16通道聲發(fā)射同步數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計方案探究

　煤巖聲發(fā)射監(jiān)測，又名微震監(jiān)測，是一種公認(rèn)的很有發(fā)展前途的連續(xù)預(yù)測煤礦動力災(zāi)害的方法。目前國內(nèi)已經(jīng)有多套國產(chǎn)和引進(jìn)的系統(tǒng)投入使用。其中，煤巖聲發(fā)射信號的采集是該監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)之一，它要求數(shù)據(jù)采集電路具有大動態(tài)范圍、多通道同步數(shù)據(jù)采集等特點。目前，國內(nèi)已有多家單位進(jìn)行了相關(guān)的研究工作：熊慶國等采用單片機(jī)+DSP的方案研制出便于攜帶的具有16位分辨率的單通道巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀；周鳳星等采用C8051F022核心控制器，設(shè)計出能夠同步采集三路16位分辨率加速度傳感器信號的聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集站：潘一山等研制的礦震監(jiān)測定位系統(tǒng)采用了16位、8通道的數(shù)據(jù)采集器；王繼強(qiáng)等以TMS320VC5402處理器，分別設(shè)計了8通道、16位分辨率的微震實時監(jiān)測系統(tǒng)。
　　隨著技術(shù)的快速發(fā)展，處理器和A／D轉(zhuǎn)換器的性能都在不斷改善，使得更多通道、更高分辨率的煤巖聲發(fā)射信號采集成為可能。TMS320 VC5509A是TI公司推出的一款低功耗、高性能、16位定點DSP處理器，其主頻最高可達(dá)200 MHz，具有豐富的外設(shè)，適用于大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集和處理。ADS1278是TI公司推出的一款工業(yè)級的24位分辨率、8通道同步A／D轉(zhuǎn)換器，具有優(yōu)良的AC和DC性能，采樣率最高可以達(dá)144 ksps，并且可通過菊花鏈的方式級聯(lián)多片，實現(xiàn)更多通道的數(shù)據(jù)采集。文中以DSP處理器TMS320VC5509A為核心，通過菊花鏈的方式擴(kuò)展了2片ADS12 78，實現(xiàn)了24位分辨率、16通道同步數(shù)據(jù)采集。
　　1 數(shù)據(jù)采集電路的工作原理
　　數(shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其工作原理為：系統(tǒng)上電后，TMS320VC5509A（以下簡稱VC5509A）首先完成對自身資源的配置，然后通過I2C總線配置PCA9535的I／O口狀態(tài)，完成對ADS1278的基本配置。待以上準(zhǔn)備工作完畢后，VC5509A發(fā)出一個同步轉(zhuǎn)換脈沖，啟動A／D轉(zhuǎn)換；這時，前端傳感器采集的煤巖聲發(fā)射信號經(jīng)過信號調(diào)理電路放大、濾波等預(yù)處理后送入ADS1278進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。最后，各通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以時分復(fù)用的形式送入VC5509A的McBSP端口，完成數(shù)據(jù)的采集。
　　
　　由數(shù)據(jù)采集電路的原理框圖可以看出，VC5509A與ADS1278的接口是該設(shè)計的核心。該接口電路按功能劃分為兩部分：一個是控制接口，用于設(shè)置ADS1278的工作模式、數(shù)據(jù)傳輸模式和通道使能情況：另一個是數(shù)據(jù)接口，用于傳輸ADS1278采集的數(shù)據(jù)。此外，電源和基準(zhǔn)電路也是該數(shù)據(jù)采集電路的重要組成部分，下文將詳細(xì)介紹。