專(zhuān)利名稱(chēng)：三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，是應(yīng)用于資源與環(huán)境勘探技術(shù)領(lǐng)域中的直流 電法勘探技術(shù)，涉及一種三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置。
背景技術(shù)：
早在19世紀(jì)初就開(kāi)始用電法找礦以來(lái)，直流電法勘探技術(shù)發(fā)展了近200年。自20 世紀(jì)80年代高密度電法技術(shù)發(fā)展以來(lái)，電法勘探技術(shù)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。直流 電法勘探技術(shù)主要以高密度電法為主。
近十幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子器件的飛速發(fā)展，電法找礦已由 高密度電法找礦逐步發(fā)展到三維電阻率成像找礦。三維電阻率成像系統(tǒng)一方面需要研 究合理的數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)處理方法、成像算法等(即軟件部分)，另一方面需要設(shè)計(jì)具 備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿南到y(tǒng)(即硬件部分)。直流升 壓電源裝置作為硬件系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成裝置，需要滿足以下幾個(gè)要求
①具備符合CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的接口 ，筆記本電腦能通過(guò)CAN總線對(duì)它進(jìn)行控制。 ②能夠有8檔以上輸出電壓可以選擇，可以選擇電壓極性，以適應(yīng)不同被測(cè)量對(duì)象應(yīng) 用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用單片機(jī)為核心，通過(guò)與CAN接口芯片和CAN隔 離變壓器相連，實(shí)現(xiàn)CAN總線通信功能的三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案它采用單片機(jī)(U16)為核心，通過(guò)與CAN接口芯片(U17) 相連，再和CAN隔離變壓器(U18)相連，單片機(jī)(U16)的9個(gè)I/0腳和繼電器驅(qū)動(dòng)電 路(U19)相連，驅(qū)動(dòng)9個(gè)繼電器(K7-K15)的切換.單片機(jī)(U16)的1腳和脈寬調(diào) 制控制芯片(U15)的13腳相連；脈寬調(diào)制控制芯片(U15)產(chǎn)生一個(gè)頻率約為lOOKHz 的方波，通過(guò)2個(gè)三極管(T1、 T3)、 2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管(T2、 T4)和驅(qū)動(dòng)變壓器(T)進(jìn)行 電壓升壓變換；繼電器(K7-K14)的不同切換狀態(tài)組合，完成輸出電壓大小的選擇， 經(jīng)過(guò)4個(gè)整流二極管(Dl-D4)進(jìn)行整流和2個(gè)電容器(C4、 C5)與電感(L2)進(jìn)行濾 波，得到一個(gè)直流電壓，該電壓經(jīng)過(guò)繼電器(K15)進(jìn)行正負(fù)極性的選擇，輸出一個(gè)三 維電阻率成像系統(tǒng)所需要的電壓。
器件優(yōu)選為單片機(jī)為STC89S52, CAN接口芯片為SJAIOOO， CAN隔離變壓器為 CTM8251，脈寬調(diào)制控制芯片為T(mén)L494。直流升壓電源裝置中設(shè)有CAN總線通信接口與CAN總線電纜連接。
在筆記本電腦通過(guò)CAN總線對(duì)其控制下，單片機(jī)STC89S52控制脈寬調(diào)制控制芯 片TL494產(chǎn)生一個(gè)頻率約為100KHz的方波，通過(guò)2個(gè)三極管、2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)變 壓器，進(jìn)行電壓升壓變換。單片機(jī)STC89S52控制繼電器(Kl-K8)的不同切換狀態(tài) 組合，完成輸出電壓大小的選擇，經(jīng)過(guò)4個(gè)整流二極管進(jìn)行整流和2個(gè)電容器與電感 進(jìn)行濾波，得到一個(gè)直流電壓。并且單片機(jī)STC89S52控制繼電器(K15)進(jìn)行輸出 電壓正負(fù)極性的選擇、供電方式的選擇，輸出一個(gè)三維電阻率成像系統(tǒng)所需要的電壓。


圖1、本發(fā)明實(shí)施例1三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置整體結(jié)構(gòu)圖。 圖2、本發(fā)明實(shí)施例1脈寬調(diào)制控制與功率驅(qū)動(dòng)電路示意圖。 圖3、本發(fā)明實(shí)施例1電壓選擇與控制電路示意圖。 圖4、本發(fā)明實(shí)施例1直流升壓電源裝置應(yīng)用連接圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例1作進(jìn)一步說(shuō)明
圖l中，直流升壓電源裝置主要由脈寬調(diào)制控制芯片21，功率驅(qū)動(dòng)電路22，升壓 變壓器23，電壓選擇切換電路24，整流濾波電路25，輸出電壓極性和供電方式切換 電路26，單片機(jī)27， CAN接口和隔離電路28， CAN總線電纜接頭29。
