无线地震仪总体设计20060622

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1、无线地震仪总体设计1.总体设计原理1.1总体原理框图图1.1无线地震仪电路原理框图系统以MCU处理器为核心，集合多种扩展模块，主要完成功能如下：l通过GPS模块获取仪器的地理位置信号和GPS时钟信号l通过GPS时钟信号用来触发ADC模块采集lADC模块以1KSPS采样率对4路地震检波器信号同步采集l将ADC模块采集到的全部数据通过数据存储模块存储到相应的介质上l分站每5秒钟奖1秒钟的ADC数据通过无线通讯模块发送到主站l分站与主站间数据、命令交互均通过无线通讯模块进行，通讯距离大于1kml主站与分站均可通过USB或RJ45接口与PC机进行通讯l锂电池单独供电时，续航

2、时间大于24小时61.1关键单元模块选择lGPS模块目前GPS模块的GPS芯片组主要有3种，分别为MTK,MSTAR和SIRF,采用SIRF三代芯片组的GPS模块最为普遍，性能也最好，相应的价格也最贵；国内常用的几种品牌有环天、达伽马、鸿方、GSTAR等；目前暂定为GSTAR的GS-87，如下图所示：图1.2GS-87GPS模块其参数如下：图1.3GS-87GPS模块参数表GPS模块的具体型号需要根据仪器对定位精度、启动时间、定位资料更新频率、功耗、尺寸、使用环境等要求才能确定；6l无线通讯模块目前无线通讯方式有很多，适应于数据传输的几种方式对比如下表所示：种类无线

3、传感器网Zigbee蓝牙Bluetooth无线局域网Wi-Fi移动通信CDMA,GPRS,UMTS数传电台Dataradio单点覆盖距离（标准）10~100m10m50m几km（单基站）可达6km单点覆盖距离（扩展）1~3km100m500m10km（单基站）10km以内网络扩展性自动扩展无无依赖现有网络覆盖无电池寿命数月~数年数天数小时数天数小时~数天复杂性简单复杂非常复杂复杂复杂最高传输速率250kbps1Mbps1~11Mbps7.2Mbps38.4kbps频段868Mhz~2.4Ghz2.4GHz2.4GHz0.8~1GHz400Mhz~2.4GHz频段需申

4、请备案网络节点数65000850无联网所需时间仅30毫秒高达10秒 3秒数秒终端设备费用低低高  较高高  有无网络使用费无无无有无频段需申请备案安全性128bitAES64bit,128bitSSID集成度和可靠性高高一般一般低使用成本低低一般高高安装使用难易非常简单一般难一般难表1.1几种无线通讯方式对比从上表中可知，在不依赖网络覆盖的情况下，点对点的通讯满足我们要求的通讯距离和速率要求的只有zigbee和数传电台，从性能上来讲zigbee更具有优势，数传电台是比较传统的方式，目前有几种成熟的模块，而zigbee的模块性能需要实际检验；l数据存储模块常用的存储介

5、质目前有2种方式可以实现，1）SD卡/U盘/CF卡等可插拔的，采集完所有数据后可以拔掉后与PC机连接；优点：而且如果损坏，容易更换；有比较成熟的接口模块，减少开发难度；缺点：震动环境下的稳定性需要对结构进行特殊设计；2）大容量NANDFLASH芯片,只能在MCU上扩展USB或RJ45接口，实现PC对FLASH数据的读取；优点：与MCU主板合一，集成度更高，抗震性更好；缺点：驱动程序设计、文件系统管理设计工作量较大；得用非BGA封装的才行；6l电源管理模块1）系统电源管理选择外接电源或者锂电池做为系统电源，与MCU配合，控制各个功能模块的电源通路，控制系统在睡眠模式唤

6、醒与正常模式间切换；睡眠模式时，仅MCU与无线通讯工作，并且MCU工作在睡眠模式，无线通讯模块仅接收部分工作，其它模块电源关闭，2）锂电池充电管理电路采用li-ion电池充电专用芯片，控制充电各阶段过程，并附带电流、电压、温度保护功能；3）锂电池电量监测电路采用li-ion电池电量监测专用芯片，附带LED电量指示，并可通过数据接口将电量及其它电池参数传送给MCU1.1关键器件选型名称型号描述备注GPS模块GS-87SIRF3芯片组GPS模块无线通讯模块Zigbee模块，型号未确定前端处理及ADC模块MAX110404路同步24bitADC芯片MCU芯片LM3S9B9

7、5Luminarycortex-M3内核MCU锂电池充电管理芯片BQ24032A单芯片充电及系统电源路径管理芯片锂电池电量监测芯片BQ2063li-ion电池专用电池电量监测芯片61.硬件开发周期阶段名称耗时（天）备注需求分析20总体设计20详细设计（含底层软件）40加工、调试、测试40现场测试10改进设计30总计1603.开发成本1.1仪器电路硬件成本名称预计成本（元）备注GPS模块200无线通讯模块2000数据存储模块400PC接口模块200MCU模块500前端处理及ADC模块500电源电源管理模块200人机接口模块200总计42001.2仪器开发成本根据具