無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種地球物理勘探電源管理系統(tǒng)及管理方法，尤其是一種無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理模塊及管理方法，特別是適用于野外長(zhǎng)時(shí)間工作的基于GSM、GPRS以及北斗等通信技術(shù)的遠(yuǎn)程無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]地震勘探是地球物理勘探中一種重要的方法，地震儀作為地震勘探中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于地下資源勘探如油氣資源、金屬礦等，以及測(cè)井系統(tǒng)等工程應(yīng)用中。當(dāng)前地震儀主要有三類:有線遙測(cè)地震儀，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀和無(wú)線遙測(cè)地震儀。其中有線遙測(cè)地震儀在當(dāng)前地質(zhì)勘探中占據(jù)主導(dǎo)地位，并占據(jù)了地震儀市場(chǎng)的絕大多數(shù)份額。常用的有線遙測(cè)地震儀主要有美國(guó)1N公司的System IV、Scorp1n和Aries II系統(tǒng)，法國(guó)Sercel公司的408/428系列以及德國(guó)DMT公司的Summit系統(tǒng)等。使用有線遙測(cè)地震儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集回收，大量的電纜大大增加了地震儀的運(yùn)輸成本，排列布線需要大量人工，尤其在復(fù)雜的山區(qū)地帶，增加了人力成本，并且在復(fù)雜的野外環(huán)境中，電纜極易損壞，排查維修工作冗雜，同時(shí)也限制了采集道數(shù)的增加。無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀由于摒棄了大量的電纜，運(yùn)輸成本和人力成本大大降低，提高了施工效率，同時(shí)由于不存在電纜損壞的問(wèn)題，大大減少了排查故障的時(shí)間和工作量，近年來(lái)得到了快速的發(fā)展。
[0003]無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀摒棄了大量的電纜，提高了施工效率，但也導(dǎo)致其無(wú)法采用外部電源供電。當(dāng)前無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀采集站主要采用鋰電池供電，這就引入了如何降低系統(tǒng)功耗，提高電池使用效率的問(wèn)題。而由于無(wú)纜地震儀各采集站數(shù)據(jù)采集的同步化是通過(guò)GPS接收機(jī)定位模塊實(shí)現(xiàn)的，GPS接收機(jī)的功耗較大，且系統(tǒng)作長(zhǎng)時(shí)間記錄時(shí)，為減小累積時(shí)鐘誤差對(duì)數(shù)據(jù)同步質(zhì)量的影響，采用恒溫晶振取代普通晶振，而恒溫晶振的功耗也比普通晶振大得多，這直接導(dǎo)致了無(wú)纜地震儀單個(gè)采集站功耗比普通遙測(cè)地震儀采集站功耗大得多。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)地震儀工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高地震儀采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀引入了 GPRS模塊、北斗模塊以及W1-Fi模塊等，通過(guò)不同條件下運(yùn)用不同通信技術(shù)對(duì)地震儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了全方位覆蓋，保證在惡劣條件下也可以實(shí)現(xiàn)地震儀的可測(cè)可控，但引入的模塊也大大增加了地震儀的功耗大小，因此研宄如何降低無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀的系統(tǒng)功耗具有很大的必要性。
[0004]同時(shí)在野外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀只需在較短的施工階段處于正常工作狀態(tài)，即處于采集狀態(tài)，此時(shí)功耗最大；當(dāng)處于長(zhǎng)時(shí)間的停止施工階段，地震儀不需采集數(shù)據(jù)，此時(shí)控制地震儀進(jìn)入低功耗模式或關(guān)機(jī)狀態(tài)可以大大降低無(wú)纜地震儀的系統(tǒng)功耗，提高電池的使用效率。而在進(jìn)行野外采集實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往需要大量的無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀采集站排列布置在大面積區(qū)域內(nèi)，而通過(guò)人工逐個(gè)手動(dòng)控制地震儀開(kāi)關(guān)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低采集站功耗的目的是不現(xiàn)實(shí)的，因此引入一種遠(yuǎn)程控制地震儀實(shí)現(xiàn)低功耗的方法是十分必要的。
[0005]楊泓淵等在《電測(cè)與儀表》2009年第01期總第46卷第517期中公開(kāi)了《無(wú)纜遙測(cè)地震儀采集站的低功耗設(shè)計(jì)》，文中選用低功耗元器件進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)兩方面入手來(lái)降低地震儀采集站功耗，以ARM為動(dòng)態(tài)功耗管理的主控中心，雖然能從一定程度上降低地震儀采集站的功耗，但ARM功耗遠(yuǎn)大于MSP430單片機(jī)功耗；該設(shè)計(jì)未使用遠(yuǎn)程通信方式實(shí)現(xiàn)地震儀采集站低功耗，當(dāng)有數(shù)百臺(tái)地震儀在野外大面積區(qū)域工作時(shí)，其實(shí)用性必然受到一定程度的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本實(shí)用新型的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種適用于野外長(zhǎng)時(shí)間工作，基于GSM、GPRS、北斗等通信技術(shù)的無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理模塊；
