一种三分量磁力梯度仪的测量电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三分量磁力梯度仪的测量电路，该电路包括电源电路、传感器信号采集电路、数据传输电路和主控电路，其中传感器信号采集电路包括信号调理电路和数模转换电路；本发明利用了传感器的高分辨率，低功耗等特点。在电源分支中，前级电源采用DC/DC来增加电源的工作效率，后级电源利用线性电源来降低电源的纹波与噪声，为后续电路提供了稳定可靠，干净的电源。电路工作时，工作电流约为170mA，实现了低功耗。在传感器信号调理电路中，选择了极低噪声的运放芯片与高精度的模数转换芯片来提高测量电路的有效分辨率。
【专利说明】
_种三分量磁力梯度仪的测量电路
技术领域
[0001]本发明属于航海、航空领域的磁性勘探技术，具体涉及一种基于两个同规格磁场传感器的三分量磁力梯度值测量电路。【背景技术】
[0002]磁力梯度仪主要用于近磁场源周围磁场的测量，测定磁场梯度的仪器，如生物磁场的测量和地下铁磁性埋件的探测等。磁场梯度是个矢量，磁力梯度仪测定的是磁场某个方向的梯度值。现有梯度测量一般是将2个磁灵敏系统放在某个方向的固定距离上，分别在载体运动的起点和终点两个地方测得近磁场强度，做差值消除背景磁场带来的影响，由此获得磁场的相对变化量，即梯度值，可以进一步确认载体的运动状态。在国内，磁力梯度勘探一直以来是地质和海洋领域调查的有效手段，随着世界各国对海底矿产资源开发的日益重视以及军事运用的需求增加，磁力梯度勘探逐渐在海洋领域得到应用。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，提出了一种三分量磁力梯度仪的测量电路。
[0004]一种三分量磁力梯度仪的测量电路，包括电源电路、传感器信号采集电路、数据传输电路和主控电路，其中传感器信号采集电路包括信号调理电路和数模转换电路；
[0005]所述的电源电路包括+13V输出电源电路、-13V输出电源电路、+6.5V缓冲电压电路、+3.3V输出电源电路、+5V输出电源电路、+4.5V输出电源电路、+2.5V基准电压电源电路； 电源电路负责提供正负13V电源给传感器供电，并通过中间得到的+6.5V缓冲电压电路与线性电源电路得到纹波较小的5V和3.3V;其中5V给高精度模数转换器供电，后续产生的4.5V 为信号调理电路提供高精度，低温漂的偏置电压;+2.5V基准电压电源电路为模数转换芯片提供稳定的基准电压；
[0006]+12V输出电源电路包括开关电源芯片IC1、第一非极性电容C1、第二非极性电容 C2、第三非极性电容C3、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5、第一极性电容Cpl、第二极性电容Cp2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一肖特基二极管D1、第一电感L1、第一贴片开关K1和第一接插件P1;
[0007]开关电源芯片IC1的7脚、第一非极性电容C1的一端、第二非极性电容C2的一端、第一极性电容Cpl的正极和第一肖特基二极管D1的阴极接+24的输入电压;第一肖特基二极管 D1的阳极和第一贴片开关K1的一端相连接，第一贴片开关K1的另一端与第一接插件P1的1 脚连接，第一接插件P1的2脚与第一极性电容Cp 1的负极连接并接地;开关电源芯片IC1的6 脚、9脚、第一非极性电容C1的另一端、第二非极性电容C2的另一端、第二电阻R2的一端、第二极性电容Cp2的负极、第四非极性电容C4的一端和第五非极性电容C5的一端都接地;开关电源芯片IC1的2脚，3脚，5脚都悬空;开关电源芯片IC1的1脚接第三非极性电容C3的一端； 开关电源芯片IC1的8脚、第三非极性电容C3的另一端、第二肖特基二极管D2的阴极接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端、第一电阻R1的一端、第二极性电容Cp2的正极、第四非极性电容C4的另一端、第五非极性电容C5的另一端接第三电阻R3的一端;第三电阻R3的另一端作为电压+12V的输出端;第二肖特基二极管D2的阳极接地;第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端连接并接开关电源芯片IC1的4脚;开关电源芯片IC1采用德州仪器公司的高稳定，低温漂电源芯片TPS5430;
[0008]-12V输出电源电路包括开关电源芯片IC2,线性稳压器芯片IC3,第三极性电容 Cp3，第四极性电容Cp4，第五极性电容Cp5，第六极性电容Cp6，第七极性电容Cp7，第八极性电容Cp8，第九极性电容Cp9，第十极性电容CplO，第^^一极性电容Cpl 1，第六非极性电容C6， 第七非极性电容C7,第八非极性电容C8,第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6,第七电阻 R7，第八电阻R8，第九电阻R9，第十电阻R10，第二电感L2和第三肖特基二极管D3;
[0009]开关电源芯片IC2的2脚、第三极性电容Cp3的正极、第四极性电容Cp4的正极、第五极性电容Cp5的正极和第六极性电容Cp6的正极连接并接+24V输入，第三极性电容Cp3的负极接地;开关电源芯片IC2的1脚接第六非极性电容C6的一端;开关电源芯片IC2的3脚悬空； 开关电源芯片IC2的4脚接第四电阻R4的一端;第四极性电容Cp4的负极、第五极性电容Cp5 的负极和第六极性电容Cp6的负极、第四电阻R4的另一端、开关电源芯片IC2的7脚和9脚、第七非极性电容C7的一端、第八非极性电容C8的一端、第三肖特基二极管D3的阳极、第七电阻 R7的一端、第七极性电容Cp7的负极、第八极性电容Cp8的负极、第九极性电容Cp9的负极接第八电阻R8的一端；[0〇1〇]开关电源芯片IC2的5脚、第七电阻R7的另一端和第六电阻R6的一端相接;开关电源芯片IC2的6脚、第五电阻R5的一端和第八非极性电容C8的另一端相连接;第五电阻R5的另一端接第七非极性电容C7的另一端;开关电源芯片IC2的8脚、第六非极性电容C6的另一端、第三肖特基二极管D3的阴极和第二电感L2的一端相连接;第二电感L2的另一端、第六电阻R6的另一端、第七极性电容Cp7的正极、第八极性电容Cp8的正极和第九极性电容Cp9的正极接地;线性稳压器芯片IC3的2脚、第十极性电容CplO的负极接到第八电阻R8的另一端;线性稳压器芯片IC3的1脚、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端相连接;线性稳压器芯片 IC3的3脚、第九电阻R9的另一端和第^^一极性电容Cpl 1的负极接到-12V输出端;第十极性电容CplO的正极、第十电阻R10的另一端和第^^一极性电容Cpl 1的正极都接地;开关电源芯片IC2采用德州仪器公司电源芯片TPS54360,线性稳压器芯片IC3采用德州仪器公司电源芯片LM337;
