（安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）
利用电阻率法可以动态地得到煤矿井下不同地区煤层的电阻率的变革情形，根据煤层电阻率的变革特色，通过STM32为掌握核心的电极采集电路，可以实时监测每点电位的变革情形，采取差分丈量构造的旗子暗记处理电路送给AD模块，提高了抗滋扰能力。文章设计了基于STM32的32路电位采集、32路温度采集和1路电流检测电路，实时监测32点煤层电位和温度变革情形，实时检测发射电流场的变革，并将采集的数据通过UDP网络传输协议上传至做事器。实验结果表明，该采集电路经由有效的数据处理算法，能稳定地采集每点电位和温度的变革，剔除由于各种滋扰涌现的丈量非常值，为剖析井下岩层变革供应了强有力的数据支持。
电阻率；STM32；差分丈量构造；UDP；网络；数据处理算法
电法探测基本事理是根据地壳中地质体的导电特性，通过人为地在一定区域内施加直流电源作为勉励源产生直流电场，研究电场的空间分布规律，即在相同的直流电场浸染下丈量待测点相对付发射电场高电位之间的电压，将其值通过阵列式的切换电路送到旗子暗记处理电路，STM32通过旗子暗记处理电路采集到丈量点的电位，将采集到的数据进行数据剖析，可以判断某一点的地质情形的变革。此方法制作的采集电路可运用于煤矿井下煤炭开采中地质情形变革的获取、水文环保等工程运用。
1电阻率法与温度的监测采集系统方案
电阻率法是集电测深和电剖面法于一体的一种多装置多极距组合阵列勘探方法，它通过A、B电极向地下供应电流，然后在M、N极间丈量电位差△UMN，从而求得该记录点的电阻率根据实测的电阻率剖面，进行打算、处理、剖析，得到地层中的电阻率分布情形［1］。丈量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，然后利用STM32为掌握核心的电极采集电路通过电极仿照转换开关实现数据的快速采集、自动保存，通过以太网将采集的数据上传到电脑，可对数据进行处理剖析。
本装置采集电路以间隔1 s~5 s的采集变换频率自动循环地切换采集每点电极参数，温度采集系统是为了更好地理解采集处的环境变革情形，更有利于采集点的情形变革剖析。根据实际运用哀求，系统采取32路电极采集和32路温度采集，系统总体方案如图1所示。
2电极采集电路
32路电极采集紧张根据电阻率法事理，通过A、B电极向地下供应电流，然后在M、N极间丈量电位差△UMN，从而求得该记录点的视电阻率。此采集系统在A、B供应的直流电场中取32个采集点，每一个采集点在正常情形下有对应的正常参数，当地质发生变革时每点的电极参数
将会发生变革，32路电极采集间隔为1 s~5 s，实时将采集数据通过以太网上传到做事器，剖析采集数据是否超过变革范围。32路电极采集系统分为电极采集切换电路、旗子暗记处理电路两部分。
2.1切换电路设计
32路电极采集通过2个16通道的CMOS仿照多路复用器直接接到硬件电路的每一起输入通道，通过STM32掌握其4位地址选择端和一起使能端，选择指定地址对应的输入旗子暗记从COM端输出，各通道切换韶光都是纳秒级的。
2.2旗子暗记处理电路
将采集到的电极仿照量旗子暗记经由旗子暗记处理电路，变换为适应AD采集模块须要的输入旗子暗记。旗子暗记采集电路紧张由差分丈量构造、旗子暗记衰减电路、电压比较电路、8通道COMS仿照多路选择器、运算放大器组成。
为了有效地去除滋扰所造成的丈量偏差，输入旗子暗记采取差动输入模式，可实现高精度的有选择性的丈量，在肃清滋扰、改进线性、提高灵敏度方面有明显的效果。差分丈量构造如图2所示，输出为：
旗子暗记衰减电路紧张将采集到的电压旗子暗记进行前级衰减。电压比较电路将采集到的电压旗子暗记与3个基准电压进行比较，通过STM32判断三路电压比较的结果，选择后级放大电路放大的倍数。后级放大电路放大倍数的选择通过DG408仿照多路选择器掌握。旗子暗记衰减电路的浸染是将采集到的电压较大的旗子暗记进行衰减，同时更好地合营后级进行选择性放大，将电压调度到得当值送给AD采集。