圖2中，蓄電池組輸入接頭(P6)的1腳和保險(xiǎn)管(Fl)的1腳相連，蓄電池組 輸入接頭(P6)的2腳和電阻(Rl)的1展卩、電阻(R2)的2腳、電阻(R6)的1 腳、可調(diào)電阻(PR1)的1腳、電容(Cl)的1腳、電容(C2)的2腳、電容(C3) 的2腳、脈寬調(diào)制控制芯片TL494 (U15)的7、 15、 16腳、三極管(Tl)的c極、 場(chǎng)效應(yīng)管(T2)的s極、三極管(T3)的c極、場(chǎng)效應(yīng)管(T4)的s極相連。蓄電池 組輸入接頭(P6)的3、 4腳分別和CAN總線電纜接頭(P2)的4、 3腳相連。保險(xiǎn) 管(Fl)的2腳和電感線圈(Ll)的1腳、電容(C2)的1腳、變壓器(T)的2腳 相連。電感線圈(Ll)的2腳和電容(C3)的1膽卩、TL494 (U15)的8、 11、 12腳 相連。電容(Cl)的2腳和TL494 (U15)的5腳相連。電阻(Rl)的2腳和TL494
(U15)的6腳相連。電阻(R2)的l腳和電阻(R3)的1腳、電阻(R4)的1腳相 連。電阻(R3)的2腳和電阻(R7)的l腳、可調(diào)電阻(PR1)的2腳、TL494 (U15) 的14腳相連。電阻(R4)的2腳和電阻(R5)的2腳、TL494 (U15)的2腳相連。 電阻(R5)的1腳和TL494 (U15)的3腳相連?？烧{(diào)電阻(PR1)的3腳和TL494
(U15)的1腳相連。電阻(R6)的2腳和電阻(R7)的2腳、TL494 (U15)的4腳相連。TL494 (U15)的4腳和單片機(jī)ST89S52 (U16)的1腳相連。TL494 (U15) 的9腳和三極管(Tl)的b極相連，TL494 (U15)的10腳和三極管(T3)的b極相 連。三極管(Tl)的e極和場(chǎng)效應(yīng)管(T2)的g極相連，三極管(T3)的e極和場(chǎng)效 應(yīng)管(T4)的g極相連。場(chǎng)效應(yīng)管(T2)的d極和變壓器(T)的1腳相連，場(chǎng)效應(yīng) 管(T4)的d極和變壓器(T)的3腳相連。
圖3中，變壓器(T)的4腳和繼電器(K7)的1腳相連，變壓器(T)的5腳和 繼電器(K7)的2腳相連，變壓器(T)的6腳和繼電器(K8)的1腳相連，變壓器
(T)的7腳和繼電器(K8)的2腳相連，變壓器(T)的8腳和繼電器(K9)的1 腳相連，變壓器(T)的9腳和繼電器(K9)的2腳相連，變壓器(T)的10腳和繼 電器(K10)的l腳相連，變壓器(T)的ll腳和繼電器(K10)的2腳相連，變壓器
(T)的12腳和繼電器(K14)的1腳相連，變壓器(T)的13腳和繼電器(K14) 的2腳相連。繼電器(K11)的l腳和繼電器(K7)的3腳相連，繼電器(K11)的2 腳和繼電器(K8)的3腳相連；繼電器(K12)的l腳和繼電器(K9)的3腳相連， 繼電器(K12)的2腳和繼電器(K10)的3腳相連；繼電器(K13)的1腳和繼電器
(K11)的3腳相連，繼電器(K13)的2腳和繼電器(K12)的3腳相連；繼電器(K13) 的3腳和二極管(Dl)的1腳、二極管(D3)的2腳相連，繼電器(K14)的3腳和 二極管(D2)的1展卩、二極管(D4)的2腳相連。二極管(Dl)的2腳和二極管(D2) 的2腳、電感(L2)的1腳、電容(C4)的1腳相連。二極管(D3)的1腳和二極管
(D4)的1腳、電容(C4)的2腳、電容(C5)的2腳、繼電器(K15)的2、 4腳 相連。電感(L2)的2腳和電容(C5)的1腳、繼電器(K15)的l、 5腳相連。繼電 器(K15)的3、 6腳分別和CAN總線電纜接頭(P2)的7、 8腳相連。圖4中，單片 機(jī)ST89S52(U16)的9個(gè)I/O腳與繼電器驅(qū)動(dòng)電路(U19)相連，單片機(jī)ST89S52(U16) 的P0 口與CAN總線電纜接頭芯片SJA1000 (U17)相連，SJA1000 (U17)與CAN 隔離變壓器CTM8251 (U18)相連，CTM8251 (U18)的6、 7腳分別與CAN總線電 纜接頭(P2)的6、 5腳相連。
為了滿足三維電阻率成像系統(tǒng)對(duì)直流升壓電源裝置能夠有8檔以上輸出電壓可以 選擇，可以選擇電壓極性和供電方式的要求，本發(fā)明通過(guò)繼電器(K7-K15)的切換， 能夠輸出16檔不同大小的輸出電壓，并能夠改變輸出電壓的極性以及直流、方波2 種供電方式的組合方法，其控制切換方法如下
當(dāng)繼電器(K14)接通于1腳，繼電器(KIO、 K12、 K13)接通于2腳，輸出電 壓的大小約為50V;
當(dāng)繼電器(KIO、 K14)接通于1腳，繼電器(K12、 K13)接通于2腳，輸出電壓的大小約為100V;
當(dāng)繼電器(K12、 K14)接通于1腳，繼電器(K9、 K13)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為150V;
當(dāng)繼電器(K9、 K12、 K14)接通于1腳，繼電器(K13)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為200V;
當(dāng)繼電器(K13、 K14)接通于1腳，繼電器(K8、 Kll)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為250V;
當(dāng)繼電器(K8、 K13、 K14)接通于1腳，繼電器(K11)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為300V;