[0011]+6.5V输出电源电路包括开关电源芯片IC4、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9、第十非极性电容C10、第^^一非极性电容C11、第十二非极性电容C12、第十二极性电容 Cpl2、第^^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四肖特基二极管D4和第三电感 L3；[〇〇12]开关电源芯片IC4的7脚、第八非极性电容C8的一端和第九非极性电容C9的一端接 +24的输入电压;开关电源芯片IC4的6脚、9脚、第八非极性电容C8的另一端、第九非极性电容C9的另一端、第十二极性电容Cpl2的负极、第十二电阻R12的一端、第^^一非极性电容C11 的一端和第十二非极性电容C12的一端都接地;开关电源芯片IC4的2脚，3脚，5脚都悬空;开关电源芯片IC4的1脚接第十非极性电容C10的一端;开关电源芯片IC4的8脚、第十非极性电容C10的另一端、第四肖特基二极管D4的阴极接第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端、 第i电阻R11的一端、第十二极性电容Cpl2的正极、第^ 非极性电容Cl 1的一端、第十二非极性电容C12的一端接第十三电阻R13的一端;第十三电阻R13的另一端作为电压+6.5V的输出端;第四肖特基二极管D4的阳极接地;第十一电阻R11的另一端与第十二电阻R12的另一端连接并接开关电源芯片IC4的4脚;开关电源芯片IC4采用德州仪器公司的高稳定，低温漂电源芯片TPS5430;[〇〇13]+5V输出电源电路包括线性稳压器芯片IC5、第十三极性电容Cpl3、第十四极性电容Cpl4、第十五极性电容Cpl5、第十六极性电容Cpl6;开关电源芯片IC5的3脚、第十三极性电容Cpl3的正极和第十四极性电容Cpl4的正极接到+6.5V的输出端;开关电源芯片IC5的2 脚、第十五极性电容Cp 15的正极和第十六极性电容Cp 16的正极接到+V5的输出端，第十三极性电容Cp 13的负极、第十四极性电容Cp 14的负极、第十五极性电容Cp 15的负极、第十六极性电容Cp 16的负极接地，开关电源芯片IC5的1脚接地;线性稳压器芯片IC5采用凌特公司的电源芯片LT1085;[〇〇14]+3.3V输出电源电路包括线性稳压器芯片IC6,第十七极性电容Cpl7,第十八极性电容C18,第十三非极性电容C13,第十四非极性电容C14,第十四电阻R14和第十五电阻R15和第一发光二极管；
[0015]线性稳压器芯片IC6的3脚、第十七极性电容Cpl7的正极和第十三非极性电容C13 的一端接电源电路的+5V电源输出端;线性稳压器芯片IC6的1脚、第十七极性电容Cpl7的负极和第十三非极性电容C13的另一端都接地;线性稳压器芯片IC6的2脚、4脚、第十八极性电容Cpl8的正极、第十四非极性电容C14的一端和第十四电阻R14的一端接到一起并通过第十五电阻R15接到+3.3V基准电压输出端；第十四电阻R14的另一端接到第一发光二极管LED1 的阳极;第十八极性电容Cpl8的负极、第十四极性电容C14的另一端和第一发光二极管LED1 的阴极都接地;线性稳压器芯片IC6采用德州仪器公司的电源芯片AMS117-3.3;
[0016]+4.5V基准电压电路包括第一基准电压芯片IC7,第一运算放大器芯片IC8,第十五非极性电容C15，第十六非极性电容C16，第十七非极性电容C17，第十八非极性电容C18，第十九非极性电容C19,第十六电阻R4;[〇〇17]第一基准电压芯片IC7的2脚和第十五非极性电容C15的一端接电源电路的+5V电源输出端，第一基准电压芯片IC7的4脚和第十五非极性电容C15的另一端接地，第一基准电压芯片IC7的5脚通过第十六非极性电容C16接地，第一基准电压芯片IC7的6脚与第十六电阻R16的一端、第十七非极性电容C17的一端连接，第十七非极性电容C17的另一端接地;第十六电阻R16的另一端、第十八非极性电容C18的一端接第一运算放大器芯片IC8的3脚，第一运算放大器芯片IC8的2脚接地;第一运算放大器芯片IC8的5脚与第十九非极性电容C19 的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第十九非极性电容C19的另一端接地;第一运算放大器芯片IC8的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端，第一基准电压芯片IC7的1 脚、3脚、7脚、8脚架空；第一基准电压芯片IC7采用德州仪器的基准电压芯片REF5045,第一运算放大器芯片IC8采用德州仪器的精密运放芯片0PA376;
[0018]+2.5V基准电压电路包括第二基准电压芯片IC9,第二运算放大器芯片IC10,第二十非极性电容C20,第二^^一非极性电容C21，第二十二非极性电容C22,第二十三非极性电容C23,第二十四非极性电容C24和第十七电阻R17;[〇〇19] 第二基准电压芯片IC9的2脚和第二十非极性电容C20的一端接电源电路的+5V电源输出端，第二基准电压芯片IC9的4脚和第二十非极性电容C20的另一端接地，第二基准电压芯片IC9的5脚通过第二^^一非极性电容C21接地，第二基准电压芯片IC9的6脚和第十七电阻R17的一端、第二十二非极性电容C22的一端连接，第二十二非极性电容C22的另一端接地;第十七电阻R17的另一端、第二十三非极性电容C23的一端接第二运算放大器芯片IC6的 3脚，第二运算放大器芯片10的2脚接地;第二运算放大器芯片IC10的5脚与第二十四非极性电容C24的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第二十四非极性电容C24的另一端接地;第二运算放大器芯片IC10的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端，第一基准电压芯片IC9的1脚、3脚、7脚、8脚架空；第二基准电压芯片IC9采用德州仪器的基准电压芯片 REF5025，第二运算放大器芯片IC10采用德州仪器的精密运放芯片OPA376;
[0020]信号调理电路包括第三运算放大器芯片IC11、第二十五非极性电容C25、第二十六非极性电容C26、第二十七非极性电容C27、第十八电阻R18、第十九电阻R9、第二十电阻R20、 第二i^一电阻R21、第二十二电阻R22;[〇〇21]第十八电阻R18的一端、第十九电阻R19的一端接第三运算放大器芯片IC11的3脚； 第十九电阻R19的另一端作为传感器的电压输出端;第十八电阻R18的另一端接电压输出电路的+4.5V基准电压输出端;第二十电阻R20的一端接第三运算放大器芯片IC11的3脚，另一端接地;第三运算放大器芯片IC11的8脚与第二十五非极性电容C25的一端连接并接接输出电源电路的+5V电源输出端;第二十五非极性电容C25的另一端和第三运算放大器芯片IC11 的4脚接地;第二^^一电阻R21的一端接第三运算放大器芯片IC11的1脚、2脚;第二^^一电阻 R21的另一端和第二十二电阻R22的一端、第二十六非极性电容C26的一端相连接作为低通滤波电路的输入端;第二十二电阻R22的另一端、第二十七非极性电容C27的一端和第三运算放大器芯片IC11的5脚连接，第二十七非极性电容C27的另一端接地;第二十六非极性电容C26的另一端接第三运算放大器芯片IC11的6脚和7脚并作为输出端;第三运算放大器芯片IC11采用德州仪器公司的高精密运放芯片0PA2367和0PA376;[〇〇22]数模转换电路包括模数转换芯片IC12、第十九极性电容Cpl9、第二十极性电容 Cp20、第二^^一极性电容Cp21、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容C29、第三十非极性电容C30、第三^^一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32、第三十三非极性电容 C33、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30和第一晶振Y1;[〇〇23]第二十三电阻R23的一端、第十九极性电容Cpl9的正极、第二十八非极性电容C28 的一端、第二十九非极性电容C29的一端接模数转换芯片IC12的4脚，第二十三电阻R23的另一端接电源电路的+2.5V参考电压输出端，第二十四电阻R24的一端、第十九极性Cpl9的负极、第二十八非极性电容C28的另一端、第二十九非极性电容C29的另一端接模数转换芯片 IC12的3脚，第二十四电阻R24的另一端接地;模数转换芯片IC12的1脚、第二十极性电容 Cp20的正极和第三十非极性电容C30的一端接电源电路的+5V电源输出端，第二十极性电容 Cp20的负极和第三十非极性电容C30的另一端接地;模数转换芯片IC13的7脚、8脚、9脚、10 脚、11脚、12脚与信号调理电路的输出端连接;模数转换芯片IC12的5脚通过第二十五电阻 