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理系統(tǒng)，包括由北斗上位機(jī)4、手持終端2或GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器3通過(guò)GSM基站或北斗衛(wèi)星與地面無(wú)線連接的無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀采集站1-1、
米集站1-2、米集站1_3......米集站1-η組成，其特征在于，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀米集站內(nèi)設(shè)有的低功耗電源管理模塊，是由電源5經(jīng)開(kāi)關(guān)電路7分別連接北斗模塊10、主控單元12、GPRS模塊9、采集單元13和GPS定位單元14，電源5經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換電路6與單片機(jī)8連接，單片機(jī)8經(jīng)單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)11分別連接GPRS模塊9和主控單元12，單片機(jī)8經(jīng)單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)11分別連接北斗模塊10和主控單元12，主控單元12分別連接采集單元13和GPS定位單元14，單片機(jī)8控制開(kāi)關(guān)電路7構(gòu)成。
[0009]有益效果:模塊控制中心采用MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)電流小于luA，功耗大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地震儀主控單元、采集單元以及GPS定位單元的功耗之和。當(dāng)無(wú)纜地震儀處于低功耗狀態(tài)下其功耗大小遠(yuǎn)小于正常工作狀態(tài)下的功耗大小，功耗相差可達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。解決了在大面積區(qū)域內(nèi)，對(duì)較多數(shù)量地震儀實(shí)現(xiàn)低功耗的難題。大大提高了野外實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
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[0010]圖1為無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理模塊及管理方法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
[0011]圖2為采集站1-1?1-η內(nèi)的電源管理模塊結(jié)構(gòu)框圖
[0012]圖3為附圖2中開(kāi)關(guān)電路7電路圖
[0013]圖4為電源管理方法流程圖
[0014]1-1?1-η采集站，2手持終端，3GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，4北斗上位機(jī)，5電源，6電壓轉(zhuǎn)換電路，7開(kāi)關(guān)電路，8MSP430單片機(jī)，9GPRS模塊，10北斗模塊，11模擬開(kāi)關(guān)，12主控單元，13采集單元，14GPS定位單元。
【具體實(shí)施方式】
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[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0016]無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理系統(tǒng)，包括由北斗上位機(jī)4、手持終端2或GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器3通過(guò)GSM基站或北斗衛(wèi)星與地面無(wú)線連接的無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀采集站1-1、
米集站1-2、米集站1_3......米集站1-η組成，其特征在于，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀米集站內(nèi)設(shè)有的低功耗電源管理模塊，是由電源5經(jīng)開(kāi)關(guān)電路7分別連接北斗模塊10、主控單元12、GPRS模塊9、采集單元13和GPS定位單元14，電源5經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換電路6與單片機(jī)8連接，單片機(jī)8經(jīng)單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)11分別連接GPRS模塊9和主控單元12，單片機(jī)8經(jīng)單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)11分別連接北斗模塊10和主控單元12，主控單元12分別連接采集單元13和GPS定位單元14，單片機(jī)8控制開(kāi)關(guān)電路7構(gòu)成。
[0017]電源5可提供12V、3.3V、±2.5V等不同電壓，用于為整個(gè)地震儀采集站供電；