當(dāng)繼電器(Kll、 K13、 K14)接通于1腳，繼電器(K7)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為350V;
當(dāng)繼電器(K7、 Kll、 K13、 K14)接通于1腳輸出電壓的大小約為400V;
當(dāng)繼電器(KIO、 K12、 K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓的大小約為450V;
當(dāng)繼電器(K10)接通于1腳，繼電器(K12、 K13、 K14)接通于2腳，輸出電 壓的大小約為500V;
當(dāng)繼電器(K12)接通于1腳，繼電器(K9、 K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為550V;
當(dāng)繼電器(K9、 K12)接通于1腳，繼電器(K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為600V;
當(dāng)繼電器(K13)接通于1腳，繼電器(K8、 Kll、 K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為650V;
當(dāng)繼電器(K8、 K13)接通于1腳，繼電器(Kll、 K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為700V;
當(dāng)繼電器(Kll、 K13)接通于1腳，繼電器(K7、 K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為750V;
當(dāng)繼電器(K7、 Kll、 K13)接通于1腳，繼電器(K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為800V;
繼電器(K15)的l、 3腳接通，4、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的2 腳輸出電壓正極，l腳輸出電壓負(fù)極；
繼電器(K15)的2、 3腳接通，5、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的l腳輸出電壓正極，2腳輸出負(fù)極；
當(dāng)繼電器(K15) —直保持一種狀態(tài)，便以直流供電方式輸出電壓；
當(dāng)以周期為1秒 10分鐘，周期性切換繼電器(K15)就可以以方波供電方式輸
出電壓。用本發(fā)明應(yīng)用于三維電阻率成像系統(tǒng)的實(shí)施方式
(1)按圖4把硬件連接好。筆記本電腦1和USB-CAN接口轉(zhuǎn)換器2相連，再 連接到CAN總線電纜5的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上；把三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置4 接到CAN總線電纜5的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，蓄電池組3接到直流升壓電源裝置4上。
(2) 筆記本電腦1通過(guò)CAN總線與三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置4進(jìn) 行通信，發(fā)送控制命令，控制直流升壓電源裝置開(kāi)啟、輸出電壓大小的選擇、輸出電 壓正負(fù)極性的選擇、供電方式的選擇，輸出一個(gè)滿足三維電阻率成像系統(tǒng)所需要的電 壓。
(3) 在一組數(shù)據(jù)采集完成后，筆記本電腦中的軟件向三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升 壓電源裝置4發(fā)送控制命令，改變輸出電壓大小、輸出電壓正負(fù)極性、供電方式。
(4) 重復(fù)(3)過(guò)程，直到三維電阻率成像系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)全部采集完畢后，發(fā)送控 制命令，關(guān)閉直流升壓電源裝置。
權(quán)利要求
1、一種三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置，它采用單片機(jī)(U16)為核心，通過(guò)與CAN接口芯片(U17)相連，再和CAN隔離變壓器(U18)相連，其特征在于單片機(jī)(U16)的9個(gè)I/O腳和繼電器驅(qū)動(dòng)電路(U19)相連，驅(qū)動(dòng)9個(gè)繼電器(K7-K15)的切換.單片機(jī)(U16)的1腳和脈寬調(diào)制控制芯片(U15)的13腳相連；脈寬調(diào)制控制芯片(U15)產(chǎn)生一個(gè)頻率約為100KHz的方波，通過(guò)2個(gè)三極管(T1、T3)、2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管(T2、T4)和驅(qū)動(dòng)變壓器(T)進(jìn)行電壓升壓變換；繼電器(K7-K14)的不同切換狀態(tài)組合，完成輸出電壓大小的選擇，經(jīng)過(guò)4個(gè)整流二極管(D1-D4)進(jìn)行整流和2個(gè)電容器(C4、C5)與電感(L2)進(jìn)行濾波，得到一個(gè)直流電壓，該電壓經(jīng)過(guò)繼電器(K15)進(jìn)行正負(fù)極性的選擇，輸出一個(gè)三維電阻率成像系統(tǒng)所需要的電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置，其特征 在于單片機(jī)為STC89S52， CAN接口芯片為SJAIOOO， CAN隔離變壓器為CTM8251， 脈寬調(diào)制控制芯片為T(mén)L494。