基于超声波的围岩松动圈实时监测系统设计

2．1 主控单元与存储模块

本系统采用的主控芯片为ST公司推出的基于ARMCortex-M3内核的32位微控制器STM32F103。该控制器是为低功耗和价格敏感的应用而专门设计的，具有突出的能效比和处理速度。本设计中嵌入了μC／OS-II操作系统，可以便于多任务控制。此外，STM32微控制器支持NAND Flash存储器扩展，能够将采集的数据存到Flash里面，存储与提取数据更加快速。

2．2 超声波发射与接收电路

2．2．1 超声波发射电路

超声波发射电路由超声波产生电路、放大电路以及超声波换能器组成，如图4所示。由STM32F103的PWM模块产生40kHz的矩形波，经放大电路放大送入超声波发送换能器，发送出40 kHz的超声波。

2．2．2 超声波接收电路

超声波接收电路包括放大信号电路、带通滤波电路以及整剥型发电路，如图5所示。超声波探头接收超声波，经过LM358对其两级放大，然后将放大的信号送入LM567将波形滤波并且触发CPU的引脚。LM567具有带通滤波和触发的作用，5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f，f≈1／1．1RC。当LM567的3引脚输入幅度大于等于25 mV，并且频率在带宽内的信号时，8引脚由高电平变为低电平，触发CPU的引脚，完成接收超声波的功能。

2．3 GPRS模块

GPRS无线传输模块采用华为公司的GSM900-C模组，如图6所示。GSM通过串口接收CPU的数据，并实时地发送给后方监控室，通过发送引脚将后方监控室的命令传送给CPU，从而实现了后方监控室可以主控请求目标板之间人机互动的功能。目标板也可以自动定时采集数据，并通过GSM模块传输到后方监控室。

3 围岩松动圈监测系统软件设计

基于超声波的围岩松动圈监测系统的软件设计流程如图7所示。本设计中嵌入了μC／OS-II操作系统，主要包括4个线程：