R25与电源电路的+2.5V参考电压输出端连接，模数转换芯片IC12的2脚接地;模数转换芯片 IC12的14脚、15脚、16脚、第三十三非极性电容C33的一端、第二^^一极性电容Cp21的正极接电源电路的+3.3V电源输出端，模数转换芯片IC13的17脚、第三十三非极性电容C33的另一端、第二i^一极性电容Cp21的负极接地;第一晶振Y1的一端和第三^^一非极性电容C31的一端接模数转换芯片IC12的19脚，第一晶振Y1的另一端和第三十二非极性电容C32的一端接模数转换芯片IC12的18脚，第三^^一非极性电容C31的另一端和第三十二非极性电容C32的另一端接地;第二十六电阻R26的一端接模数转换芯片IC12的24脚，第二十七电阻R27的一端接模数转换芯片IC12的23脚，第二十八电阻R28的一端接模数转换芯片IC12的22脚，第二十九电阻R29的一端接模数转换芯片IC12的21脚，第三十电阻R30的一端接模数转换芯片 IC13的20脚，第三十电阻R30的另一端接地，模数转换芯片IC13的6脚、13脚、25脚、26脚、27 脚、28脚架空;模数转换芯片IC13采用德州仪器公司的24位高精度模数转换芯片ADS1256; [〇〇24]数据传输电路包括多通道RS232线路驱动器/接收器IC13,第三十四非极性电容 C34、第三十五非极性电容C35、第三十六非极性电容C36、第三十七非极性电容C37、第三十八非极性电容C38;[〇〇25]多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的1脚与第三十四非极性电容C34的一端连接，3脚与第三十四非极性电容C34的另一端连接，4脚与第三十五非极性电容C35的一端连接、5脚与第三十五非极性电容C35的另一端连接，15脚直接接地，6脚通过第三十六非极性电容C36接地，2脚通过第三十七非极性电容C37接地，16脚与第三十八非极性电容C38的一端连接并接+3.3V输出电源电路的输出端，第三十八非极性电容C38的另一端接地，多通道 RS232线路驱动器/接收器IC13的11脚、12脚、13脚、14脚架空，多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的7脚与串口线的PC_RXD1端连接，多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的8脚与串口线的PC_TX1端相连接，多通道RS-232线路驱动器/接收器IC13采用德州仪器的MAX3232 芯片；[〇〇26]主控电路包括主控芯片IC14、第三十九非极性电容C39、第四十非极性电容C40、第四i^一非极性电容C41、第四十二非极性电容C42、第四十三非极性电容C43、第三^^一电阻 R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第二晶振Y2、第三晶振Y3、纽扣电池BT1、第二开关K2和发光二极管LED2;[〇〇27]第三十九非极性电容C39的一端和第二晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5脚，第四十非极性电容C40的一端和第二晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6脚，第三十九非极性电容C39的另一端和第四十非极性电容C40的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接主控芯片IC6的60脚，另一端接地;第三^^一电阻R31的一端、第四^^一非极性电容C41的一端、第二开关K2的一端接主控芯片1C 14的7脚，第三^^一电阻R31的另一端接电源电路的+3.3V电源输出端，第四十一非极性电容C41的另一端和第二开关K2的另一端相连后接地;主控芯片 IC14的1脚接纽扣电池BT1的正极，纽扣电池BT1的负极接地，主控芯片IC14的32脚、48脚、64 脚、19脚、13脚都接电源电路的+3.3V电源输出端，主控芯片IC14的31脚、47脚、63脚、18脚、 12脚都接地;主控芯片IC14的30脚通过第三十三电阻R33接发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极接地;第四十二非极性电容C42的一端、第三十四电阻R34的一端、第三晶振 Y3的一端接主控芯片IC15的3脚，第四十三非极性电容C43的一端、第三十四电阻R34的另一端、第三晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4脚，第四十二非极性电容C42的另一端和第四十三非极性电容C43的另一端连接后接地;主控芯片IC14的34脚接数模转换电路中第二十六电阻R26的另一端，35脚接数模转换电路中第二十八电阻R28的另一端，36脚接数模转换电路中第二十七电阻R27的另一端，38脚接数模转换电路中第二十九电阻R29的另一端;主控芯片IC14的20脚、21引脚、22引脚、23引脚分别为片上外设SPI1的吧3、30^、1030、1031引脚输出端，与TF卡的SPI总线连接，主控芯片IC14的15脚与多通道RS232线路驱动器/接收器 IC13的10脚连接，主控芯片IC14的16脚与多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的9脚连接； 主控芯片IC14采用意法半导体公司的STM32F103RCT6芯片。
[0028]本发明实现了一种磁性物质梯度的测量电路。利用了传感器的高分辨率，低功耗等特点。在电源分支中，前级电源采用DC/DC来增加电源的工作效率，后级电源利用线性电源来降低电源的纹波与噪声，为后续电路提供了稳定可靠，干净的电源。电路工作时，工作电流约为170mA，实现了低功耗。在传感器信号调理电路中，选择了极低噪声的运放芯片与高精度的模数转换芯片来提高测量电路的有效分辨率。【附图说明】
[0029]图1为本发明系统整体框图；
[0030]图2为电源电路的整体结构图；[〇〇31]图3为图2中的+12V输出电源电路的电路图；[〇〇32]图4为图2中的-12V输出电源电路的电路图；[〇〇33]图5为图2中的+6.5V缓冲电压电路的电路图；[〇〇34]图6为图2中的+5V输出电源电路的电路图；[〇〇35]图7为图2中的+3.3V输出电源电路的电路图；
[0036]图8为图2中的+4.5V输出基准电压的电路图；[〇〇37]图9为图2中的+2.5V基准电压电源电路的电路图；[〇〇38]图10为信号调理电路的电路图；[〇〇39]图11为数模转换电路的电路图；
[0040]图12为数据传输电路的电路图；
[0041]图13为主控电路的电路图。【具体实施方式】
[0042]如图1所示，一种磁性物质的测量电路，包括电源电路1、传感器信号采集电路n、 数据传输电路m、主控电路IV，其中传感器信号采集电路包括信号调理电路和数模转换电路。
[0043]如图2所示，图1中的电源电路I包括+13V输出电源电路1、-13V输出电源电路2、+ 6.5￥缓冲电压电路3、+3.3￥输出电源电路4、+5￥输出电源电路5、+4.5￥输出电源电路6、+ 2.5V基准电压电源电路7。电源电路负责提供正负13V电源给传感器M供电，并通过中间得到的+6.5V缓冲电压电路与线性电源电路得到纹波较小的5V和3.3V。其中5V给高精度模数转换器供电，后续产生的4.5V为信号调理电路提供高精度，低温漂的偏置电压。+2.5V基准电压电源电路为模数转换芯片提供稳定的基准电压。[〇〇44]如图3所示，+12V输出电源电路包括开关电源芯片IC1、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5、第一极性电容 Cpl、第二极性电容Cp2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一肖特基二极管D1、第一电感L1、第一贴片开关K1和第一接插件P1。