STM32采集到电压大小后通过DG408选择性地对旗子暗记进行放大，得到须要的电压旗子暗记。旗子暗记放大电路为同比较例运算放大电路，R1端为固定值5.1 kΩ，反馈电阻Rf为DG408选择接通的电阻，其放大倍数为此放大倍数为旗子暗记后级放大倍数。32路电极采集到的电压旗子暗记经由前级1/3旗子暗记衰减电路、再经由后级的AU2放大单元，末了经由旗子暗记处理电路处理后的电压旗子暗记不但知足AD采样输入电压的哀求，而且采集后的电压旗子暗记还能够根据上述关系的大小还原本钱来采集到的电压。
3温度采集电路
温度采集电路通过温度变送器将PT100热敏电阻的变革转换为4 mA~20 mA的标准电流，然后经低通滤波电路和取样电阻采集电压旗子暗记，经由打算可以得出电流值，由Ω=2.375 mA+90.5可以得到电阻与PT100电阻值的变革，由PT100热电阻分度表可得到温度值，温度采集电路如图3所示。
温度采集电路对应每一起电极采集电路，温度的采集同样采取2个16通道的CMOS仿照多路复用器DG406切换采集每一起温度。
4发射电流的采集
根据电阻率法事理，通过A、B电极向地下供应直流电流，该直流电流称之为发射电流。本采集电路实时采集此路电流旗子暗记，比较采集电流值与标准设定值，判断A、B电极插入地下是否发生短路的情形。发射电流的采集利用霍尔电流传感器，将采集到的电流旗子暗记转换为电压旗子暗记，为了将采集到的电压旗子暗记转换为适宜AD采集的电压，末了经分压处理后传给AD。
5丈量数据的处理算法
在等精度的多次重复丈量过程中，创造有一两个偏离图3四路温度采集电路算术均匀值较大的数值，对付这样的可疑丈量值，究竟是由于随机成分产生的丈量值分散而涌现的，还是偏离正常丈量条件下涌现的非常值，这都须要做出精确的判断，进行取舍。
本软件编程在对采集数据的处理方面采取的是t考验准则法。对电位、温度采集值重复丈量10次，得到10组数据，每组数据中序号相同的为同一个量的10次丈量值，可作为一组数据。将丈量值记为X1，X2，X3，…，X10，分别将这10个数作为非常值的疑惑工具，如将X1作为非常值，那么首先打算不含X1的算术均匀值，=1n－1∑10i=2i≠1xi，然后再求出不含X1的实验标准差s：
然后根据所需求的显著性水平α及丈量次数n查表，得到t考验系数K(n,α)的值［2］。若知足|x1－x|>s(xi)·K(n,α)，则认为X1是粗大偏差的非常值，以此类推将10次丈量数据都进行判断一次，将粗大偏差的值删除。
6以太网传输掌握
6.1电路的组成
以太网掌握电路的浸染紧张是将STM32F107采集到的32路电极值和32路温度值发送到做事器。以太网掌握电路紧张采取嵌入式芯片+以太网网卡芯片，以太网网卡芯片采取DP83848C芯片，该芯片是一种10/100 Mbit/s单路物理层以太网收发器，支持10/100 M的网络通信和MII以及RMII接口模式。紧张构成部分有：MII/RMII接口、10 M/100 M发送模块、10 M/100 M吸收模块、时钟频率发生器、DAC/ADC/LED状态显示模块及干系掌握寄存器。其硬件电路的连接如图4所示。
电路的组成中，PHY层芯片DP83848C相称于物理层，STM32F107自带的MAC层相称于数据链路层，而LWIP供应的便是网络层、传输层的功能，运用层则须要用户根据自己想要的功能去实现［3］。
个中LWIP是一个小型开源的TCP/IP协议栈，是TCP/IP的一种实现办法。LWIP是轻量级IP协议，有无操作系统的支持都可以运行，LWIP实现的重点是在保持TCP协议紧张功能的根本上减少对RAM 的占用，它只需十几KB的RAM和40 KB旁边的ROM就可以运行。
