专利名称：一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地球物理勘探技术领域的分布式地震仪同步触发与数据通讯共用线缆装置。
背景技术：
RS485通讯在工业领域应用非常广泛，RS485作为一种串行通信的接口，根据RS485总线标准，采用平衡驱动和差分接收的方式来驱动总线，实现网络的物理层连接，具有抑制共模干扰的能力，抗噪声干扰性好，但应用在地球物理勘探技术领域中做为移动分布式系统及其少见，原因是在多道地震数据采集中，道与道之间的采集触发应该是同步的，而采用RS485总线构成的地震仪器系统，传统的实现方法是利用软件命令作为触发信号，这就造成多道采集触发的同步误差相当大，最终造成地震数据分析结果不准确，影响了整个探测结果的精度。中国专利说明书200920222997.X对通用分布式地震仪数据采集系统的结构进行改进，改进后的系统减少了采集启动时间误差，保证系统采集的一致性，但它仍然利用软件采集命令控制通讯传输来实现对采集点的同步采集，这种同步采集时间的误差依旧很大，只能达到微秒级。中国专利说明书02124275.5公开的一种多波多分量地震数据采集系统中涉及到一种通讯和启动线缆，其属于五芯线缆，为了实现同步启动采集，它还采用了专用启动线缆，这样对于移动式矿用地震采集系统来说 ，随着从机的增加，线缆必然非常庞大笨重。
实用新型内容本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是:提供一种既能用于地震数据传输，又能实现同步触发地震数据采集的共用线缆装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，包括一台地震仪主机和多台地震仪分机，所述地震仪主机主要由主机微控制器、主机RS485驱动模块、主机数据采集触发电路、主机双刀双掷模拟开关和主机接插件构成,所述主机微控制器分别与主机RS485驱动模块、主机数据采集触发电路和主机双刀双掷模拟开关相连，所述主机双刀双掷模拟开关分别与主机RS485驱动模块、主机数据采集触发电路和主机接插件相连；所述地震仪分机主要由分机微控制器、分机RS485驱动模块、分机双刀双掷模拟开关和分机接插件构成，所述分机微控制器分别与分机RS485驱动模块和分机双刀双掷模拟开关相连，所述分机双刀双掷模拟开关分别与分机RS485驱动模块和分机接插件相连；所述主机接插件和所述分机接插件通过双芯双绞线缆相连。所述主机微控制器的IO 口引脚Al、引脚A2和引脚A3分别与主机RS485驱动模块的引脚1、引脚4和引脚2相连，主机RS485驱动模块的引脚6和引脚7分别与主机双刀双掷模拟开关的引脚12和引脚I相连，主机RS485驱动模块的引脚8与引脚5之间并接有电容Cl，且主机RS485驱动模块的引脚8接电源正极，主机RS485驱动模块的引脚5接地；所述主机微控制器的IO 口引脚BI与主机双刀双掷模拟开关的引脚10相连，主机微控制器的IO 口引脚B2和引脚B3分别与主机数据采集触发电路中的电阻R3和Rl的一端相连，主机数据采集触发电路中的电阻R3的另一端与PNP型三极管Q2的基极相连，主机数据采集触发电路中的电阻Rl的另一端与PNP型三极管Ql的基极相连，主机数据采集触发电路中的PNP型三极管Ql的集电极和Q2的集电极分别与主机双刀双掷模拟开关的引脚14和引脚5相连，所述PNP型三极管Ql的集电极和PNP型三极管Q2的集电极分别与电阻R2和电阻R4的一端相连，电阻R2和电阻R4另一端并接后接电源正极，所述PNP型三极管Ql的发射极和PNP型三极管Q2的发射极相连后接地；所述主机双刀双掷模拟开关的引脚13和引脚3分别与主机接插件的引脚I和引脚2相连，所述主机双刀双掷模拟开关的引脚16和引脚7之间并接有电容C2，所述主机双刀双掷模拟开关的引脚9、引脚6、引脚8和引脚7相连后接地。