传统的无人值守地上勘探体系可以勘探必定范围内的地上运动方针。其作业形式是把收集到的信号发送回地上接纳站再进行处理。此办法不能完结终端实时信号处理，且反应时刻较长。别的，信号在传输和接纳的进程中会遭到不同程度的搅扰，这样就会使辨认作用呈现误差，特别是在杂乱电磁环境条件下，无线通讯时刻越长，传输数据量越大，则遭到的搅扰越多，且勘探体系越简略被敌方发现。本文所规划的勘探体系提出了一种实时处理信号的办法，直接将处理的成果发送给决策者，这样既避免了轰动和声响信号在传输进程中的失真，又缩短了反应时刻，一起还增加了勘探体系的隐蔽性。
体系整体计划规划
无人值守勘探体系一般由地轰动和声响传感器、中央处理芯片、运算扩大电路以及无线收发设备等模块组成，经过传感器体系收集轰动和声响信号经过滤波电路、运算扩大电路以及AD转化电路将模拟信号转化为数字信号，再对这些信号进行时频剖析，以期到达辨认方针性质的意图。依据体系勘探和监督的需求，地轰动传感器应能勘探到200m以内的运动车辆及20m以内人员脚步的信号，声响传感器应能感应到600m以内的车辆噪声。
因为DSP处理器具有用率高，合适数据量较大、算法较杂乱的信号处理等特色，因而本文选取DSP作为无人值守地上勘探体系运算处理芯片。
本文所规划的地上勘探体系首要由前端勘探辨认——地上勘探主体系和后端显现——接纳显现子体系两部分组成。当勘探区域呈现鼓励时，体系开端作业，DSP的集成A/D采样接口开端收集地轰动和声响传感器经过扩大调度的信号。DSP模块辨认方针性质今后，经过串口发送相应的编码到无线收发模块，然后经过无线传输，发送到接纳显现子体系的无线收发模块，最终经过单片机串口将编码发送给单片机，将编码代表的方针特色在液晶模块上显现出来。体系作业原理如图1所示。
规划所需器材选型
传感器的选型
（1）地轰动传感器
体系所运用的地轰动传感器安装在勘探体系中并布设到地上上，用于检测方针运动引起的地轰动信号。
动圈磁电式传感器是地震勘探中广泛运用的一种老练的传感器，其功用牢靠、价格低廉，而且输出信号对后续电路要求不高，可以简化体系电路规划。本文选用DX20动圈磁电式传感器。
（2）声响传感器
声响传感器首要用于检测方针发动机引起的噪声和声压改变，是由勘探到的声响信号的频率和声强级来辨认方针的呈现。常用的声响传感器可分为电容式、碳粉式、压电式和光纤声响传感器。其间电容式声响传感器具有较高的灵敏度、较低的自生噪声及较低的失真，功用优秀，其功用可以满意本体系的要求。本体系选用电容式声响传感器。
电子元件的选型
为了使该体系在野外长期安稳地作业，体系需选用低功耗规划。在该体系中，DSP、运算扩大器和无线收发模块的功耗占体系功耗的很大部分。所以对此三种器材的挑选需特别注意功耗的问题。
（1）DSP的选型
跟着半导体科技的开展，DSP的品种越来越多。挑选DSP处理器首要从以下几个方面考虑：
② 功用：描绘DSP功用的最重要的方针是运算速度。
②片内硬件资源：片内硬件资源首要包含片内RAM、ROM的数量，I/O接口的品种和个数，总线驱动才干，外部可扩展的程序和数据空间等。
③体系运算量。
④一般，DSP的功耗是较大的，体系选用的DSP芯片需具有闲暇形式，可以做到有方针的时分勘探，没有方针的时分休眠的要求，以降低功耗。
TI公司是DSP首要出产厂家，它的产品首要包含TMS320C6000、TMS320C5000、TMS320C2000系列。其间，C5000DSP可达200MHz左右的作业时钟频率，被广泛应用于语音信号处理和调制解调器等范畴，其价格适中，且硬件规划要求比较高。
本体系所必需的DSP片内外设首要包含集成ADC转化器、DPLL时钟发生器、DMA操控器、EMIF、MCBSPS、通用定时器、看门狗定时器等，一起本体系具有必定的运算量。因而，本体系选用C5000DSP作为首要运算处理芯片。C5000 DSP包含C55x和C54x两代产品。充沛考虑到体系的实时性和低功耗要求，本体系选取TI公司出产的TMS320VC5509A作为中心核算单元，它的处理才干可到达400MIPS，其资源可以完结地轰动和声响信号采样以及方针辨认功用。该型DSP具有休眠功用，当勘探区域内没有方针时，主体系DSP进入旁路形式，处于闲暇形式，其作业电流仅为16μA，大大降低了DSP的功耗；当方针呈现时，DSP开端作业。