LWIP有3种编程接口，分别为RAW、NETCONN和SOCKET。RAW编程接口不须要操作系统的支持，可以直接裸机利用LWIP，但是RAW编程接口比较繁芜。RAW利用的是回调机制，须要编写回调函数。NETCONN和SOCKET这两种编程接口都须要有操作系统的支持，否则无法利用，但是这两种接口利用起来比较大略。
UDP协议即数据报协议，是OSI参考模型中的传输层协议,是一种无连接的(TCP是面向连接的)、不可靠的传输协议。UDP协议只是尽可能地将运用层的数据发送出去，不供应任何的浏览量掌握、报文确认等，也便是说当报文发送往后是无法得知报文是否安全完全地到达目的主机的。
UDP协议的优点：由于现如今的网络环境可靠性高、延时低，因此UDP协议也不是那么的不堪一击，相反由于UDP协议省去了建立连接、数据确认、流量掌握等一系列的过程，因此UDP的协议代码量少，处理过程简洁，实时性好。
在利用UDP或者TCP传输数据时都是将数据通报给特定主机，但是在实际利用中可能同时有多个软件来利用网络，那么须要利用端口号来区分不同的运用。这样就可以利用IP地址确定好目的主机，然后再利用端口号确定目的主机中的运用程序。
UDP组织形式：LWIP中利用UDP掌握块来描述UDP，UDP掌握块是UDP协议中最核心的部分，UDP掌握块是一个构造体，这个构造体在udp.h中定义［4］。
7旗子暗记采集程序
基于STM32的采集电路在线仿照采集实验，紧张采集电位、温度和电流传感器三路仿照量，电位的采集通过DG406采集1~16路仿照量存储在p_ch1数组中，然后再切换到DG4062采集1~16路仿照量存储在p_ch2数组中，相应的数字量分别存储在ADC_GIT1和ADC_GIT2数组中［5］。
旗子暗记采集子程序为：
void ADC_CJ_V(void){
unsigned int i ;
DG406_1EN_ON;
DG406_2EN_OFF;
DG408_EN;
GPIOB->ODR &=0xFFFFFF1F;
GPIOB->ODR |=0x00000060;//选择可控放大第4路
for(i=0;i<16;i++)
{
CJFlag=1;
GPIOE->ODR &=0xFFFFF807; //先清须要位
GPIOE->ODR |=(i<<3);
Delay_ms(30);//仿照开关转换延时
p_ch0［10］ = (ADC_RCVTab［10］) 3.3 / 4096.0;
p_ch1［i］=p_ch0［10］;//存储仿照量
DG408_Control(i);
Delay_ms(30);//DG408仿照开关转换延时
p_ch1［i］=p_ch0［10］;//存储仿照量
ADC_GIT1［i］=ADC_RCVTab［10］;//存储数字量
}
}
8结论
基于STM32的32路电位采集和温度采集系统在煤矿井下的运用，可以有效地监测到某一点地质情形的变革，将采集的数据通过以太网络传输到做事器进行实时剖析，可以有效快速地判断出某一点或某一区域的地质磨难情形，达到有效监测和预防的浸染。该采集电路经由合理的数据处理算法，经由反复试验终极得到较为空想的丈量结果，通过UDP网络传输协议传到上位机软件，经试验验证，UDP传输层协议能够稳定可靠地传输数据。
参考文献
［1］ 张平松,胡雄武,吴荣新.岩层变形与毁坏电法测试系统研究［J］.岩土力学,2012，33(3):952 956.
［2］ 王俊杰，曹丽等．传感器与检测技能［M］.北京：清华大学出版社：2011.
［3］ 意法半导体. STM32F10xxx参考手册［S］．2010.
［4］ 林成浴.TCP/IP协议及其运用［M］.北京：公民邮电出版社，2013.
［5］ ST. STM32F10xxx CortexM3 programming manual［S］．2009．
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