所述分机微控制器的IO 口引脚E1、引脚E2和引脚E3分别与分机RS485驱动模块的引脚1、引脚4和引脚2相连，分机RS485驱动模块的引脚6和引脚7分别与分机双刀双掷模拟开关的引脚12和引脚I相连，分机RS485驱动模块的引脚8与引脚5之间并接有电容C3，且分机RS485驱动模块的引脚8接电源正极，分机RS485驱动模块的引脚5接地；所述分机微控制器的引脚D1、引脚D2和引脚D3分别与分机双刀双掷模拟开关的引脚10、引脚5和引脚14相连；所述分机双刀双掷模拟开关的引脚13和引脚3分别与分机接插件9的引脚I和引脚2相连，所述分机双刀双掷模拟开关的引脚16和引脚7之间并接有电容C4，所述分机双刀双掷模拟开关的引脚9、 引脚6、引脚8和引脚7相连后接地。所述主机微控制器采用Altera公司的EP3C40F780芯片，分机微控制器采用Altera公司的EP3C25F160芯片，主机RS485驱动模块和分机RS485驱动模块均采用Sipex公司的SP3485EN芯片，主机双刀双掷模拟开关和分机双刀双掷模拟开关均采用Maxim公司的MAX4052芯片。本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果。1、本实用新型可根据实际监测需求将多台地震仪装置通过双绞线通讯线缆进行连接，实现了同一线缆既用于地震数据传输，又用于实现同步触发地震数据采集的功能。2、本实用新型中采用的双芯双绞线缆为两芯线缆，且无需再使用专用触发线缆，使得地震采集系统的布线变得简单易行。3、本实用新型采用硬件触发方式实现对各个地震仪分机的数据同步触发采集，同步采集时间的误差达到纳秒级，有效克服了传统软件软启动所造成的地震数据采集的同步误差。4、本实用新型中的地震仪分机结构简单，使用方便，且能便携式携带，有效降低投入成本。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明:
图1为本实用新型的结构框图；[0023]图2为本实用新型中地震仪主机的电路原理图；图3为本实用新型中地震仪分机的电路原理图；图4为本实用新型中接插件的连接示意图；图中:1为主机微控制器、2为主机RS485驱动模块、3为主机数据采集触发电路、4为主机双刀双掷模拟开关、5为主机接插件、6为分机微控制器、7为分机RS485驱动模块、8为分机双刀双掷模拟开关、9为分机接插件、10为双芯双绞线缆。
具体实施方式
如
图1所示，本实用新型一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，包括一台地震仪主机和多台地震仪分机，所述地震仪主机主要由主机微控制器1、主机RS485驱动模块2、主机数据采集触发电路3、主机双刀双掷模拟开关4和主机接插件5构成，所述主机微控制器I分别与主机RS485驱动模块2、主机数据采集触发电路3和主机双刀双掷模拟开关4相连，所述主机双刀双掷模拟开关4分别与主机RS485驱动模块2、主机数据采集触发电路3和主机接插件5相连；所述地震仪分机主 要由分机微控制器6、分机RS485驱动模块7、分机双刀双掷模拟开关8和分机接插件9构成，所述分机微控制器6分别与分机RS485驱动模块7和分机双刀双掷模拟开关8相连，所述分机双刀双掷模拟开关8分别与分机RS485驱动模块7和分机接插件9相连；所述主机接插件5和所述分机接插件9通过双芯双绞线缆10相连。所述主机微控制器I采用Altera公司的EP3C40F780芯片，分机微控制器6采用Altera公司的EP3C25F160芯片，主机RS485驱动模块2和分机RS485驱动模块7均采用Sipex公司的SP3485EN芯片，主机双刀双掷模拟开关4和分机双刀双掷模拟开关8均采用Maxim公司的MAX4052芯片。