1、成都理工大学毕业设计（论文）I工程地震仪数据采集与传输系统的研制作 者 姓 名 :王 洪 辉 专 业 :信 息 工 程 (电 子 方 向 )2003050107 指 导 教 师 :罗 运 先摘 要地震勘探仪器是集传感技术、电子技术、计算机技术、数据传输技术、通讯技术等为一体的综合系统。工程地震勘探主要用于解决矿山、铁路、建筑等各种工程地质问题。随着工程勘探的不断深入，勘探环境日益复杂，由此带来数据采集、数据传输等问题。论文针对数据采集和传输环节相关技术进行研究，其主要内容包括：(1) 分析目前工程地震仪存在的问题和不足，提出研究方向和思路；(2) 数据采集部分采用24位A/D转换器，设计了其外
2、围接口电路；(3) 采用nRF无线收发集成芯片设计数据传输单元，实现工程地震数据的无线传输；(4) 完成了工程地震数据采集和数据传输的系统调试。上述研究成果，对于便携式工程地震仪的研制打下坚实基础。一些技术还可应用于其他信号采集和信号处理领域。关键词：工程地震仪，数据采集，数据传输，便携式。成都理工大学毕业设计（论文）IIDevelopment of the Data Acquisition & Transmission System of the Engineering SeismographAbstract：The seismic exploration instrument is a s
3、ystem including sensor technology, electronic technology, computer technology, data transmission, communication technology. The engineering seismic survey is mainly aimed to solve the engineering geological problem such as mine, railway and architecture. As the advance of engineering seismic survey,
4、 the circumstance of the exploration is more and more complex. The problem is that there is a great amount of data which needs to be ac成都理工大学毕业设计（论文）1目 录第 1章 引 言 .11.1 课题研究意义 .11.2 国内外发展现状 .错误！未定义书签。1.3 仪器功能特点 .错误！未定义书签。1.4 研究内容及方法 .错误！未定义书签。1.4.1 目前工程地震仪存在的问题 .错误！未定义书签。1.4.2 本论文研究内容及方法 .错误！未定义书签。1.
5、5 论文结构安排 .错误！未定义书签。第 2章 系统方案设计 .错误！未定义书签。2.1 系统总体方案 .错误！未定义书签。2.2 地震检波器简介 .错误！未定义书签。2.2.1 动圈式地震检波器 .错误！未定义书签。2.2.2 压电式检波器 .错误！未定义书签。2.2.3 涡流地震检波器 .错误！未定义书签。2.3 数据采集方案 .错误！未定义书签。2.4 数据传输方案 .错误！未定义书签。第 3章 数据采集单元设计 .错误！未定义书签。3.1 - 模数转换技术 .错误！未定义书签。3.1.1 过采样技术 .错误！未定义书签。3.1.2 数字滤波及采样抽取技术 .错误！未定义书签。3.1.3
6、 转换器结构特点概述 .错误！未定义书签。3.2 A/D 转换器 ADS1271 简介 .错误！未定义书签。3.2.1 ADS1271 特点与工作方式 .错误！未定义书签。3.2.2 ADS1271 数据输出模式 .错误！未定义书签。3.3 A/D 采集硬件电路设计 .错误！未定义书签。3.3.1 单元硬件方框图 .错误！未定义书签。3.3.2 参考基准电压设计 .错误！未定义书签。成都理工大学毕业设计（论文）23.3.3 输入信号调理电路设计 .错误！未定义书签。3.3.4 系统时钟设计 .错误！未定义书签。第 4章 无线数据传输单元设计 .错误！未定义书签。4.1 传输方式比较 .错误！未
