源及復(fù)位電路等模塊組成,。 

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2．1數(shù)據(jù)采集模塊

　　數(shù)據(jù)采集模塊用于采集液體的壓力和溫度值。該系統(tǒng)采用壓力式液位變送器,，它是采用高性能的硅壓阻式壓力充油芯體作為壓力敏感核心,，接入專門集成電路將傳感器毫伏信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。該壓力式液位變壓器再將標(biāo)準(zhǔn)電流信號傳輸給MSP430單片機(jī),。溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DSl8B20,，該器件也將溫度值傳送給MSP430單片機(jī)。

 

　　2．2 USB接口模塊

　　USB接口模塊對U盤進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲,。這里選用CH375型USB接口器件。CH375是一款USB總線的通用接口器件,，具有8位數(shù)據(jù)總線和讀,、寫、片選控制線以及中斷輸出,，可以方便的掛接到單片機(jī)／DSP／MCU／MPU等控制器的系統(tǒng)總線上,。CH375支持5 V和313 V電源電壓,，支持低功耗模式。圖2為USB接口模塊硬件電路,。

　　CH375的TXD引腳直接接地,，CH375工作在并口方式。電容C4用于CH375內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)退耦,。電容C3和C5用于外部電源退耦,，建議C3采用0．1μF的獨(dú)石電容。為了使得CH375可靠復(fù)位,，電源電壓上升時間應(yīng)小于100 ms,。

 

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　該檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括MSP430數(shù)據(jù)采集模塊、μC／OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植,、μC／OS-Ⅱ下應(yīng)用程序等3部分,。

　　3．1 MSP430數(shù)據(jù)采集模塊

　　MSP430數(shù)據(jù)采集模塊軟件程序設(shè)計采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方案,。該模塊軟件設(shè)計從功能上可分為2部分,，第1部分是與硬件密切相關(guān)的驅(qū)動程序，主要完成對硬件底層寄存器的操作,，包括MSP430外部電路和內(nèi)置外設(shè),；第2部分是跟硬件無關(guān)的應(yīng)用程序，主要包括讀取溫度,、壓力采樣,、數(shù)據(jù)處理等。圖3為MSP430數(shù)據(jù)采集模塊的主程序流程,。

 

　　3．2 μC／OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植

　　所謂移植,，就是使一個實(shí)時內(nèi)核能在某一微控制器或處理器上運(yùn)行。為了提高可移植性,，μC／OS-Ⅱ的絕大部分代碼都是采用C語言編寫的,。一般情況下，這部分代碼無需修改就可使用,，因此該移植工作主要與4個文件相關(guān)：OS_CPU_A．ASM(匯編文件),，OS_CPU．H，OS_CPU_-C．C(處理器相關(guān)C語言文件)和OS_CFG．H(配置文件),。修改完成以上4個文件即為在DSP上移植通用代碼,，此通用代碼加上啟動代碼，組成在DSP上進(jìn)行操作系統(tǒng)移植的完整移植代碼,。

　　3．3 μC／OS-Ⅱ下應(yīng)用程序設(shè)計

　　移植實(shí)時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ是為了應(yīng)用μC／OS-Ⅱ,。移植成功后，需要在μC／OS-Ⅱ下編寫各項功能程序。編寫任務(wù)之前,，需要定義任務(wù)堆棧的長度,、任務(wù)堆棧以及聲明任務(wù)函數(shù)，然后在適當(dāng)?shù)牡胤絼?chuàng)建任務(wù),。

　　TMS320F2812實(shí)現(xiàn)各項功能的軟件主要完成如下功能：與MSP430通信,、對MSP430上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析再處理、液晶顯示,、USB存取數(shù)據(jù),。因此，本系統(tǒng)任務(wù)劃分為：系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視,、USB存取,、與從機(jī)MSP430通信、鍵盤液晶,、實(shí)時時鐘,、運(yùn)行指示等任務(wù)。各任務(wù)優(yōu)先級分配如表1所列,。圖4為該系統(tǒng)應(yīng)用程序總體流程,。

 

　　4 實(shí)驗結(jié)果

　　實(shí)驗結(jié)果表明：采用TMS320F2812實(shí)現(xiàn)的地下微水檢測系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確觀測井中水位降深隨時間變化的規(guī)律,，利用這些試驗數(shù)據(jù)求解出低滲透性含水層介質(zhì)中滲透參數(shù),。該系統(tǒng)可在一個采樣周期內(nèi)高精度測量井中水位降深以及井下水溫等參數(shù)。該檢測系統(tǒng)的采樣頻率可以修改,，例如：設(shè)l s采樣10個數(shù)據(jù),，1個采樣周期為1 min。即采樣一次可獲得600個數(shù)據(jù),，同時可手動按鍵設(shè)置測井編號,、測量次數(shù)、測量時間等參數(shù),，針對不同場合在壓力傳感器范圍內(nèi)修正零點(diǎn),。測量數(shù)據(jù)通過USB接口讀寫和刪除，便于后期統(tǒng)計處理測量數(shù)據(jù),；并采用液晶屏,，具有良好的人機(jī)界面和操作性能。液晶屏可同時顯示各種參數(shù),，全部操作可根據(jù)漢字提示直接輸入,，顯示智能儀表現(xiàn)場無障礙輸入。 

 

　　該系統(tǒng)利用TMS320F2812的高速的數(shù)據(jù)處理功能,。實(shí)現(xiàn)地下微水檢測,，具有可靠性高,，易操作等優(yōu)點(diǎn)。但需注意的問題：由于本裝置野外作業(yè),，在供電電源條件不足的情況下，需電池供電,，因此應(yīng)在軟硬件設(shè)計時,，充分考慮系統(tǒng)低功耗工作的問題。該系統(tǒng)采用USB接口,，便于存取,、分析和處理數(shù)據(jù)，并將μC／OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)移植到TMS320F2812中,，采用模塊化的設(shè)計方案,。大大縮短軟件開發(fā)周期，同時有利于提高程序的實(shí)時性和產(chǎn)品的可擴(kuò)展性,。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于現(xiàn)場,，運(yùn)行正常，達(dá)到預(yù)期項目要求,。