一種基於無線數據傳輸的分布式電極智能轉換裝置的製作方法

2023-11-02 07:27:47

本發明屬於地球物理勘探技術領域，具體涉及一種基於無線數據傳輸的分布式電極智能轉換裝置。

背景技術：

電阻率成像技術的研究隨著科學的發展和找礦的需要日臻完善，已從第一代發展到第四代。當前，電阻率採集系統以串行方式進行數據採集，數據傳輸與存儲由主機完成，典型系統可分為集中式和分布式。第一至第三代電阻率成像儀器基本採用集中式，即將幾十根電極通過多芯電纜連接到一個轉換箱上，轉換箱再根據需要選擇電極進行測量。進入二十一世紀，出現了多通道的分布式高密度電阻率儀器，隨著通信技術的進步，無線分布式電法儀已成為新的發展方向。

傳統的集中式和分布式電法勘探所用電纜包含：高壓供電、直流低壓供電、模擬量信號傳輸等，以30道電法儀器為例，包含：高壓供電2芯、直流低壓供電2芯、模擬量信號傳輸30芯，共34芯。電纜的體積和重量嚴重影響了野外工作的效率，同時模擬信號遠距離的傳輸也降低了信號的有效性。

技術實現要素：

基於現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種基於無線數據傳輸的分布式電極智能轉換裝置，滿足電法勘探分布式主機與中繼裝置實現無線數據和指令傳輸的要求。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種基於無線數據傳輸的分布式電極智能轉換裝置，包括無線數據傳輸分布式電法儀主機、若干個無線數據傳輸電極、分布式電纜和供電電源；所述供電電源通過所述分布式電纜連接所述無線數據傳輸分布式電法儀主機和所述若干個無線數據傳輸電極，所述無線數據傳輸分布式電法儀主機和所述若干個無線數據傳輸電極無線連接。

所述無線數據傳輸分布式電法儀主機包括依次連接的第一核心處理器、第一無線數據傳輸模塊和第一天線。

所述若干個無線數據傳輸電極包括第二核心處理器及與之連接的第二無線數據傳輸模塊、數據存儲器、模數轉換器和若干個繼電器，所述第二無線數據傳輸模塊連接有第二天線。

所述分布式電纜為四芯，包括正向高壓供電線、負向高壓供電線、正向48V直流供電線和負向48V直流供電線。

所述第一核心處理器包括第一單片機LPC1788；所述第一無線數據傳輸模塊包括型號為E32-DTU-1W處理晶片。

所述第二核心處理器包括第二單片機LPC1788，所述第二無線數據傳輸模塊包括第二單片機E32-DTU-1W，所述數據存儲器包括信號為NANDFLASHK9F5608U0D的晶片，模數轉換器的晶片型號為ADS127L01。

所述第一單片機LPC1788的引腳F15連接所述第一單片機E32-DTU-1W F17的引腳RXD，所述第一單片機LPC1788的引腳F17連接所述第一單片機E32-DTU-1W F17的引腳TXD；所述第一單片機E32-DTU-1W和第一天線通過BNC接頭連接。

所述第二單片機LPC1788的引腳F15連接所述第二單片機E32-DTU-1W F17的引腳RXD，所述第二單片機LPC1788的引腳F17連接所述第二單片機E32-DTU-1W F17的引腳TXD；所述第二單片機E32-DTU-1W和第二天線通過BNC接頭連接；第二核心處理器LPC1788的引腳D0—D7、A19、A20連接到數據存儲NANDFLASHK9F5608U0D的引腳I/O0—I/O7、ALE、CLE，第二核心處理器LPC1788的引腳A5、B5、C7、A8連接到模數轉換器ADS127L01的引腳20、21、23、22。

所述若干個無線數據傳輸電極的數量為120個。

所述若干個無線數據傳輸電極間距為10米，各電極之間由分布式電纜連接。

本發明的有益效果為：由主機通過無線模塊向各個電極發送指令，每個電極接到指令後完成狀態轉換並進行數據模數轉換，採集到的數據存貯在片外存儲器中，當電極處於未被選中工作時通過無線數據傳輸方式將數據主機，滿足了電法勘探分布式主機與中繼裝置實現無線數據和指令傳輸要求，同時減輕了電纜和主機重量的同時，提高了儀器的可靠性和數據的準確性。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例的結構示意圖；

圖2為本發明具體實施例的無線數據傳輸分布式電法儀主機示意圖；

圖3為本發明具體實施例的無線數據傳輸電極示意圖；

圖4為本發明具體實施例的分布式電纜結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合實施例和附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本發明的目的、特徵和效果。顯然，所描述的實施例只是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例，基於本發明的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬於本發明保護的範圍。

一種基於無線數據傳輸的分布式電極智能轉換裝置，它包括：無線數據傳輸分布式電法儀主機和無線數據傳輸電極，分布式電纜。主機通過無線模塊向電極發送狀態轉換命令，智能電極通過繼電器進行狀態轉換實現供電和採集之間的切換；信號採集完成後，電極將數據存儲到片外存儲器中，在閒時通過無線模塊將數據傳回電法儀。