7、定义书签。4.1.1 现有传输方式概述 .错误！未定义书签。4.1.2 无线数据传输的提出 .错误！未定义书签。4.2 nRF 系列芯片简介 .错误！未定义书签。4.2.1 nRF 芯片技术特点 .错误！未定义书签。4.2.2 基于 nRF 系列芯片的实验性能比较 .错误！未定义书签。4.2.3 nRF905 电路结构与工作原理 .错误！未定义书签。4.3 无线数据传输硬件电路设计 .错误！未定义书签。第 5章 软件设计实现 .错误！未定义书签。5.1 软件开发环境AVR Studio .错误！未定义书签。5.2 AVR Studio 开发流程 .错误！未定义书签。5.3 ADS1271 数据
8、采集软件设计 .错误！未定义书签。5.4 nRF905 无线传输软件设计 .错误！未定义书签。第 6章 实际测试 .错误！未定义书签。6.1 ADS1271 数据采集测试 .错误！未定义书签。6.2 nRF905 数据传输测 试 .错误！未定义书签。6.3 时钟同步测试 .1结 论 .1致 谢 .1参考文献 .1成都理工大学毕业设计（论文）1第 1章 前 言1.1 课题研究意义地震勘探是地球物理勘探中重要的方法之一，与其他物探方法相比，其优点是精度高、分辨率高、穿透深度大，对有弹性差异的成层性好的地质体特别有效，因而广泛应用于石油、天然气、煤田、盐岩矿床的勘探，并取得了极大的成效；其次在寻找6
9、.3 时钟同步测试针对地震波信号采集的实际情况，必须考虑采集的时钟同步问题。即所有采集卡得到的数据传输到主机的时候，在理论上其达到时间应该是同时刻的。实际情况并不可能做到完全同步，只能尽量减小各采集卡时间的时间延迟。针对本系统采用的无线数据传输的特点，我们进行了 nRF905 芯片的无线传输同步测试。测试方法与结果： 模拟两路采集卡“ 同时 ”向主机发送数据，这里将两个发送数据模块都下载同样的程序代码，同时发送数据； 接收端采用 FPGA 实现，用以计算两者之间的时间延迟； FPGA 内部计数模块采用 100MHz 系统时钟，最后得出的计数值为最大摆动 25 个，折算成时间即为 0.25s；
10、该结果显示，系统采用的无线收发计数达到了较高的时钟同步精度要求，满足实际工程地震应用的需要。成都理工大学毕业设计（论文）2结 论工程与环境物探以其快速、高效、无损的特点，在国家工程建设和规范执行中得到越来越广泛的重视和应用，而地震勘探作为其主要勘探方法之一，占据着举足轻重的地位。论文针对浅层地震勘探仪器的研制进行了研究，主要完成了以下几方面的工作： 设计了完整的系统噪声控制，提高了 ADC 的有效分辨率，把系统噪声控制在 400 个 LSB（119.2V）以内； 设计了 nRF905 芯片进行近距离（ 200 米内）无线数据传输，实现了地震数据采集卡到采集站之间的无线传输； 采用主机和从机相结
11、合的模式提高了系统无线时钟同步的精度，达到了 0.25us 的同步精度，满足了地震仪采集系统的要求； 完成了高速地震数据采集、无线数据传输系统的联机调试；经过课题组成员的共同努力，在指导老师的悉心指导下，本论文较好的完成了预期目标，实现了工程地震仪高速数据采集和无线传输系统的研制。特别是数据采样精度和系统时钟同步上实现了较好的技术指标。下步工作将重点放在 PC 机地震数据处理软件的开发上，以期实现工程地震仪整机的研制目标。成都理工大学毕业设计（论文）3致 谢论文的顺利完成得益于关心我、支持我的各位老师和同学，在此，表示我衷心的感谢！论文的立题得到了庹先国教授所带领的工作组的大力支持，课题组给予
12、了我很多工程物探方面的专业知识，使我能够很快的进入到课题的研究中去。同时得到了罗运先副教授的鼎立支持，他借阅于我的数字地震仪一书详细地介绍了数字地震仪的电路原理和应用，该书集中反应了我国从事地震仪研究的技术工作者的专业水平和劳动成果。在此，一并表示感谢。论文设计之际，恰逢罗老师生病住院，整个论文都是在庹老师的研究生李向阳、穆克亮等人的关怀和指导下完成的。郭大江副教授在论文撰写过程中给予了政策上的指导。在这个过程中，该工作组给我提供了良好的实验环境，在课题经费上也给予了大力支持，使我能够很好的开展课题的设计工作。我收获的不仅仅是丰富的专业知识，更重要的是师兄、师姐们为人处事的严谨作风，让我受益匪