[0045]开关电源芯片IC1的7脚、第一非极性电容C1的一端、第二非极性电容C2的一端、第一极性电容Cpl的正极和第一肖特基二极管D1的阴极接+24的输入电压。第一肖特基二极管 D1的阳极和第一贴片开关K1的一端相连接，第一贴片开关K1的另一端与第一接插件P1的1 脚连接，第一接插件P1的2脚与第一极性电容Cp 1的负极连接并接地。开关电源芯片IC1的6 脚、9脚、第一非极性电容C1的另一端、第二非极性电容C2的另一端、第二电阻R2的一端、第二极性电容Cp2的负极、第四非极性电容C4的一端和第五非极性电容C5的一端都接地;开关电源芯片IC1的2脚，3脚，5脚都悬空。开关电源芯片IC1的1脚接第三非极性电容C3的一端。 开关电源芯片IC1的8脚、第三非极性电容C3的另一端、第二肖特基二极管D2的阴极接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端、第一电阻R1的一端、第二极性电容Cp2的正极、第四非极性电容C4的另一端、第五非极性电容C5的另一端接第三电阻R3的一端。第三电阻R3的另一端作为电压+12V的输出端。第二肖特基二极管D2的阳极接地。第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端连接并接开关电源芯片IC1的4脚。开关电源芯片IC1采用德州仪器公司的高稳定，低温漂电源芯片TPS5430。[〇〇46] 如图4所示，-12V输出电源电路包括开关电源芯片IC2,线性稳压器芯片IC3,第三极性电容Cp3,第四极性电容Cp4,第五极性电容Cp5,第六极性电容Cp6,第七极性电容Cp7， 第八极性电容Cp8,第九极性电容Cp9,第十极性电容CplO,第^^一极性电容Cpll，第六非极性电容C6,第七非极性电容C7,第八非极性电容C8,第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6， 第七电阻R7,第八电阻R8,第九电阻R9,第十电阻R10,第二电感L2和第三肖特基二极管D3。 [〇〇47]开关电源芯片IC2的2脚、第三极性电容Cp3的正极、第四极性电容Cp4的正极、第五极性电容Cp5的正极和第六极性电容Cp6的正极连接并接+24V输入，第三极性电容Cp3的负极接地。开关电源芯片IC2的1脚接第六非极性电容C6的一端。开关电源芯片IC2的3脚悬空。 开关电源芯片IC2的4脚接第四电阻R4的一端。第四极性电容Cp4的负极、第五极性电容Cp5 的负极和第六极性电容Cp6的负极、第四电阻R4的另一端、开关电源芯片IC2的7脚和9脚、第七非极性电容C7的一端、第八非极性电容C8的一端、第三肖特基二极管D3的阳极、第七电阻 R7的一端、第七极性电容Cp7的负极、第八极性电容Cp8的负极、第九极性电容Cp9的负极接第八电阻R8的一端。[0〇48]开关电源芯片IC2的5脚、第七电阻R7的另一端和第六电阻R6的一端相接。开关电源芯片IC2的6脚、第五电阻R5的一端和第八非极性电容C8的另一端相连接。第五电阻R5的另一端接第七非极性电容C7的另一端。开关电源芯片IC2的8脚、第六非极性电容C6的另一端、第三肖特基二极管D3的阴极和第二电感L2的一端相连接。第二电感L2的另一端、第六电阻R6的另一端、第七极性电容Cp7的正极、第八极性电容Cp8的正极和第九极性电容Cp9的正极接地。线性稳压器芯片IC3的2脚、第十极性电容CplO的负极接到第八电阻R8的另一端。线性稳压器芯片IC3的1脚、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端相连接。线性稳压器芯片 IC3的3脚、第九电阻R9的另一端和第^^一极性电容Cpll的负极接到-12V输出端。第十极性电容CplO的正极、第十电阻R10的另一端和第^^一极性电容Cpll的正极都接地。开关电源芯片IC2采用德州仪器公司电源芯片TPS54360,线性稳压器芯片IC3采用德州仪器公司电源芯片LM337。
[0049]如图5所示，+6.5V输出电源电路包括开关电源芯片IC4、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9、第十非极性电容C10、第^^一非极性电容C11、第十二非极性电容C12、第十二极性电容Cpl2、第^^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四肖特基二极管D4和第二电感L3。
[0050]开关电源芯片IC4的7脚、第八非极性电容C8的一端和第九非极性电容C9的一端接 +24的输入电压。开关电源芯片IC4的6脚、9脚、第八非极性电容C8的另一端、第九非极性电容C9的另一端、第十二极性电容Cpl2的负极、第十二电阻R12的一端、第^^一非极性电容C11 的一端和第十二非极性电容C12的一端都接地;开关电源芯片IC4的2脚，3脚，5脚都悬空。开关电源芯片IC4的1脚接第十非极性电容C10的一端。开关电源芯片IC4的8脚、第十非极性电容C10的另一端、第四肖特基二极管D4的阴极接第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端、 第i 电阻R11的一端、第十二极性电容Cpl2的正极、第^ 非极性电容Cl 1的一端、第十二非极性电容C12的一端接第十三电阻R13的一端。第十三电阻R13的另一端作为电压+6.5V的输出端。第四肖特基二极管D4的阳极接地。第十一电阻R11的另一端与第十二电阻R12的另一端连接并接开关电源芯片IC4的4脚。开关电源芯片IC4采用德州仪器公司的高稳定，低温漂电源芯片TPS5430。[〇〇511 如图6所示，+5V输出电源电路包括线性稳压器芯片IC5、第十三极性电容Cpl3、第十四极性电容Cpl4、第十五极性电容Cpl5、第十六极性电容Cpl6。开关电源芯片IC5的3脚、 第十三极性电容Cpl3的正极和第十四极性电容Cpl4的正极接到+6.5V的输出端。开关电源芯片IC5的2脚、第十五极性电容Cp 15的正极和第十六极性电容Cp 16的正极接到+V5的输出端，第十三极性电容Cp 13的负极、第十四极性电容Cp 14的负极、第十五极性电容Cp 15的负极、第十六极性电容Cp 16的负极接地，开关电源芯片IC5的1脚接地。线性稳压器芯片IC5采用凌特公司的电源芯片LT1085。[〇〇52] 如图7所示，+3.3V输出电源电路包括线性稳压器芯片IC6,第十七极性电容Cpl7， 第十八极性电容C18,第十三非极性电容C13,第十四非极性电容C14,第十四电阻R14和第十五电阻R15和第一发光二极管。[〇〇53]线性稳压器芯片IC6的3脚、第十七极性电容Cpl7的正极和第十三非极性电容C13 的一端接电源电路的+5V电源输出端。线性稳压器芯片IC6的1脚、第十七极性电容Cpl7的负极和第十三非极性电容C13的另一端都接地。线性稳压器芯片IC6的2脚、4脚、第十八极性电容Cpl8的正极、第十四非极性电容C14的一端和第十四电阻R14的一端接到一起并通过第十五电阻R15接到+3.3V基准电压输出端。第十四电阻R14的另一端接到第一发光二极管LED1 的阳极。第十八极性电容Cpl8的负极、第十四极性电容C14的另一端和第一发光二极管LED1 的阴极都接地。线性稳压器芯片IC6采用德州仪器公司的电源芯片AMS117-3.3。[〇〇54] 如图8所示，+4.5V基准电压电路包括第一基准电压芯片IC7,第一运算放大器芯片 IC8,第十五非极性电容C15,第十六非极性电容C16,第十七非极性电容C17,第十八非极性电容C18,第十九非极性电容C19,第十六电阻R4。[〇〇55]第一基准电压芯片IC7的2脚和第十五非极性电容C15的一端接电源电路的+5V电源输出端，第一基准电压芯片IC7的4脚和第十五非极性电容C15的另一端接地，第一基准电压芯片IC7的5脚通过第十六非极性电容C16接地，第一基准电压芯片IC7的6脚与第十六电阻R16的一端、第十七非极性电容C17的一端连接，第十七非极性电容C17的另一端接地;第十六电阻R16的另一端、第十八非极性电容C18的一端接第一运算放大器芯片IC8的3脚，第一运算放大器芯片IC8的2脚接地;第一运算放大器芯片IC8的5脚与第十九非极性电容C19 的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第十九非极性电容C19的另一端接地;第一运算放大器芯片IC8的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端，第一基准电压芯片IC7的1 脚、3脚、7脚、8脚架空。第一基准电压芯片IC7采用德州仪器的基准电压芯片REF5045,第一运算放大器芯片IC8采用德州仪器的精密运放芯片0PA376。