無線數據傳輸分布式電法儀主機包括第一核心處理器，簡稱U1，型號為LPC1788、第一無線數據傳輸模塊，簡稱U2，型號為E32-DTU-1W，第一天線；無線數據傳輸電極包括第二核心處理器，簡稱U3，型號為LPC1788，第二無線數據傳輸模塊，簡稱U4，型號為E32-DTU-1W，第二天線，數據存儲器，簡稱U5，型號為 NANDFLASHK9F5608U0D，模數轉換器，簡稱U6，型號為ADS127L01，四個繼電器，分別為繼電器-狀態A，簡稱U7，繼電器-狀態B，簡稱U8、繼電器-狀態M，簡稱U9，繼電器-狀態N，簡稱U10；分布式電纜總共四芯，包括正向高壓供電、負向高壓供電、48V直流供電+、48V直流供電-；

U1的引腳F15、F17連接到U2的引腳RXD、TXD，U2與第一天線通過BNC接頭連接；U3的引腳D0—D7、A19、A20連接到U5的引腳I/O0—I/O7、ALE、CLE，U3與U6之間通過SPI串行通信總線連接，U3的引腳A5（MISO）、B5（MOSI）、C7（SSL）、A8（CLK）連接到U6的引腳20、21、23、22，U33的引腳C15、B14、A13、C10分別連接U7、U8、U9、U10；

無線數據傳輸分布式電法儀主機的第一核心處理器（U1，LPC1788）通過引腳F15傳輸狀態轉換命令到第一無限傳輸模塊（U2，E32-DTU-1W）的引腳RXD，U2將接收的狀態轉換命令通過BNC接頭連接的第一天線發送。無線數據傳輸電極將接收到的無線數據傳輸分布式電法儀主機發送的狀態轉換命令傳輸到BNC接頭連接的第二無限傳輸模塊（U4，E32-DTU-1W），U4通過引腳TXD將接收的狀態轉換命令傳輸到第二核心處理器（U3，LPC1788）的引腳F17 ，U3識別命令並向引腳C15、B14、A13、C10傳輸相應電平到繼電器-狀態A（U7)、繼電器-狀態B（U8)、繼電器-狀態M（U9)、繼電器-狀態N（U10)，實現該無線數據傳輸電極供電和採集之間的切換；

無線數據傳輸分布式電法儀主機的第一核心處理器（U1， LPC1788）與無線數據傳輸電極的第二核心處理器（U3，LPC1788）之間通過第一無線數據傳輸模塊（U2，E32-DTU-1W）和第一天線、第二天線和第二無線傳輸模塊實現無線數據傳輸。信號採集時所獲取的模擬信號通過模數轉換器(U6， ADS127L01)轉換為數位訊號，通過SPI串行通信總線的MISO，即模數轉換器（U6，ADS127L01)的引腳20傳輸到第二核心處理器（U3，LPC1788）的引腳A5，信號採集完成後，U3通過引腳D0—D7八位數據總線連接數據存儲器（U5，NANDFLASHK9F5608U0D)的引腳I/O0—I/O7發送此次信號採集所獲取的所有數位訊號並保存在U5，U3在閒時讀取保存在U5的數據，通過無線數據傳輸電極的第二無線數據傳輸模塊（U3，E32-DTU-1W）和第二天線發送給無線數據傳輸分布式電法儀主機。

第一核心處理器和第二核心處理器，選擇型號為LPC1788，是基於 ARM Cortex-M3 內核的微控制器，適用於要求高度集成和低功耗的嵌入式場合，LPC1788 操作頻率可達 120MHz，具有三級流水線和哈佛（Harvard）結構，帶獨立的本地指令和數據總線以及用於外設的第三條總線。

模數轉換器ADS127L01（U6）是一款24 位Δ-Σ 模數轉換器(ADC)，其數據速率最高可達512kSPS。該器件兼具出色直流精度和卓越交流性能。高階、斬波穩定調製器在低帶內噪聲條件下實現極低漂移。片上抽取濾波器抑制調製器帶外噪聲，除低延遲濾波器外，ADS127L01 還提供多個紋波小±0.00004dB 的寬帶濾波器以及在奈奎斯特速率下實現-116dB 阻帶衰減的選項。

本實施例所用無線數據傳輸電極有120個，電極間距為10米，各電極之間由分布式電纜連接，分布式電纜由無線數據傳輸分布式電法儀主機引出。分布式電纜僅需承擔高壓和供電功能，減輕了電纜和主機重量。本發明的數據和指令傳輸的是無線模塊，避免了過長電纜的模擬信號傳輸帶來的誤差，提高了儀器的可靠性和數據的準確性。

需要說明的是，以上所述只是本發明的較佳實施例而已，本發明並不局限於上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發明的技術效果，都應屬於本發明的保護範圍。