TMS320VC5509A集成一个双通道10位的模数转化(ADC)模块。模数转化器不能作业在接连形式下，DSP有必要向ADC操控寄存器(ADCctl)的ADCstart位写入1来初始化每次转化。一旦转化开端，DSP有必要比及转化完结才干挑选别的一个通道或许初始化别的一次新的转化。ADC不会向DSP宣布中止信号，所以DSP只要经过查询ADC数据寄存器(ADCdata)的ADCBusy位来获取ADC的状况。当转化完结时，ADCBusy由1被置为0，表明转化数据现已寄存在数据寄存器ADCData中，然后DSP可以从ADCData读取数据。ADCData中也包含寄存器ADCctl中表明多路挑选器通道挑选值的ChSelect的值，所以DSP可以鉴别是从哪个通道获取的采样值。
（2）外设操控和扩展芯片的选型
本体系的可编程逻辑器材需满意上电即可作业，其作用是作为DSP外设操控和扩展的芯片，规划的组合逻辑比较多，因而首选CPLD。跟着大规模可编程器材的开展，选用DSP+CPLD结构的信号处理体系显现出了优越性，该结构具有结构灵敏，通用性较强，适于模块化规划，易于保护和扩展。
可编程逻辑器材(CPLD)选用ALTERA公司的EPM570T100C5N来完结体系的接口逻辑。该逻辑器材选用FPGA结构，装备芯片集成在内部，和一般PLD相同满意上电即可作业。
（3）集成运放的选型
地轰动传感器需勘探200m以内的运动车辆及20m以内人员脚步的信号，声响传感器需感应600m以内的车辆噪声（勘探间隔与传感器的灵敏度联系十分亲近）。在如此远间隔情况下，由传感器检测得到的方针信号很弱小，一般只要毫伏级。如此小的信号有必要先经过前置扩大和预处理后才干进行收集处理。别的，信号扩大处理电路功耗应尽量小。
因为原始信号极端弱小，很简略被噪声所吞没，为了能有用按捺搅扰，规划选用美国TI公司出产的OPA4336运算扩大器，它的内部集成了四个运算扩大器，具有精度高、功耗低一级特色。
（4）其他器材的选型
SDRAM选用HY57V641620ETP，FLASH选用S29AL800D；选用78M05（12V-5V电压转化芯片）作为辅佐芯片。
DSP体系规划
DSP作业模块规划
在此首要介绍硬件电路规划，一般是指以DSP为中心的外围电路规划，包含前向通道（输入数据通道）和后向通道（输出数据通道），以及复位电路、电源规划等。DSP作业模块原理如图2所示。
DSP体系选用四节3V高效能电池串联供电（供电电压DC12V），选用78M05转化出来的DC5V，再由TLV1117-3.3和TLV1117-ADJ稳压芯片供给的3.3V与1.6V两种电压作为DSP的作业电压，并用JTAG口硬件仿真并下载程序，SDRAM用于动态存储收集到的数据，FLASH保存DSP运转程序，待复位后从头载入DSP内部RAM中运转，CPLD担任外围器材的挑选操控。DSP经过16根数据线和14根地址线与SDRAM、FLASH、CPLD进行通讯。DSP作为体系的中心，完结信号收集、过零数剖析、短时能量剖析、功率谱相似性辨认算法等处理进程。
体系电源模块规划
主体系额外输入电压DC12V，78M05（图3中U22）转化出DC5V（供无线通讯模块运用）再由TLV1117-3.3（图3中U2）和TLV1117-ADJ（图3中U1）转化DC3.3V和DC1.6V供DSP体系运用，体系电源电路如图3所示。
因为本体系需求将收集到的信号做信号剖析和改换等作业，对DSP的时钟信号有较高的要求，因而选用12M有源晶振作为DSP体系作业时钟源。DSP等各个芯片的滤波电容均放置于芯片的底层，一方面可以节约顶层布线空间，另一方面可以较好地滤除电源发生的毛刺等搅扰信号。别的将10uF和0.1uF的电容穿插放置可以发生更好的滤波作用，体系晶振与DSP的滤波电容电路如图4所示。
DSP与SDRAM和FLASH的接口电路规划
本体系硬件规划中触及较多的DSP与存储器的衔接与拜访。TMS320VC5509A的外部存储器接口除了对异步存储器的支撑以外，还供给对同步突发静态存储器(SBSRAM)和同步动态存储器(SDRAM)的支撑。异步存储器可以是静态随机存储器(SRAM)、闪存等存储设备，也可以是A/D转化器材、并行显现设备等。DSP与SDRAM和FLASH的接口电路如图5所示。
存储模块的规划