[0056] 如图9所示，+2.5V基准电压电路包括第二基准电压芯片IC9,第二运算放大器芯片 IC10,第二十非极性电容C20,第二^^一非极性电容C21，第二十二非极性电容C22,第二十三非极性电容C23,第二十四非极性电容C24和第十七电阻R17。[〇〇57] 第二基准电压芯片IC9的2脚和第二十非极性电容C20的一端接电源电路的+5V电源输出端，第二基准电压芯片IC9的4脚和第二十非极性电容C20的另一端接地，第二基准电压芯片IC9的5脚通过第二^^一非极性电容C21接地，第二基准电压芯片IC9的6脚和第十七电阻R17的一端、第二十二非极性电容C22的一端连接，第二十二非极性电容C22的另一端接地;第十七电阻R17的另一端、第二十三非极性电容C23的一端接第二运算放大器芯片IC6的 3脚，第二运算放大器芯片10的2脚接地;第二运算放大器芯片IC10的5脚与第二十四非极性电容C24的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第二十四非极性电容C24的另一端接地;第二运算放大器芯片IC10的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端，第一基准电压芯片IC9的1脚、3脚、7脚、8脚架空。第二基准电压芯片IC9采用德州仪器的基准电压芯片 REF5025,第二运算放大器芯片IC10采用德州仪器的精密运放芯片0PA376。[〇〇58]如图10所示，信号调理电路包括第三运算放大器芯片IC11、第二十五非极性电容 C25、第二十六非极性电容C26、第二十七非极性电容C27、第十八电阻R18、第十九电阻R9、第二十电阻R20、第二^^一电阻R21、第二十二电阻R22。[〇〇59]第十八电阻R18的一端、第十九电阻R19的一端接第三运算放大器芯片IC11的3脚。 第十九电阻R19的另一端作为传感器的电压输出端。第十八电阻R18的另一端接电压输出电路的+4.5V基准电压输出端。第二十电阻R20的一端接第三运算放大器芯片IC11的3脚，另一端接地。第三运算放大器芯片IC11的8脚与第二十五非极性电容C25的一端连接并接接输出电源电路的+5V电源输出端。第二十五非极性电容C25的另一端和第三运算放大器芯片IC11 的4脚接地。第二^^一电阻R21的一端接第三运算放大器芯片IC11的1脚、2脚。第二^^一电阻 R21的另一端和第二十二电阻R22的一端、第二十六非极性电容C26的一端相连接作为低通滤波电路的输入端。第二十二电阻R22的另一端、第二十七非极性电容C27的一端和第三运算放大器芯片IC11的5脚连接，第二十七非极性电容C27的另一端接地。第二十六非极性电容C26的另一端接第三运算放大器芯片IC11的6脚和7脚并作为输出端。第三运算放大器芯片IC11采用德州仪器公司的高精密运放芯片0PA2367和0PA376。[0060 ]传感器输出为模拟电压，输出电压范围为-5 V至5V。本电路选用的模数转换芯片可测量的模拟值范围为〇至5V。因此需要通过线性电路将[_5V，5V]转换成模数转换芯片可测量范围的[〇,5V]之内。设输出电压信号为Vin，模数转换器输入信号为Vo,设偏置电压为5V， 那么设计输入输出之间的关系为:Vo = 0.4*Vin+2。[0061 ]如图11所示，数模转换电路包括模数转换芯片IC12、第十九极性电容Cpl9、第二十极性电容Cp20、第二^^一极性电容Cp21、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容 C29、第三十非极性电容C30、第三^^一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32、第三十三非极性电容C33、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻 R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30和第一晶振Ylo[〇〇62]第二十三电阻R23的一端、第十九极性电容Cpl9的正极、第二十八非极性电容C28 的一端、第二十九非极性电容C29的一端接模数转换芯片IC12的4脚，第二十三电阻R23的另一端接电源电路的+2.5V参考电压输出端，第二十四电阻R24的一端、第十九极性Cpl9的负极、第二十八非极性电容C28的另一端、第二十九非极性电容C29的另一端接模数转换芯片 IC12的3脚，第二十四电阻R24的另一端接地;模数转换芯片IC12的1脚、第二十极性电容 Cp20的正极和第三十非极性电容C30的一端接电源电路的+5V电源输出端，第二十极性电容 Cp20的负极和第三十非极性电容C30的另一端接地;模数转换芯片IC13的7脚、8脚、9脚、10 脚、11脚、12脚与信号调理电路的输出端连接;模数转换芯片IC12的5脚通过第二十五电阻 R25与电源电路的+2.5V参考电压输出端连接，模数转换芯片IC12的2脚接地;模数转换芯片 IC12的14脚、15脚、16脚、第三十三非极性电容C33的一端、第二^^一极性电容Cp21的正极接电源电路的+3.3V电源输出端，模数转换芯片IC13的17脚、第三十三非极性电容C33的另一端、第二i^一极性电容Cp21的负极接地;第一晶振Y1的一端和第三^^一非极性电容C31的一端接模数转换芯片IC12的19脚，第一晶振Y1的另一端和第三十二非极性电容C32的一端接模数转换芯片IC12的18脚，第三^^一非极性电容C31的另一端和第三十二非极性电容C32的另一端接地;第二十六电阻R26的一端接模数转换芯片IC12的24脚，第二十七电阻R27的一端接模数转换芯片IC12的23脚，第二十八电阻R28的一端接模数转换芯片IC12的22脚，第二十九电阻R29的一端接模数转换芯片IC12的21脚，第三十电阻R30的一端接模数转换芯片 IC13的20脚，第三十电阻R30的另一端接地，模数转换芯片IC13的6脚、13脚、25脚、26脚、27 脚、28脚架空;模数转换芯片IC13采用德州仪器公司的24位高精度模数转换芯片ADS1256。 [〇〇63]如图12所示，数据传输电路包括多通道RS232线路驱动器/接收器IC13,第三十四非极性电容C34、第三十五非极性电容C35、第三十六非极性电容C36、第三十七非极性电容 C37、第三十八非极性电容C38。[〇〇64]多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的1脚与第三十四非极性电容C34的一端连接，3脚与第三十四非极性电容C34的另一端连接，4脚与第三十五非极性电容C35的一端连接、5脚与第三十五非极性电容C35的另一端连接，15脚直接接地，6脚通过第三十六非极性电容C36接地，2脚通过第三十七非极性电容C37接地，16脚与第三十八非极性电容C38的一端连接并接+3.3V输出电源电路的输出端，第三十八非极性电容C38的另一端接地，多通道 RS232线路驱动器/接收器IC13的11脚、12脚、13脚、14脚架空，多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的7脚与串口线的PC_RXD1端连接，多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的8脚与串口线的PC_TX1端相连接，多通道RS-232线路驱动器/接收器IC13采用德州仪器的MAX3232 芯片。