地震仪主机的主机微控制器I控制着主机RS485驱动模块2、主机数据采集触发电路3和主机双刀双掷模拟开关4，并通过主机接插件5与双芯双绞线缆10相连；地震仪分机的分机微控制器6控制着分机RS485驱动模块7、和分机双刀双掷模拟开关8，并通过分机接插件9与双芯双绞线缆10相连。当执行地震数据通讯时，通过地震仪主机的主机微控制器I对主机双刀双掷模拟开关4的控制，使主机RS485驱动模块2通过主机接插件5与外部双芯双绞线缆10相连，并按照RS485通讯协议实现数据通讯，把地震仪主机的命令和设置参数通过双芯双绞线缆10传递给地震仪分机；通过地震仪分机的分机微控制器6对分机双刀双掷模拟开关8的控制，使分机RS485驱动模块7通过分机接插件9与外部双芯双绞线缆10相连，并按照RS485通讯协议实现数据通讯，地震仪分机的地震数据通过双芯双绞线缆10传递给地震仪主机。当执行地震数据采集触发启动时，通过地震仪主机的主机微控制器I对主机双刀双掷模拟开关4的控制，使主机数据采集触发电路3通过主机接插件5与外部双芯双绞线缆10相连，将地震仪主机的采集触发规则命令通过双芯双绞线缆10传递给地震仪分机，地震仪分机执行数据同步采集。如图2所示，所述主机微控制器I的IO 口引脚Al、引脚A2和引脚A3分别与主机RS485驱动模块2的引脚1、引脚4和引脚2相连，主机RS485驱动模块2的引脚6和引脚7分别与主机双刀双掷模拟开关4的引脚12和引脚I相连，主机RS485驱动模块2的引脚8与引脚5之间并接有电容Cl，且主机RS485驱动模块2的引脚8接电源正极，主机RS485驱动模块2的引脚5接地；所述主机微控制器I的IO 口引脚BI与主机双刀双掷模拟开关4的引脚10相连，主机微控制器I的IO 口引脚B2和引脚B3分别与主机数据采集触发电路3中的电阻R3和Rl的一端相连，主机数据采集触发电路3中的电阻R3的另一端与PNP型三极管Q2的基极相连，主机数据采集触发电路3中的电阻Rl的另一端与PNP型三极管Ql的基极相连，主机数据采集触发电路3中的PNP型三极管Ql的集电极和Q2的集电极分别与主机双刀双掷模拟开关4的引脚14和引脚5相连，所述PNP型三极管Ql的集电极和PNP型三极管Q2的集电极分别与电阻R2和电阻R4的一端相连，电阻R2和电阻R4另一端并接后接电源正极，所述PNP型三极管Ql的发射极和PNP型三极管Q2的发射极相连后接地；所述主机双刀双掷模拟开关4的引脚13和引脚3分别与主机接插件5的引脚I和引脚2相连，所述主机双刀双掷模拟开关4的引脚16和引脚7之间并接有电容C2，所述主机双刀双掷模拟开关4的引脚9、引脚6、引脚8和引脚7相连后接地。当地震仪主机进行数据通讯时，主机微控制器I的BI引脚为低电平，主机微控制器I内的专用RS485驱动控制核控制主机RS485驱动模块2工作；当地震仪主机接收数据时，数据信号由双芯双绞线缆10依次传递给主机接插件5、主机双刀双掷模拟开关4和主机RS485驱动模块2，最终传递给主机微控制器I，主机接收到数据；当地震仪主机发送数据时，数据信号由主机微控制器I依次传递给主机RS485驱动模块2、主机双刀双掷模拟开关4和主机接插件5，最终由 主机接插件5传递到双芯双绞线缆10，实现地震仪主机的数据发送。当地震仪主机执行同步触发采集地震数据时，主机微控制器I的BI引脚为高电平，主机微控制器I内的专用采集触发核通过控制其B2引脚和B3引脚的高低电平来发布采集触发信号，并通过主机数据采集触发电路3将采集触发信号依次传递给主机双刀双掷模拟开关4和主机接插件5，最终由主机接插件5传递到双芯双绞线缆10，实现采集触发信号的发布。