水平定向钻进跟踪/导向仪中地下传感发射探头

　

概要：SP2189将数据总线上的输人数据写到IDMA控制寄存器所指的存储单元中。访问应答IACK确认数据读／写操作的完成，作为IDMA接口忙的指示信号。DSP状态检测：将待发射数据以固定的格式存放在DSP的数据区，然后向DSP发中断；DSP接收到中断后，调制及发射过程中会引起DSP-FL0一MSP430F149-P4．2的电平变化。在1ms内若检测到变化，DSP工作正常；未检测到变化，DSP工作不正常，重新调用DSP程序引导模块。3．3传感器检测(1)倾角检测：在温度不变的情况下，单轴加速度计输出值与倾角的正弦值成线性关系，主要通过查表的方式得到倾角值，并运用最小二乘法进行相应的温度补偿。(2)面向角检测：利用MSP430F149定时器的两个捕获／比较模块实现了对双轴加速度计的双脉宽输出的测量。(3)温度检测：通过MSP430F149的I／O引脚直接访问温度传感器，读取温度值，并进行相应的判断。此外，还设定了看门狗定时器，防止程序跑飞。4系统安装误差软件修正由于探头安装过程中轴线偏移以及相关基准线未能对准等，倾角传感器和面向角传感器总会产生一定误差。也就是说，当探头倾角及面向角处于绝对零位时，对应传感器测量结果并不是零值，存在一定的偏差，且不同探头的初始偏差也不相同。利用MSP430F14

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3．2 MSP430F149与DSP通信

DSP引导：激活RESET，置MMAP=0和BMODE=1(选择IDMA引导)；撤消RESET，通过IDMA接口装载ADSP2189程序。程序执行被堵塞，直到程序存储器的地址0写PM(0x0000)。ADSP2189响应IDMA控制信号并提供确认信号IACK。写PM(0x0000)，开始DSP程序执行。

DSP存储器的读／写：由4个控制输入管脚选择。IDMA接口选择IS和地址锁存使能(IAL)有效时，ADSP2189将地址总线上的地址写入IDMA控制寄存器，被锁存的地址不能由主控制器读回。IDMA接口选择IS和读选通IRD有效时，ADSP2189将IDMA控制寄存器所指的存储单元内容输出到IDMA数据总线上。IDMA接口选择IS和写选通IWR有效时，ADSP2189将数据总线上的输人数据写到IDMA控制寄存器所指的存储单元中。访问应答IACK确认数据读／写操作的完成，作为IDMA接口忙的指示信号。

DSP状态检测：将待发射数据以固定的格式存放在DSP的数据区，然后向DSP发中断；DSP接收到中断后，调制及发射过程中会引起DSP-FL0一MSP430F149-P4．2的电平变化。在1ms内若检测到变化，DSP工作正常；未检测到变化，DSP工作不正常，重新调用DSP程序引导模块。

3．3传感器检测

(1)倾角检测：在温度不变的情况下，单轴加速度计输出值与倾角的正弦值成线性关系，主要通过查表的方式得到倾角值，并运用最小二乘法进行相应的温度补偿。

(2)面向角检测：利用MSP430F149定时器的两个捕获／比较模块实现了对双轴加速度计的双脉宽输出的测量。

(3)温度检测：通过MSP430F149的I／O引脚直接访问温度传感器，读取温度值，并进行相应的判断。

此外，还设定了看门狗定时器，防止程序跑飞。

4系统安装误差软件修正

由于探头安装过程中轴线偏移以及相关基准线未能对准等，倾角传感器和面向角传感器总会产生一定误差。也就是说，当探头倾角及面向角处于绝对零位时，对应传感器测量结果并不是零值，存在一定的偏差，且不同探头的初始偏差也不相同。利用MSP430F149的程序存储器是Flash型可在线编程的特点，在整个系统装配完成后第一次上电时用软件实现误差修正。误差修正软件流程图如图5所示。

Flash存储器由很多相对独立的段组成，主要分为信息存储区(A、B段)和主存储区，可在一个段中运行程序，而对另一个段进行擦除或写入数据等操作；主要用于保存用户程序或重要的数据、信息等一些掉电后不丢失的数据。应用程序在主存储区中，主要是对信息存储区中的A段进行擦除和写数据。 第一次上电时探头放置在特定的标定平台上，使探头倾角及面向角处于绝对零位。这时探头上电，运行主程序，传感器测得的数据即为因安装而形成的固定偏差。把测得的数据写入Flash存储模块中锁定，使以后程序不能再对此段程序存储单元进行改写，掉电后也不会被擦除。探头以后上电工作通过对特定存储单元数据进行判断，不再执行上述过程。但将传感器每次测量所得数据减去第一次上电所测偏差值，即得绝对测量值。在对Flash操作前先要停掉看门狗，防止操作期间看门狗定时器溢出。该子程序流程如图6所示。

地下传感发射探头运用单片机MSP430F149方便地实现了对传感器输出信号的采集、DSP的控制与管理、电源模块的管理等。同时，采用先进的DSP技术，实现数字调制、同步以及相关的数字信号处理，为地面接收解调以及定位测深提供了可靠的保障。系统具有：体积小、成本低、可靠性高等一系列优点，并采用低功耗设计，探头在地下可连续工作十余小时，为水平定向钻进穿越更长的施工工程提供了有利的条件。

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