[〇〇65]如图13所示，主控电路包括主控芯片IC14、第三十九非极性电容C39、第四十非极性电容C40、第四^^一非极性电容C41、第四十二非极性电容C42、第四十三非极性电容C43、 第三i^一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第二晶振Y2、第三晶振Y3、纽扣电池BT1、第二开关K2和发光二极管LED2。[〇〇66]第三十九非极性电容C39的一端和第二晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5脚，第四十非极性电容C40的一端和第二晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6脚，第三十九非极性电容C39的另一端和第四十非极性电容C40的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接主控芯片IC6的60脚，另一端接地;第三^^一电阻R31的一端、第四^^一非极性电容C41的一端、第二开关K2的一端接主控芯片1C 14的7脚，第三^^一电阻R31的另一端接电源电路的+3.3V电源输出端，第四十一非极性电容C41的另一端和第二开关K2的另一端相连后接地;主控芯片 IC14的1脚接纽扣电池BT1的正极，纽扣电池BT1的负极接地，主控芯片IC14的32脚、48脚、64 脚、19脚、13脚都接电源电路的+3.3V电源输出端，主控芯片IC14的31脚、47脚、63脚、18脚、 12脚都接地;主控芯片IC14的30脚通过第三十三电阻R33接发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极接地;第四十二非极性电容C42的一端、第三十四电阻R34的一端、第三晶振 Y3的一端接主控芯片IC15的3脚，第四十三非极性电容C43的一端、第三十四电阻R34的另一端、第三晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4脚，第四十二非极性电容C42的另一端和第四十三非极性电容C43的另一端连接后接地;主控芯片IC14的34脚接数模转换电路中第二十六电阻R26的另一端，35脚接数模转换电路中第二十八电阻R28的另一端，36脚接数模转换电路中第二十七电阻R27的另一端，38脚接数模转换电路中第二十九电阻R29的另一端;主控芯片IC14的20脚、21引脚、22引脚、23引脚分别为片上外设SPI1的吧3、30^、1030、1031引脚输出端，与TF卡的SPI总线连接，主控芯片IC14的15脚与多通道RS232线路驱动器/接收器 IC13的10脚连接，主控芯片IC14的16脚与多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的9脚连接； 主控芯片IC14采用意法半导体公司的STM32F103RCT6芯片。
[0067]由于传感器将测得的信号转化成电压信号输出，电压范围在[_5V，5V]之间，而市面上的模数转换芯片输入电压范围为[〇,5V]，因此设计了信号调理电路实现将传感器输出电压值转换成芯片可接受的电压值并进行信号滤波。主控单元通过SPI总线与模数转换芯片通信。主控单元将数字量换算成模拟量，计算出这些模拟量下对应的三分量磁力梯度值。 一方面，主控单元将实时磁力梯度值存储在TF卡中。另一方面，主控单元主动将实时梯度值通过串口发送至客户端显示。
[0068]本发明所涉及的电路可装入高压密封舱中，密封舱可搭载在无磁的水下运动载体，可以搭载在无人机上，还可以投放到海底的观测网中。电路可测量近磁场的三分量磁力梯度值，为磁性目标的判定、勘探矿藏、磁异常成图提供可能。
【主权项】
1.一种三分量磁力梯度仪的测量电路，包括电源电路、传感器信号采集电路、数据传输 电路和主控电路，其中传感器信号采集电路包括信号调理电路和数模转换电路；其特征在于:所述的电源电路包括+13V输出电源电路、-13V输出电源电路、+6.5V缓冲 电压电路、+3.3V输出电源电路、+5V输出电源电路、+4.5V输出电源电路、+2.5V基准电压电 源电路；电源电路负责提供正负13V电源给传感器供电，并通过中间得到的+6.5V缓冲电压 电路与线性电源电路得到纹波较小的5V和3.3V;其中5V给高精度模数转换器供电，后续产 生的4.5V为信号调理电路提供高精度，低温漂的偏置电压;+2.5V基准电压电源电路为模数 转换芯片提供稳定的基准电压；+ 12V输出电源电路包括开关电源芯片IC1、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第 三非极性电容C3、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5、第一极性电容Cpl、第二极性电容 Cp2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一肖特基二极管D1、第一电感L1、第一贴片开 关K1和第一接插件P1;开关电源芯片IC1的7脚、第一非极性电容C1的一端、第二非极性电容C2的一端、第一极 性电容Cpl的正极和第一肖特基二极管D1的阴极接+24的输入电压;第一肖特基二极管D1的 阳极和第一贴片开关K1的一端相连接，第一贴片开关K1的另一端与第一接插件P1的1脚连 接，第一接插件P1的2脚与第一极性电容Cpl的负极连接并接地;开关电源芯片IC1的6脚、9 脚、第一非极性电容C1的另一端、第二非极性电容C2的另一端、第二电阻R2的一端、第二极 性电容Cp2的负极、第四非极性电容C4的一端和第五非极性电容C5的一端都接地;开关电源 芯片IC1的2脚，3脚，5脚都悬空;开关电源芯片IC1的1脚接第三非极性电容C3的一端;开关 电源芯片IC1的8脚、第三非极性电容C3的另一端、第二肖特基二极管D2的阴极接第一电感 L1的一端，第一电感L1的另一端、第一电阻R1的一端、第二极性电容Cp2的正极、第四非极性 电容C4的另一端、第五非极性电容C5的另一端接第三电阻R3的一端;第三电阻R3的另一端 作为电压+12V的输出端;第二肖特基二极管D2的阳极接地;第一电阻R1的另一端、第二电阻 R2的另一端连接并接开关电源芯片IC1的4脚;开关电源芯片IC1采用德州仪器公司的高稳 定，低温漂电源芯片TPS5430;-12V输出电源电路包括开关电源芯片IC2，线性稳压器芯片IC3，第三极性电容Cp3，第 四极性电容Cp4,第五极性电容Cp5,第六极性电容Cp6,第七极性电容Cp7,第八极性电容 Cp8,第九极性电容Cp9,第十极性电容CplO,第^^一极性电容Cpl 1，第六非极性电容C6,第七 非极性电容C7,第八非极性电容C8,第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6,第七电阻R7,第 八电阻R8,第九电阻R9,第十电阻R10,第二电感L2和第三肖特基二极管D3;开关电源芯片IC2的2脚、第三极性电容Cp3的正极、第四极性电容Cp4的正极、第五极性 电容Cp5的正极和第六极性电容Cp6的正极连接并接+24V输入，第三极性电容Cp3的负极接 地;开关电源芯片IC2的1脚接第六非极性电容C6的一端;开关电源芯片IC2的3脚悬空;开关 电源芯片IC2的4脚接第四电阻R4的一端;第四极性电容Cp4的负极、第五极性电容Cp5的负 极和第六极性电容Cp6的负极、第四电阻R4的另一端、开关电源芯片IC2的7脚和9脚、第七非 极性电容C7的一端、第八非极性电容C8的一端、第三肖特基二极管D3的阳极、第七电阻R7的 一端、第七极性电容Cp7的负极、第八极性电容Cp8的负极、第九极性电容Cp9的负极接第八 电阻R8的一端；开关电源芯片IC2的5脚、第七电阻R7的另一端和第六电阻R6的一端相接;开关电源芯片IC2的6脚、第五电阻R5的一端和第八非极性电容C8的另一端相连接;第五电阻R5的另一 