如图3所示，所述分机微控制器6的IO 口引脚E1、引脚E2和引脚E3分别与分机RS485驱动模块7的引脚1、引脚4和引脚2相连，分机RS485驱动模块7的引脚6和引脚7分别与分机双刀双掷模拟开关8的引脚12和引脚I相连，分机RS485驱动模块7的引脚8与引脚5之间并接有电容C3，且分机RS485驱动模块7的引脚8接电源正极，分机RS485驱动模块7的引脚5接地；所述分机微控制器6的引脚D1、引脚D2和引脚D3分别与分机双刀双掷模拟开关8的引脚10、引脚5和引脚14相连；所述分机双刀双掷模拟开关8的引脚13和引脚3分别与分机接插件9的引脚I和引脚2相连，所述分机双刀双掷模拟开关8的引脚16和引脚7之间并接有电容C4，所述分机双刀双掷模拟开关8的引脚9、引脚6、引脚8和引脚7相连后接地。当地震仪分机进行数据通讯时，其分机微控制器6的引脚Dl为低电平，分机微控制器6内的专用RS485驱动控制核控制分机RS485驱动模块7工作；当地震仪分机接收数据时，数据信号由双芯双绞线缆10依次传递给分机接插件9、分机双刀双掷模拟开关8和分机RS485驱动模块7，最终传递给分机微控制器6，分机接收到数据；当地震仪分机发送数据时，数据信号由分机微控制器6依次传递给分机RS485驱动模块7、分机双刀双掷模拟开关8和分机接插件9，最终由分机接插件9传递到双芯双绞线缆10，实现地震仪分机的数据发送。当地震仪分机执行同步触发采集地震数据时，分机微控制器6的Dl引脚为高电平，分机微控制器6内的专用采集触发核通过控制其D2引脚和D3引脚的高低电平来发布采集触发信号，将采集触发信号依次传递给分机双刀双掷模拟开关8和分机接插件9，最终由主机接插件9传递到双芯双绞线缆10，实现采集触发信号的发布；上述内容仅是对一个地震仪分机的工作过程进行描述，其它地震仪分机的工作过程与之相同。如图4所示，本实用新型中地震仪主机的接插件5和多台地震仪分机的接插件9之间通过双芯双绞线缆10相连，通过一条双芯双绞线缆就实现地震仪主机与地震仪分机之间的数据通讯功能和同步触发数据采集的功能，减少了专用触发线缆的投入，且提高数据同步采集的精确性，数据同步采集时间误差达到纳秒级。本实用新型可根据实际监测需求将多台地震仪装置通过双绞线通讯线缆进行连接，实现了同一线缆既用于地震数据传输，又用于实现同步触发地震数据采集的功能；本实用新型中采用的双芯双绞线缆为两芯线缆，且无需再使用专用触发线缆，使得地震采集系统的布线变得简单易行；本实用新型采用硬件触发方式实现对各个地震仪分机的数据同步触发采集，同步采集时间的误差达到纳秒级，有效克服了传统软件软启动所造成的地震数据采集的同步误差；本实用新型中的地震仪分机结构简单，使用方便，且能便携式携带，有效降低投入成本。·
权利要求1.一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，包括一台地震仪主机和多台地震仪分机，其特征在于:所述地震仪主机主要由主机微控制器(I)、主机RS485驱动模块(2)、主机数据采集触发电路(3)、主机双刀双掷模拟开关(4)和主机接插件(5)构成，所述主机微控制器(I)分别与主机RS485驱动模块(2 )、主机数据采集触发电路(3 )和主机双刀双掷模拟开关(4)相连，所述主机双刀双掷模拟开关(4)分别与主机RS485驱动模块(2)、主机数据采集触发电路(3)和主机接插件(5)相连； 所述地震仪分机主要由分机微控制器(6)、分机RS485驱动模块(7)、分机双刀双掷模拟开关(8)和分机接插件(9)构成，所述分机微控制器(6)分别与分机RS485驱动模块(7)和分机双刀双掷模拟开关(8)相连，所述分机双刀双掷模拟开关(8)分别与分机RS485驱动模块(7 )和分机接插件(9 )相连； 所述主机接插件(5)和所述分机接插件(9)通过双芯双绞线缆(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，其特征在于:所述主机微控制器(I)的IO 