无缆存储式地震仪低功耗电源管理系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种地球物理勘探电源管理系统及管理方法，尤其是一种无缆存储式地震仪低功耗电源管理模块及管理方法，特别是适用于野外长时间工作的基于GSM、GPRS以及北斗等通信技术的远程无缆存储式地震仪低功耗电源管理方法。
【背景技术】
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[0002]地震勘探是地球物理勘探中一种重要的方法，地震仪作为地震勘探中的数据采集系统，广泛应用于地下资源勘探如油气资源、金属矿等，以及测井系统等工程应用中。当前地震仪主要有三类:有线遥测地震仪，无缆存储式地震仪和无线遥测地震仪。其中有线遥测地震仪在当前地质勘探中占据主导地位，并占据了地震仪市场的绝大多数份额。常用的有线遥测地震仪主要有美国1N公司的System IV、Scorp1n和Aries II系统，法国Sercel公司的408/428系列以及德国DMT公司的Summit系统等。使用有线遥测地震仪进行数据采集回收，大量的电缆大大增加了地震仪的运输成本，排列布线需要大量人工，尤其在复杂的山区地带，增加了人力成本，并且在复杂的野外环境中，电缆极易损坏，排查维修工作冗杂，同时也限制了采集道数的增加。无缆存储式地震仪由于摒弃了大量的电缆，运输成本和人力成本大大降低，提高了施工效率，同时由于不存在电缆损坏的问题，大大减少了排查故障的时间和工作量，近年来得到了快速的发展。
[0003]无缆存储式地震仪摒弃了大量的电缆，提高了施工效率，但也导致其无法采用外部电源供电。当前无缆存储式地震仪采集站主要采用锂电池供电，这就引入了如何降低系统功耗，提高电池使用效率的问题。而由于无缆地震仪各采集站数据采集的同步化是通过GPS接收机定位模块实现的，GPS接收机的功耗较大，且系统作长时间记录时，为减小累积时钟误差对数据同步质量的影响，采用恒温晶振取代普通晶振，而恒温晶振的功耗也比普通晶振大得多，这直接导致了无缆地震仪单个采集站功耗比普通遥测地震仪采集站功耗大得多。除此之外，为了实现对地震仪工作状态的实时监控，提高地震仪采集的数据质量，无缆存储式地震仪引入了 GPRS模块、北斗模块以及W1-Fi模块等，通过不同条件下运用不同通信技术对地震仪进行实时监控，实现了全方位覆盖，保证在恶劣条件下也可以实现地震仪的可测可控，但引入的模块也大大增加了地震仪的功耗大小，因此研宄如何降低无缆存储式地震仪的系统功耗具有很大的必要性。
[0004]同时在野外进行实验时，无缆存储式地震仪只需在较短的施工阶段处于正常工作状态，即处于采集状态，此时功耗最大；当处于长时间的停止施工阶段，地震仪不需采集数据，此时控制地震仪进入低功耗模式或关机状态可以大大降低无缆地震仪的系统功耗，提高电池的使用效率。而在进行野外采集实验时，往往需要大量的无缆存储式地震仪采集站排列布置在大面积区域内，而通过人工逐个手动控制地震仪开关机来实现降低采集站功耗的目的是不现实的，因此引入一种远程控制地震仪实现低功耗的方法是十分必要的。
[0005]杨泓渊等在《电测与仪表》2009年第01期总第46卷第517期中公开了《无缆遥测地震仪采集站的低功耗设计》，文中选用低功耗元器件进行硬件电路设计和优化软件设计两方面入手来降低地震仪采集站功耗，以ARM为动态功耗管理的主控中心，虽然能从一定程度上降低地震仪采集站的功耗，但ARM功耗远大于MSP430单片机功耗；该设计未使用远程通信方式实现地震仪采集站低功耗，当有数百台地震仪在野外大面积区域工作时，其实用性必然受到一定程度的限制。
【发明内容】
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[0006]本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足提供一种适用于野外长时间工作，基于GSM、GPRS、北斗等通信技术的无缆存储式地震仪低功耗电源管理模块；
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]无缆存储式地震仪低功耗电源管理系统，包括由北斗上位机4、手持终端2或GPRS网络服务器3通过GSM基站或北斗卫星与地面无线连接的无缆存储式地震仪采集站1-1、
米集站1-2、米集站1_3......米集站1-η组成，其特征在于，无缆存储式地震仪米集站内设有的低功耗电源管理模块，是由电源5经开关电路7分别连接北斗模块10、主控单元12、GPRS模块9、采集单元13和GPS定位单元14，电源5经电压转换电路6与单片机8连接，单片机8经单刀双掷模拟开关11分别连接GPRS模块9和主控单元12，单片机8经单刀双掷模拟开关11分别连接北斗模块10和主控单元12，主控单元12分别连接采集单元13和GPS定位单元14，单片机8控制开关电路7构成。
[0009]有益效果:模块控制中心采用MSP430系列单片机，该单片机电流小于luA，功耗大小远远小于地震仪主控单元、采集单元以及GPS定位单元的功耗之和。当无缆地震仪处于低功耗状态下其功耗大小远小于正常工作状态下的功耗大小，功耗相差可达两个数量级以上。解决了在大面积区域内，对较多数量地震仪实现低功耗的难题。大大提高了野外实用性。