DSP既可将SRAM作为程序存储器，也可作为数据存储器。本体系用FLASH寄存程序，在体系运转时，为进步运转速度，需将程序从FLASH搬至快速SRAM中运转，此刻SRAM地址映射在程序空间中，而当体系的数据存储空间超越内部RAM时，SRAM地址映射在数据空间中。体系选用HY57V641620型动态数据存储器SDRAM作为SRAM。
为了充沛发挥DSP功用，在加电后需求将用户代码装载到高速RAM存储器中运转。FLASH存储器是一种高密度、非易失性的电可擦写存储器，存储量大，运用便利，适用于低功耗、高功用的体系。规划FLASH与DSP的接口时，FLASH的数据线和地址线别离和DSP的外部数据和地址总线相连，FLASH的分页操控位A[13:18]位衔接CPLD，对CPLD编程完结寄存器操控高位译码，使得DSP可以拜访FLASH的高位存储地址段。
传感器调度及扩大电路规划
（1）地轰动信号收集电路
考虑到地轰动信号的频率均为150Hz以下，在仪器用丈量扩大器的基础上添加了低通滤波电路，以进一步按捺环境高频噪声对信号发生的不良影响，该低通滤波器将收集到的地轰动信号频率约束在340Hz以下。
OPA4336是CMOS型、轨对轨输入输出的运算扩大器，供给了4个独立的扩大器，具有高输入阻抗、低输入失调电压、低输入偏置电流、低噪声等特色，其电源作业范围为2.3V~5.5V。体系扩大电路由两级组成：两个对称的同相扩大器U6A和U6C构成榜首级，U6B为第二级扩大器，U6D是声响扩大器，轰动信号调度及扩大电路如图6所示。
该两级扩大电路，既满意电路安稳性要求，又可供给必定倍数的增益。对经过扩大的信号进行A/D转化后即可送入DSP进行信号的收集与辨认。
（2）声信号收集电路
声响扩大电路附加了一个一阶低通硬件滤波器(C41=470pF)以消除较高频环境噪声。此外，因为选用单电源形式，供电电压为3.3V，因而需供给一偏置电压将参阅电平拉高1.6V，以确保信号的完整性。为了电源去耦，应在电源引脚和印制线路板上与运放参阅端之间衔接一个旁路电容。一起该%&&&&&%在元器材布局时应尽量接近运放电源引脚。VO%&&&&&%E接声响传感器，AIN1接DSP的A/D转化接口ADC1。声响信号调度及扩大电路如图7所示。
便携式接纳显现子体系的规划
单片机接纳体系电路规划
选用ATMEL公司推出的AT89S52作为单片机接纳体系主控芯片。AT89S52除了具有8051的悉数功用外，还内置了一些比较有用的功用部件。如AT89S52内部的程序存储器是8KB可擦写的FLASH存储器，支撑在线体系编程ISP，调试十分便利。单片机接纳体系电路如图8所示。
液晶显现电路规划
显现模块有两种挑选计划：①用数码管作为显现器；②LCD液晶显现。尽管数码管运用简略，但不能显现汉字、字符等，为了使指挥员可以愈加直观而且愈加迅速地了解方针的特色，便携式接纳显现子体系选用JM12864带中文字库的液晶显现器作为显现模块。
JM12864可显现汉字及图形，内置8192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵显现RAM(SDRAM)。液晶显现模块电路如图9所示。
无线收发模块规划
无线收发模块选用深圳科易连公司出产的KYL-1020L，它的长处是通讯间隔远，而且具有休眠操控功用，DSP可以经过软件操控它处于作业或休眠状况，极大地降低了体系功耗。
KYL-1020L具有如下特色：①载波频率为433MHz；②多种可选的通讯接口，如RS-232和TTL；③8个通讯信道；④传输数率为9600bps；⑤数据格式为8N1/8E1/801；⑥供给方波传输功用，便利非标的编码客户运用；⑦收发一体，半双作业业形式；⑧低功耗，并具有休眠功用；⑨作业温度为-35℃~+75℃（工业级）。
KYL-1020L的休眠功用对本体系极为重要。因为休眠电流只要不到20μA，功率不到0.18mW，极大地降低了体系功耗，使得体系可以长时刻作业。无线收发模块电路如图10所示。
结束语
本文完结了根据DSP无人值守地上勘探体系的硬件规划。首要介绍了体系整体计划规划以及传感器和电子元件的选型，然后论述了DSP作业模块、电源模块、外部寄存器接口电路、存储模块和传感器调度及扩大电路的规划，最终介绍了便携式接纳显现子体系的规划。该地上勘探体系功用安稳，原理可行，能实时地为侦查或戒备分队供给战场信息。