口引脚Al、引脚A2和引脚A3分别与主机RS485驱动模块(2)的引脚1、引脚4和引脚2相连，主机RS485驱动模块(2)的引脚6和引脚7分别与主机双刀双掷模拟开关(4)的引脚12和引脚I相连，主机RS485驱动模块(2)的引脚8与引脚5之间并接有电容Cl，且主机RS485驱动模块(2)的引脚8接电源正极，主机RS485驱动模块(2)的引脚5接地； 所述主机微控制器(I)的IO 口引脚BI与主机双刀双掷模拟开关(4)的引脚10相连，主机微控制器(I)的IO 口引脚B2和引脚B3分别与主机数据采集触发电路(3)中的电阻R3和Rl的一端相连，主机数据采集触发电路(3)中的电阻R3的另一端与PNP型三极管Q2的基极相连，主机数据采集触发电路(3)中的电阻Rl的另一端与PNP型三极管Ql的基极相连，主机数据采 集触发电路(3)中的PNP型三极管Ql的集电极和Q2的集电极分别与主机双刀双掷模拟开关(4)的引脚14和引脚5相连，所述PNP型三极管Ql的集电极和PNP型三极管Q2的集电极分别与电阻R2和电阻R4的一端相连，电阻R2和电阻R4另一端并接后接电源正极，所述PNP型三极管Ql的发射极和PNP型三极管Q2的发射极相连后接地； 所述主机双刀双掷模拟开关(4)的引脚13和引脚3分别与主机接插件(5)的引脚I和引脚2相连，所述主机双刀双掷模拟开关(4)的引脚16和引脚7之间并接有电容C2，所述主机双刀双掷模拟开关(4 )的引脚9、引脚6、引脚8和引脚7相连后接地。
3.根据权利要求2所述的一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，其特征在于:所述分机微控制器(6)的IO 口引脚E1、引脚E2和引脚E3分别与分机RS485驱动模块(7)的引脚1、引脚4和引脚2相连，分机RS485驱动模块(7)的引脚6和引脚7分别与分机双刀双掷模拟开关(8)的引脚12和引脚I相连，分机RS485驱动模块(7)的引脚8与引脚5之间并接有电容C3，且分机RS485驱动模块(7)的引脚8接电源正极，分机RS485驱动模块(7)的引脚5接地； 所述分机微控制器(6 )的引脚D1、引脚D2和引脚D3分别与分机双刀双掷模拟开关(8 )的引脚10、引脚5和引脚14相连； 所述分机双刀双掷模拟开关(8)的引脚13和引脚3分别与分机接插件9的引脚I和引脚2相连，所述分机双刀双掷模拟开关(8)的引脚16和引脚7之间并接有电容C4，所述分机双刀双掷模拟开关(8)的引脚9、引脚6、引脚8和引脚7相连后接地。
4.根据权利要求3所述的一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，其特征在于:所述主机微控制器(I)采用Altera公司的EP3C40F780芯片，分机微控制器(6)采用Altera公司的EP3C25F160芯片，主机RS485驱动模块(2)和分机RS485驱动模块(7)均采用Sipex公司的SP3485EN芯片，主机双刀双掷模拟开关(4)和分机双刀双掷模拟开关(8)均采用Ma xim公司的MAX4052芯片。
专利摘要本实用新型一种矿用地震系统同步触发与数据通讯共用线缆装置，提供一种既能用于地震数据传输，又能实现同步触发地震数据采集的共用线缆装置，采用的技术方案为主要由一台地震仪主机和多台地震仪分机构成，所述地震仪主机的主机微控制器控制主机RS485驱动模块、主机数据采集触发电路和主机双刀双掷模拟开关；所述地震仪分机中的分机微控制器控制分机RS485驱动模块和分机双刀双掷模拟开关；所述主机接插件和所述分机接插件通过双芯双绞线缆相连，实现地震数据的同步触发采集和地震数据传输共用线缆的功能；本实用新型广泛适用于地震勘测领域。
文档编号G01V1/22GK203149133SQ201320170999
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者陈杰炜, 游伟琳, 林熙鹏, 高婧玮, 翁国杨 申请人:山西晋明海科技开发有限公司