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置，其 特征在于直流升壓電源裝置中設(shè)有CAN總線通信接口與CAN總線電纜連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置，其特征 在于當(dāng)繼電器(K14)接通于1腳，繼電器(KIO、 K12、 K13)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為50V;當(dāng)繼電器(KIO、 K14)接通于1腳，繼電器(K12、 K13)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為100V;當(dāng)繼電器(K12、 K14)接通于1腳，繼電器(K9、 K13)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為150V;當(dāng)繼電器(K9、 K12、 K14)接通于1腳，繼電器(K13)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為200V;當(dāng)繼電器(K13、 K14)接通于1腳，繼電器(K8、 Kll)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為250V;當(dāng)繼電器(K8、 K13、 K14)接通于1展卩，繼電器(K11)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為300V;當(dāng)繼電器(Kll、 K13、 K14)接通于l腳，繼電器(K7)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為350V;當(dāng)繼電器(K7、 Kll、 K13、 K14)接通于1腳輸出電壓的大小約為400V; 當(dāng)繼電器(KIO、 K12、 K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓的大小約為450V; 當(dāng)繼電器(K10)接通于1腳，繼電器(K12、 K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓 的大小約為500V;當(dāng)繼電器(K12)接通于1腳，繼電器(K9、 K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為550V;當(dāng)繼電器(K9、 K12)接通于1腳，繼電器(K13、 K14)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為600V;當(dāng)繼電器(K13)接通于1腳，繼電器(K8、 Kll、 K14)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為650V;當(dāng)繼電器(K8、 K13)接通于1腳，繼電器(Kll、 K14)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為700V;當(dāng)繼電器(Kll、 K13)接通于1腳，繼電器(K7、 K14)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為750V;當(dāng)繼電器(K7、 Kll、 K13)接通于1腳，繼電器(K14)接通于2腳，輸出電壓的 大小約為800V;繼電器(K15)的l、 3腳接通，4、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的2腳 輸出電壓正極，l腳輸出電壓負(fù)極；繼電器(K15)的2、 3腳接通，5、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的l腳 輸出電壓正極，2腳輸出負(fù)極；當(dāng)繼電器(K15) —直保持一種狀態(tài)，便以直流供電方式輸出電壓；當(dāng)以周期為1秒 10分鐘，周期性切換繼電器(K15)就可以以方波供電方式輸 出電壓。
全文摘要
本發(fā)明屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三維電阻率成像系統(tǒng)的直流升壓電源裝置，脈寬調(diào)制控制芯片產(chǎn)生一個(gè)頻率約為100KHz的方波，通過(guò)2個(gè)三極管、2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)變壓器，進(jìn)行電壓升壓變換，并經(jīng)過(guò)整流、濾波得到一個(gè)直流電壓。它用單片機(jī)控制CAN接口芯片，實(shí)現(xiàn)了CAN總線通信功能，因此三維電阻率成像系統(tǒng)中的筆記本電腦能夠通過(guò)CAN總線對(duì)該直流升壓電源裝置進(jìn)行控制，通過(guò)單片機(jī)控制9個(gè)繼電器的切換，能夠輸出16檔不同大小的輸出電壓，并能夠改變輸出電壓的極性以及直流、方波2種供電方式，從而輸出一個(gè)三維電阻率成像系統(tǒng)所需要的電壓。
文檔編號(hào)G01V3/04GK101582635SQ20091011562
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者劉慶成, 軍 謝, 黎定國(guó) 申請(qǐng)人:東華理工大學(xué)