端接第七非极性电容C7的另一端;开关电源芯片IC2的8脚、第六非极性电容C6的另一端、第 三肖特基二极管D3的阴极和第二电感L2的一端相连接;第二电感L2的另一端、第六电阻R6 的另一端、第七极性电容Cp7的正极、第八极性电容Cp8的正极和第九极性电容Cp9的正极接 地;线性稳压器芯片IC3的2脚、第十极性电容CplO的负极接到第八电阻R8的另一端;线性稳 压器芯片IC3的1脚、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端相连接;线性稳压器芯片IC3 的3脚、第九电阻R9的另一端和第^^一极性电容Cp 11的负极接到-12V输出端;第十极性电容 CplO的正极、第十电阻R10的另一端和第十一极性电容Cpll的正极都接地;开关电源芯片 IC2采用德州仪器公司电源芯片TPS54360,线性稳压器芯片IC3采用德州仪器公司电源芯片 LM337；+6.5V输出电源电路包括开关电源芯片IC4、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9、第 十非极性电容C10、第^^一非极性电容C11、第十二非极性电容C12、第十二极性电容Cpl2、第 i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四肖特基二极管D4和第三电感L3;开关电源芯片IC4的7脚、第八非极性电容C8的一端和第九非极性电容C9的一端接+24 的输入电压;开关电源芯片IC4的6脚、9脚、第八非极性电容C8的另一端、第九非极性电容C9 的另一端、第十二极性电容Cpl2的负极、第十二电阻R12的一端、第^^一非极性电容C11的一 端和第十二非极性电容C12的一端都接地;开关电源芯片IC4的2脚，3脚，5脚都悬空;开关电 源芯片IC4的1脚接第十非极性电容C10的一端;开关电源芯片IC4的8脚、第十非极性电容 C10的另一端、第四肖特基二极管D4的阴极接第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端、第 i 电阻R11的一端、第十二极性电容Cpl2的正极、第^ 非极性电容Cl 1的一端、第十二非 极性电容C12的一端接第十三电阻R13的一端;第十三电阻R13的另一端作为电压+6.5V的输 出端;第四肖特基二极管D4的阳极接地;第十一电阻R11的另一端与第十二电阻R12的另一 端连接并接开关电源芯片IC4的4脚;开关电源芯片IC4采用德州仪器公司的高稳定，低温漂 电源芯片TPS5430;+5V输出电源电路包括线性稳压器芯片IC5、第十三极性电容Cp 13、第十四极性电容 Cpl4、第十五极性电容Cpl5、第十六极性电容Cpl6;开关电源芯片IC5的3脚、第十三极性电 容Cp 13的正极和第十四极性电容Cp 14的正极接到+6.5V的输出端;开关电源芯片IC5的2脚、 第十五极性电容Cpl5的正极和第十六极性电容Cpl6的正极接到+V5的输出端，第十三极性 电容Cp 13的负极、第十四极性电容Cp 14的负极、第十五极性电容Cp 15的负极、第十六极性电 容Cpl6的负极接地，开关电源芯片IC5的1脚接地;线性稳压器芯片IC5采用凌特公司的电源 芯片 LT1085;+3.3V输出电源电路包括线性稳压器芯片IC6,第十七极性电容Cpl7,第十八极性电容 C18,第十三非极性电容C13,第十四非极性电容C14,第十四电阻R14和第十五电阻R15和第一发光二极管；线性稳压器芯片IC6的3脚、第十七极性电容Cpl7的正极和第十三非极性电容C13的一 端接电源电路的+5V电源输出端;线性稳压器芯片IC6的1脚、第十七极性电容Cpl7的负极和 第十三非极性电容C13的另一端都接地;线性稳压器芯片IC6的2脚、4脚、第十八极性电容 Cpl8的正极、第十四非极性电容C14的一端和第十四电阻R14的一端接到一起并通过第十五 电阻R15接到+3.3V基准电压输出端;第十四电阻R14的另一端接到第一发光二极管LED1的阳极;第十八极性电容Cpl8的负极、第十四极性电容C14的另一端和第一发光二极管LED1的 阴极都接地;线性稳压器芯片IC6采用德州仪器公司的电源芯片AMS117-3.3;+4.5V基准电压电路包括第一基准电压芯片IC7,第一运算放大器芯片IC8,第十五非极 性电容C15,第十六非极性电容C16,第十七非极性电容C17,第十八非极性电容C18,第十九 非极性电容C19,第十六电阻R4;第一基准电压芯片IC7的2脚和第十五非极性电容C15的一端接电源电路的+5V电源输 出端，第一基准电压芯片IC7的4脚和第十五非极性电容C15的另一端接地，第一基准电压芯 片IC7的5脚通过第十六非极性电容C16接地，第一基准电压芯片IC7的6脚与第十六电阻R16 的一端、第十七非极性电容C17的一端连接，第十七非极性电容C17的另一端接地;第十六电 阻R16的另一端、第十八非极性电容C18的一端接第一运算放大器芯片IC8的3脚，第一运算 放大器芯片IC8的2脚接地;第一运算放大器芯片IC8的5脚与第十九非极性电容C19的一端 连接后接电源电路的+5V电源输出端，第十九非极性电容C19的另一端接地;第一运算放大 器芯片IC8的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端，第一基准电压芯片IC7的1脚、3脚、 7脚、8脚架空;第一基准电压芯片IC7采用德州仪器的基准电压芯片REF5045,第一运算放大 器芯片IC8采用德州仪器的精密运放芯片0PA376;+2.5V基准电压电路包括第二基准电压芯片IC9,第二运算放大器芯片IC10,第二十非 极性电容C20,第二^^一非极性电容C21，第二十二非极性电容C22,第二十三非极性电容 C23,第二十四非极性电容C24和第十七电阻R17;第二基准电压芯片IC9的2脚和第二十非极性电容C20的一端接电源电路的+5V电源输 出端，第二基准电压芯片IC9的4脚和第二十非极性电容C20的另一端接地，第二基准电压芯 片IC9的5脚通过第二^^一非极性电容C21接地，第二基准电压芯片IC9的6脚和第十七电阻 R17的一端、第二十二非极性电容C22的一端连接，第二十二非极性电容C22的另一端接地； 第十七电阻R17的另一端、第二十三非极性电容C23的一端接第二运算放大器芯片IC6的3 脚，第二运算放大器芯片10的2脚接地;第二运算放大器芯片IC10的5脚与第二十四非极性 电容C24的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第二十四非极性电容C24的另一端接 地;第二运算放大器芯片IC10的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端，第一基准电压 芯片IC9的1脚、3脚、7脚、8脚架空；第二基准电压芯片IC9采用德州仪器的基准电压芯片 REF5025，第二运算放大器芯片IC10采用德州仪器的精密运放芯片OPA376;信号调理电路包括第三运算放大器芯片IC11、第二十五非极性电容C25、第二十六非极 性电容C26、第二十七非极性电容C27、第十八电阻R18、第十九电阻R9、第二十电阻R20、第二 i^一电阻R21、第二十二电阻R22;第十八电阻R18的一端、第十九电阻R19的一端接第三运算放大器芯片IC11的3脚;第十 九电阻R19的另一端作为传感器的电压输出端;第十八电阻R18的另一端接电压输出电路的 +4.5V基准电压输出端;第二十电阻R20的一端接第三运算放大器芯片IC11的3脚，另一端接 地;第三运算放大器芯片IC11的8脚与第二十五非极性电容C25的一端连接并接接输出电源 电路的+5V电源输出端；第二十五非极性电容C25的另一端和第三运算放大器芯片IC11的4 脚接地;第二i^一电阻R21的一端接第三运算放大器芯片IC11的1脚、2脚;第二^^一电阻R21 的另一端和第二十二电阻R22的一端、第二十六非极性电容C26的一端相连接作为低通滤波 