钻柱振动信号采集系统的研究与设计

3 系统的软件设计
系统软件部分完成单片机系统初始化、数据采集、AD转换、FLASH读写、与上位机通信等功能。软件采用C语言编程以增加可读性和可移植性。
通过压电式加速度传感器的转换，将振动信号转化成电压信号。利用C8051F005内部自带的12位AD将模拟电压量转换成为数字量保存至微处理器存储单元。程序实现对3路通道的电压信号循环采集，将采集到的振动特征数据写入到外部Flash存储器中暂存。
无线通信部分，在nRF905正常工作前，必须根据需要写好配置寄存器。发送数据时，先通过微控制器把nRF905置于待机模式，通过SPI总线把发送地址和待发送的数据都写入相应的寄存器中，之后把nRF905置于发送模式，配置成功后数据就会自动发送出去。若射频配置寄存器中的自动重发位设为有效，数据包就会被重复发出，直到微控制器退出发送模式为止。接收数据时，微控制器先在nRF905的待机状态中写好射频配置寄存器中的接收地址，然后将nRF905置于接收模式，nRF905就会自动接收空中的载波。当收到有效数据时，微控制器在检测到这个信号后，可以将nRF905置为待机模式，然后通过SPI总线从接收数据寄存器中读出有效数据。
软件设计中为了增强系统的可靠性，加入了时钟和看门狗程序。
系统的整体程序流程图如图3所示。

4 结束语
文中根据钻柱三维振动测量的需要，对钻柱振动信号采集系统进行了硬件和软件的设计。
硬件系统以C8051F005单片机作为控制核心，利用朗斯LC0111压电式加速度传感器采集三维振动信号，通过三星FLASH存储器K9F1G08UOM扩展存储容量，利用nRF905射频模块进行无线通信完成数据传输。利用X5045芯片、DS1035时钟芯片增加了看门狗和时钟电路，增强了系统本身的独立工作能力。整个系统硬件配置合理，可满足实际测量的需求。
软件系统实现了三维振动信号的数据采集，对Flash存储器的读、写操作，通过nRF905射频模块实现与上位PC的通信以及对看门狗和定时器的设定。
该系统可对包含丰富井下工况信息的钻柱振动信号进行采集、存储与传输，对获取的数据进行处理，可以提取反映钻井工况的信息，从而指导钻井作业，这将大大提高钻进速度和钻井安全性，为实现安全、优质、高效钻井提供技术保障。