【附图说明】
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[0010]图1为无缆存储式地震仪低功耗电源管理模块及管理方法网络结构图
[0011]图2为采集站1-1?1-η内的电源管理模块结构框图
[0012]图3为附图2中开关电路7电路图
[0013]图4为电源管理方法流程图
[0014]1-1?1-η采集站，2手持终端，3GPRS网络服务器，4北斗上位机，5电源，6电压转换电路，7开关电路，8MSP430单片机，9GPRS模块，10北斗模块，11模拟开关，12主控单元，13采集单元，14GPS定位单元。
【具体实施方式】
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[0015]下面结合附图和实施例对发明做进一步的详细说明:
[0016]无缆存储式地震仪低功耗电源管理系统，包括由北斗上位机4、手持终端2或GPRS网络服务器3通过GSM基站或北斗卫星与地面无线连接的无缆存储式地震仪采集站1-1、
米集站1-2、米集站1_3......米集站1-η组成，其特征在于，无缆存储式地震仪米集站内设有的低功耗电源管理模块，是由电源5经开关电路7分别连接北斗模块10、主控单元12、GPRS模块9、采集单元13和GPS定位单元14，电源5经电压转换电路6与单片机8连接，单片机8经单刀双掷模拟开关11分别连接GPRS模块9和主控单元12，单片机8经单刀双掷模拟开关11分别连接北斗模块10和主控单元12，主控单元12分别连接采集单元13和GPS定位单元14，单片机8控制开关电路7构成。
[0017]电源5可提供12V、3.3V、±2.5V等不同电压，用于为整个地震仪采集站供电；
[0018]电压转换电路6将电源提供的12V电压转换为MSP430单片机8所需的工作电压；
[0019]开关电路7由场效应管构成，用于控制GPRS模块9、北斗模块10、主控单元12、采集单元13以及GPS定位单元14通断电，受MSP430单片机8控制；
[0020]MSP430单片机8为除主控单元12之外的第二控制器，用于识别手持终端、GPRS网络服务器或北斗上位机开关机指令，控制开关电路7实现控制GPRS模块9、北斗模块10、主控单元12、采集单元13以及GPS定位单元14通断电，以此来实现地震仪的低功耗；
[0021]GPRS模块9用来接收手持终端2或GPRS网络服务器3指令，通过串口通信将指令发送给MSP430单片机8以及采集站主控单元12，同时还可将地震仪采集站的状态反馈到手持终端2或GPRS网络服务器3，该模块适用于城市郊区覆盖有GSM基站的通信；
[0022]北斗模块10用来接收北斗上位机4指令，其功能与GPRS模块9相同，适用于偏远山区或荒原地区的通信；
[0023]单刀双掷模拟开关11用于控制GPRS模块9或北斗模块10的接收串口 Rx与MSP430单片机8发送串口 Tx或与采集站主控单元12发送串口 Tx接通，由MSP430单片机8控制；
[0024]主控单元12是ARM系列的CPU，负责任务调度和运行管理、控制、通信等工作；
[0025]采集单元13是以FPGA为核心的地震数据采集系统，还包括滤波电路、模拟开关、前置放大电路等一系列已知的信号调理电路；
[0026]GPS定位单元14主要用于记录GPS定位数据，实现地震仪采集站位置和高程的静态定位，同时还用于查询世界协调时间，精确定时，确定采集触发时刻。
【主权项】
1.一种无缆存储式地震仪低功耗电源管理系统，包括由北斗上位机(4)、手持终端(2)或GPRS网络服务器(3)通过GSM基站或北斗卫星与地面无线连接的无缆存储式地震仪采集站1-1、米集站1-2、米集站1_3......米集站1-η组成，其特征在于，无缆存储式地震仪米集站1-1?1-η内设有的低功耗电源管理模块，是由电源(5)经开关电路(7)分别连接北斗模块(10)、主控单元(12) ,GPRS模块(9)、采集单元(13)和GPS定位单元(14)，电源(5)经电压转换电路(6)与单片机(8)连接，单片机(8)经模拟开关(11)分别连接GPRS模块(9)和主控单元(12)，单片机(8)经模拟开关(11)分别连接北斗模块(10)和主控单元(12)，主控单元(12)分别连接采集单元(13)和GPS定位单元(14)，单片机(8)与开关电路(7)连接构成。
【专利摘要】本实用新型涉及一种无缆存储式地震仪低功耗电源管理系统，采集站内预置的低功耗电源管理模块是由电源经开关电路分别连接单片机、北斗模块、采集单元、GPS定位单元，单片机经模拟开关分别连接GPRS模块和主控单元，北斗模块经模拟开关分别连接单片机和主控单元，主控单元分别连接采集单元和GPS定位单元，电源经电压转换电路与单片机连接构成。解决了在大面积区域内对较多地震仪低功耗控制的难题。
【IPC分类】H04W84-18, H04L29-06, G01V1-20, G01R31-40
【公开号】CN204331048
【申请号】CN201420796780
【发明人】林君, 石照民, 许琳琳, 赵玉江, 张晓普
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月16日