3．2 控制电路
中央控制单元利用ARM核心板实现对采集的控制和管理。CS5378与中央控制单元的接口电路如图4所示，中央控制单元对采集部分进行控制。
4 软件设计
系统采用模块化设计的思想，完成各个功能器件的驱动程序，最后实现系统的数据采集和存储。图5为系统软件功能框图，图6为系统工作流程图。
整个嵌入式采集系统分为采集控制、SD卡读写控制。这些功能分别由系统底层的各种硬件驱动程序来完成。包括时钟驱动、按键驱动、LED驱动、SD卡驱动、文件系统、AD驱动以及看门狗驱动等。
系统开机(重启)后初始化各个功能端口，并对各功能器件进行初始化。
当系统达到采样条件(采样时间到)时，系统进入采样环节。采样过程中主要靠INT0中断程序进行数据的采集和处理。INT0是CS5378数据准备好的中断。中央控制单元的INT0中断接CS5378的DRDY信号，在CS5378转换完成一次采样后就触发该中断，从而采集程序就会读取数据并进行SD卡存储。为提高写SD卡的速度，该程序开辟了4 MByte的数据缓冲区，将写满的数据缓冲区一次性写入SD卡中，这样避免了频繁进行SD卡写操作，从而提高了系统的效率。在整个采样过程中，将系统时钟和采样数据一一对应存放，保证了数据的完整性。
5 性能测试
对于仪器的性能，在实验室分别对本底噪声、最大信号、前放增益、采样率等参数进行了逐一测试。其各项指标，达到了预期的设计目标。仪器的各项技术指标如下：
带道能力：单站三道(一道三分量)；触发方式：定时触发；采集分辨率：24位；采样间隔：0．25 ms，0．5 ms，1 ms，2 ms，4 ms，8 ms可选；放大倍数：0～64倍可选；本底噪声：优于1μV(有效值)；动态范围：优于120 dB；存储能力：0．25 ms采样，连续存储48 h数据；通信协议：TCP／IP；防爆类型：本质安全型。
现已研制了20套样机，并已取得了防爆证和MA认证，仪器样机如图7所示。
通过计算，采集通道在采样率为1 000 sample·s-1时等效输入噪声0．84μV(RMS)，测试数据如图8所示，达到了仪器预期的指标1μV。
为验证本文所设计仪器的采集性能，将其与加拿大ARIES地震仪在某一地面工地并联接在同一个检波器上进行数据采集，其波形如图9所示。从图中可以看出，本文设计的地震仪其波形形态与Aries仪器完全一致。ARIES地震仪与本文研制的地震仪参数对比如表1所示，可以看出本文研制的地震仪其性能达到了矿井地震勘探的要求。目前已部分矿井用本文研制的防爆地震仪进行了多次井下地震勘探施工，取得了较好的勘探效果。
6 结束语
从分析Cirrus Logic公司的地震勘探芯片特点触发，采用CS3301A+CS5373A+CS5378芯片组，设计了一种高性能、低功耗、适用于煤矿井下工作的防爆便携式地震仪。该仪器采用先进的ARM9嵌入式处理器，集成了GPS对时、大容量数据存储功能，仪器的各项性能指标均达到设计目标。该仪器的研制成功，对于煤矿井下二维地震勘探以及超大工作面的槽波勘探具有重要的意义。