电路的输入端;第二十二电阻R22的另一端、第二十七非极性电容C27的一端和第三运算放大器芯片IC11的5脚连接，第二十七非极性电容C27的另一端接地;第二十六非极性电容C26 的另一端接第三运算放大器芯片IC11的6脚和7脚并作为输出端;第三运算放大器芯片IC11 采用德州仪器公司的高精密运放芯片0PA2367和0PA376;数模转换电路包括模数转换芯片IC12、第十九极性电容Cpl9、第二十极性电容Cp20、第 二i^一极性电容Cp21、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容C29、第三十非极性电 容C30、第三^^一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32、第三十三非极性电容C33、第二 十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、 第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30和第一晶振Y1;第二十三电阻R23的一端、第十九极性电容Cpl9的正极、第二十八非极性电容C28的一 端、第二十九非极性电容C29的一端接模数转换芯片IC12的4脚，第二十三电阻R23的另一端 接电源电路的+2.5V参考电压输出端，第二十四电阻R24的一端、第十九极性Cpl9的负极、第 二十八非极性电容C28的另一端、第二十九非极性电容C29的另一端接模数转换芯片IC12的 3脚，第二十四电阻R24的另一端接地;模数转换芯片IC12的1脚、第二十极性电容Cp20的正 极和第三十非极性电容C30的一端接电源电路的+5V电源输出端，第二十极性电容Cp20的负 极和第三十非极性电容C30的另一端接地;模数转换芯片IC13的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、 12脚与信号调理电路的输出端连接;模数转换芯片IC12的5脚通过第二十五电阻R25与电源 电路的+2.5V参考电压输出端连接，模数转换芯片IC12的2脚接地;模数转换芯片IC12的14 脚、15脚、16脚、第三十三非极性电容C33的一端、第二^^一极性电容Cp21的正极接电源电路 的+3.3V电源输出端，模数转换芯片IC13的17脚、第三十三非极性电容C33的另一端、第二十 一极性电容Cp21的负极接地;第一晶振Y1的一端和第三^^一非极性电容C31的一端接模数 转换芯片IC12的19脚，第一晶振Y1的另一端和第三十二非极性电容C32的一端接模数转换 芯片IC12的18脚，第三^^一非极性电容C31的另一端和第三十二非极性电容C32的另一端接 地;第二十六电阻R26的一端接模数转换芯片IC12的24脚，第二十七电阻R27的一端接模数 转换芯片IC12的23脚，第二十八电阻R28的一端接模数转换芯片IC12的22脚，第二十九电阻 R29的一端接模数转换芯片IC12的21脚，第三十电阻R30的一端接模数转换芯片IC13的20 脚，第三十电阻R30的另一端接地，模数转换芯片IC13的6脚、13脚、25脚、26脚、27脚、28脚架 空;模数转换芯片IC13采用德州仪器公司的24位高精度模数转换芯片ADS1256;数据传输电路包括多通道RS232线路驱动器/接收器IC13,第三十四非极性电容C34、第 三十五非极性电容C35、第三十六非极性电容C36、第三十七非极性电容C37、第三十八非极 性电容C38;多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的1脚与第三十四非极性电容C34的一端连接，3 脚与第三十四非极性电容C34的另一端连接，4脚与第三十五非极性电容C35的一端连接、5 脚与第三十五非极性电容C35的另一端连接，15脚直接接地，6脚通过第三十六非极性电容 C36接地，2脚通过第三十七非极性电容C37接地，16脚与第三十八非极性电容C38的一端连 接并接+3.3V输出电源电路的输出端，第三十八非极性电容C38的另一端接地，多通道RS232 线路驱动器/接收器IC13的11脚、12脚、13脚、14脚架空，多通道RS232线路驱动器/接收器 IC13的7脚与串口线的PC_RXD1端连接，多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的8脚与串口 线的PC_TX1端相连接，多通道RS-232线路驱动器/接收器IC13采用德州仪器的MAX3232芯 片；主控电路包括主控芯片IC14、第三十九非极性电容C39、第四十非极性电容C40、第四十 一非极性电容C41、第四十二非极性电容C42、第四十三非极性电容C43、第三^^一电阻R31、 第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第二晶振Y2、第三晶振Y3、纽扣电 池BT1、第二开关K2和发光二极管LED2;第三十九非极性电容C39的一端和第二晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5脚，第四十非 极性电容C40的一端和第二晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6脚，第三十九非极性电容 C39的另一端和第四十非极性电容C40的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接主控芯片 IC6的60脚，另一端接地;第三^ 电阻R31的一端、第四^ 非极性电容C41的一端、第二开 关K2的一端接主控芯片IC14的7脚，第三^^一电阻R31的另一端接电源电路的+3.3 V电源输 出端，第四十一非极性电容C41的另一端和第二开关K2的另一端相连后接地;主控芯片IC14 的1脚接纽扣电池BT1的正极，纽扣电池BT1的负极接地，主控芯片IC14的32脚、48脚、64脚、 19脚、13脚都接电源电路的+3.3V电源输出端，主控芯片IC14的31脚、47脚、63脚、18脚、12脚 都接地;主控芯片IC14的30脚通过第三十三电阻R33接发光二极管LED2的正极，发光二极管 LED2的负极接地;第四十二非极性电容C42的一端、第三十四电阻R34的一端、第三晶振Y3的 一端接主控芯片IC15的3脚，第四十三非极性电容C43的一端、第三十四电阻R34的另一端、 第三晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4脚，第四十二非极性电容C42的另一端和第四十三 非极性电容C43的另一端连接后接地;主控芯片IC14的34脚接数模转换电路中第二十六电 阻R26的另一端，35脚接数模转换电路中第二十八电阻R28的另一端，36脚接数模转换电路 中第二十七电阻R27的另一端，38脚接数模转换电路中第二十九电阻R29的另一端;主控芯 片IC14的20脚、21引脚、22引脚、23引脚分别为片上外设SPI1的吧3、30^』130』031引脚输 出端，与TF卡的SPI总线连接，主控芯片IC14的15脚与多通道RS232线路驱动器/接收器IC13 的10脚连接，主控芯片IC14的16脚与多通道RS232线路驱动器/接收器IC13的9脚连接;主控 芯片IC14采用意法半导体公司的STM32F103RCT6芯片。
【文档编号】G01R33/022GK106093807SQ201610645310
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月8日 公开号201610645310.8, CN 106093807 A, CN 106093807A, CN 201610645310, CN-A-106093807, CN106093807 A, CN106093807A, CN201610645310, CN201610645310.8
【发明人】章雪挺, 夏冰, 王周, 张明, 陶维涛
【申请人】杭州电子科技大学