13、浅。在此，向他们表示衷心地感谢！在电子技术的学习过程中，特别感谢奚大顺教授、谢兴红老师、林凡强老师、余小平老师、李向阳老师，是他们对专业知识孜孜不倦的探索精神感动了我、鼓舞了我，把我带进了神奇的电子世界。他们高尚的专业素养、严谨的工作作风和敢于探索、敢于求知的精神是我一生的榜样，为我所用。感谢在这四年中给过我教育和帮助的老师，有：童开宇副教授、季光明老师、郑欢教授、黄虎副教授、祝忠明副教授、周冬梅副教授、于真老师、钟小玲老师、吴雄英老师，正是他们的认真教学和辛勤教导，使我学到了很多知识，丰富了我的人生道路，借此机会，表示我由衷的感谢。本论文的完成是在课题组各位成员的共同努力和团结协作下完成的，
14、该项目的顺利结题凝聚了大家的辛勤汗水。在此，对课题组成员表示感谢。这里，还要感谢学校、学院各级领导、老师对我学业上的关心和厚爱，感谢我的家人和朋友，在大学期间给予我无私的帮助与支持。成都理工大学毕业设计（论文）4参 考 文 献1 长春地质学院，成都地质学院，武汉地质学院. 地震勘探M. 北京：地质出版社，1980.2 熊章强、方根显. 浅层地震勘探M. 北京：地震出版社， 2002.3 吕郊. 地震勘探仪器原理M. 山东东营：石油大学出版社， 1997.4 雷宛，肖宏跃，邓一谦. 工程与环境物探教程M. 北京：地质出版社， 2006.5 陆基孟. 地震勘探原理M. 山东东营：石油大学出版社，
15、1990.6 余小平，奚大顺. 电子系统设计基础篇M. 北京：北京航空航天大学出版社 . 2007.7 冯宏. 地震勘探仪器中的 24 位数据采集技术J. 北京：石油仪器，1997,Vo1.11(3): P10-15.8 夏祥瑞. 当今物探仪器的发展趋势J. 河北涿州：物探装备，2000.2.9 王文良.I/O System Four 全数字遥测地震仪的性能、特点及与以往地震仪器的对比 J. 河北涿州：物探装备，2005.4.10 王文良. 地震勘探仪器的发展、时代划分及其技术特征J. 北京：石油仪器，2004.11 王文良. 世界地震勘探仪器装各技术发展综述J. 涿州：物探装备 .2002.
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17、18 侯海岭，姚年春. 无线收发芯片 nRF905 的原理及其在单片机系统中的应用J. 天津：仪器仪表用户. 2006 年 03 期.19 陈金鹰. 地震勘探数据采集与传输体系研究D. 成都：成都理工大学信息工程学院，2006.成都理工大学毕业设计（论文）520 杨泓渊. 基于 DSP 的浅层高分辨率工程地震仪的研制D. 吉林：吉林大学仪器科学与电气工程学院，2006.21 无线及 USB 模块选购指南. http:/ AVR 中文技术网站. http:/ NORDIC SEMICONDUCTOR Single chip 433/868/915 MHz Transceiver nRF095.
18、http:/www.nordicsemi.no.24 INPUT/OUTPUT Inc. VectorSeis R System Four TM VC Field Deployment Guide. 2003.25 INPUT/0UTPUT Inc. VectorSeis R System Four TM VC Operators Manual. 2003.26 Vectorseis System Four VC 121063.27 I/O System Four (VR) Operators Manual ,2003.28 TI Technology. 24-Bit, Wide Bandwidth Analog-to-Digital Converter. http:/ TI Technology. Very Low Noise, 24-Bit Analog-to-Digital Converter.http:/ 1255.html.30 Analog devices. Low Distortion Differential ADC Driver AD8138. http:/ Analog devices. Ultra-low Noise, LDO XFET Voltage References with Current Sink and Source. http:/