[0018]電壓轉(zhuǎn)換電路6將電源提供的12V電壓轉(zhuǎn)換為MSP430單片機(jī)8所需的工作電壓；
[0019]開(kāi)關(guān)電路7由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，用于控制GPRS模塊9、北斗模塊10、主控單元12、采集單元13以及GPS定位單元14通斷電，受MSP430單片機(jī)8控制；
[0020]MSP430單片機(jī)8為除主控單元12之外的第二控制器，用于識(shí)別手持終端、GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或北斗上位機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)指令，控制開(kāi)關(guān)電路7實(shí)現(xiàn)控制GPRS模塊9、北斗模塊10、主控單元12、采集單元13以及GPS定位單元14通斷電，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)地震儀的低功耗；
[0021]GPRS模塊9用來(lái)接收手持終端2或GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器3指令，通過(guò)串口通信將指令發(fā)送給MSP430單片機(jī)8以及采集站主控單元12，同時(shí)還可將地震儀采集站的狀態(tài)反饋到手持終端2或GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器3，該模塊適用于城市郊區(qū)覆蓋有GSM基站的通信；
[0022]北斗模塊10用來(lái)接收北斗上位機(jī)4指令，其功能與GPRS模塊9相同，適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)或荒原地區(qū)的通信；
[0023]單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)11用于控制GPRS模塊9或北斗模塊10的接收串口 Rx與MSP430單片機(jī)8發(fā)送串口 Tx或與采集站主控單元12發(fā)送串口 Tx接通，由MSP430單片機(jī)8控制；
[0024]主控單元12是ARM系列的CPU，負(fù)責(zé)任務(wù)調(diào)度和運(yùn)行管理、控制、通信等工作；
[0025]采集單元13是以FPGA為核心的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還包括濾波電路、模擬開(kāi)關(guān)、前置放大電路等一系列已知的信號(hào)調(diào)理電路；
[0026]GPS定位單元14主要用于記錄GPS定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地震儀采集站位置和高程的靜態(tài)定位，同時(shí)還用于查詢世界協(xié)調(diào)時(shí)間，精確定時(shí)，確定采集觸發(fā)時(shí)刻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理系統(tǒng)，包括由北斗上位機(jī)(4)、手持終端(2)或GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(3)通過(guò)GSM基站或北斗衛(wèi)星與地面無(wú)線連接的無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀采集站1-1、米集站1-2、米集站1_3......米集站1-η組成，其特征在于，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀米集站1-1?1-η內(nèi)設(shè)有的低功耗電源管理模塊，是由電源(5)經(jīng)開(kāi)關(guān)電路(7)分別連接北斗模塊(10)、主控單元(12) ,GPRS模塊(9)、采集單元(13)和GPS定位單元(14)，電源(5)經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換電路(6)與單片機(jī)(8)連接，單片機(jī)(8)經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)(11)分別連接GPRS模塊(9)和主控單元(12)，單片機(jī)(8)經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)(11)分別連接北斗模塊(10)和主控單元(12)，主控單元(12)分別連接采集單元(13)和GPS定位單元(14)，單片機(jī)(8)與開(kāi)關(guān)電路(7)連接構(gòu)成。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀低功耗電源管理系統(tǒng)，采集站內(nèi)預(yù)置的低功耗電源管理模塊是由電源經(jīng)開(kāi)關(guān)電路分別連接單片機(jī)、北斗模塊、采集單元、GPS定位單元，單片機(jī)經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)分別連接GPRS模塊和主控單元，北斗模塊經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)分別連接單片機(jī)和主控單元，主控單元分別連接采集單元和GPS定位單元，電源經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接構(gòu)成。解決了在大面積區(qū)域內(nèi)對(duì)較多地震儀低功耗控制的難題。
【IPC分類】H04W84-18, H04L29-06, G01V1-20, G01R31-40
【公開(kāi)號(hào)】CN204331048
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420796780
【發(fā)明人】林君, 石照民, 許琳琳, 趙玉江, 張曉普
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日