專利名稱：含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)據(jù)通信技術(shù)，特別涉及一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置。
背景技術(shù)：
在煤炭開采領(lǐng)域，需要對礦井地質(zhì)構(gòu)造進行探測，其中一項重要內(nèi)容就是對含水層進行探測，在確定適當?shù)拈_采方式時考慮含水層的特性。目前，通常采用地震儀測試地震數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對含水層的探測。為了保證地震數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，在地震數(shù)據(jù)傳輸時必須具有高速、低誤碼率、強抗干擾等優(yōu)點。
·[0004]然而，目前地震數(shù)據(jù)的傳輸方式是分布式地震儀的主機中的地震波數(shù)據(jù)采集裝置和從機中的地震波數(shù)據(jù)采集裝置之間采用大線傳輸數(shù)據(jù)，一般是基于工業(yè)485網(wǎng)絡(luò)，其傳輸?shù)乃俾瘦^低，一般是20kbps IOOkbps之間，且理論上超過35個節(jié)點就需要增加中繼設(shè)備，同時較遠的傳輸距離必須降低傳輸速率，較低的數(shù)據(jù)傳輸速率限制了數(shù)據(jù)的采集速率。這就導(dǎo)致了地震勘探采集的數(shù)據(jù)不能實時地傳輸出去，因此降低了對礦井含水層探測的工作效率。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置，以實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的實時傳輸。為達到上述目的，本實用新型提供的含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口電路、可編程邏輯門陣列系統(tǒng)和本安型電源電路；所述可編程邏輯門陣列系統(tǒng)接收地震波數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的地震波信號，對地震波數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)緩存和格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給以工業(yè)以太網(wǎng)接口電路；將從工業(yè)以太網(wǎng)接口電路接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給地震波數(shù)據(jù)采集裝置；工業(yè)以太網(wǎng)接口電路按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，將地震波數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送出去，將從工業(yè)以太網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給可編程邏輯門陣列系統(tǒng)；所述本安型電源電路為所述工業(yè)以太網(wǎng)接口電路、可編程邏輯門陣列系統(tǒng)和地震波數(shù)據(jù)采集裝置供電。較佳地，所述可編程邏輯門陣列系統(tǒng)包括相互連接的外部存儲器和可編程邏輯門陣列；所述外部存儲器用于緩存地震波數(shù)據(jù)；所述可編程邏輯門陣列用于對地震波數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給以工業(yè)以太網(wǎng)接口電路。較佳地，所述工業(yè)以太網(wǎng)接口電路包括工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片、本安隔離電路和以太網(wǎng)控制器；所述工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片與工業(yè)以太網(wǎng)和本安隔離電路分別相連，提供工業(yè)以太網(wǎng)接口 ；所述本安隔離電路還有以太網(wǎng)控制器相連，對工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片和以太網(wǎng)控制器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行隔離；所述以太網(wǎng)控制器通過SPI總線與可編程邏輯門陣列相連，按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，控制工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片與和以太網(wǎng)控制器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。較佳地，所述工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片采用HR911103C芯片；所述以太網(wǎng)控制器采用ENC28J60芯片；光電耦合電路采用6N137芯片。較佳地，所述本安型電源電路由相互連接的蓄電池和隔離的BUCK降壓電路實現(xiàn)。較佳地，所述隔離的BUCK降壓電路包括直流電源變換芯片、開關(guān)電路、隔離降壓電路、兩級限流電路和兩級限壓電路；所述直流電源變換芯片與開關(guān)電路的第一端相連；開關(guān)電路的第二端連接至隔離降壓電路的第一端；隔離降壓電路的第二端連接至第一級限壓電路和第二級限壓電路的輸入端，第一級限壓電路的輸出端連接回直流電源變換芯片，第二級限壓電路的輸出端連接至第二限流電路；第一級限流電路與直流變換芯片的反饋引腳相連。較佳地，所述直流電源變換芯片采用UC3843芯片；所述開關(guān)電路由與UC3843芯 片輸出端相連的NMOS管實現(xiàn)；所述隔離降壓電路由高頻變壓器實現(xiàn)；所述第一級限壓電路由光電耦合器及基準源TL431構(gòu)成的電壓反饋電路實現(xiàn)；所述第二級限壓電路由穩(wěn)壓器件SPX3819-5構(gòu)成的穩(wěn)壓電路實現(xiàn)；所述第二級限流電路由PMOS管和三極管構(gòu)成的限流電路實現(xiàn)；所述第一級限流電路由連接至直流變換芯片的反饋引腳的反饋電阻實現(xiàn)。由上述的技術(shù)方案可見，本實用新型的這種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置，通過工業(yè)以太網(wǎng)接口電路和邏輯門陣列系統(tǒng)，并由本安型電源電路進行供電，能夠?qū)牡卣鸩〝?shù)據(jù)采集裝置接收的地震波信號通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送出去，將從工業(yè)以太網(wǎng)接收數(shù)據(jù)發(fā)送給地震波數(shù)據(jù)采集裝置，從而實現(xiàn)了用以太網(wǎng)實時傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，提高了對礦井含水層探測的工作效率。

圖I為本實用新型一較佳實施例的通信裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖；圖2為圖I所示通信裝置中工業(yè)以太網(wǎng)接口電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系圖；圖3為圖I所示通信裝置中電源電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為圖3所示電源電路中隔離的BUCK降壓電路的電路圖。
具體實施方式
以下參照附圖并舉具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實用新型提供了一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置，通過工業(yè)以太網(wǎng)接口電路和邏輯門陣列系統(tǒng)，并由本安型電源電路進行供電，能夠?qū)牡卣鸩〝?shù)據(jù)采集裝置接收的地震波信號通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送出去，將從工業(yè)以太網(wǎng)接收數(shù)據(jù)發(fā)送給地震波數(shù)據(jù)采集裝置，從而實現(xiàn)了用以太網(wǎng)實時傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，提高了對礦井含水層探測的工作效率。本實用新型提供的通信裝置，既可與地震波數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)輸出接口連接構(gòu)成一個具有采集、存儲和傳輸功能的數(shù)字檢波器(在分布式地震儀中簡稱分機)，同時也可具有控制功能的便攜式主機連接構(gòu)成一個完整的分布式地震儀。如圖I所示，本實用新型一較佳實施例的含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置100，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口電路101、可編程邏輯門陣列102、外部存儲器103和本安型電源電路104。其中，外部存儲器103和可編程邏輯門陣列102相互連接，加上常規(guī)的外圍電路，如復(fù)位電路、時鐘電路、各接口電路及電源電路(圖I中未示出常規(guī)的外圍電路)構(gòu)成了可編程邏輯門陣列系統(tǒng)。所述可編程邏輯門陣列102接收地震波數(shù)據(jù)采集裝置120發(fā)送的地震波信號，將地震波數(shù)據(jù)緩存到外部存儲器103，并對地震波數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給以工業(yè)以太網(wǎng)接口電路101，并將從工業(yè)以太網(wǎng)接口電路101接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給地震波數(shù)據(jù)采集裝置120。工業(yè)以太網(wǎng)接口電路101按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，將地震波數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)110發(fā)送出去，將從工業(yè)以太網(wǎng)110接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給可編程邏輯門陣列102。本安型電源電路104為所述工業(yè)以太網(wǎng)接口電路101、可編程邏輯門陣列102和地震波數(shù)據(jù)采集裝置120供電。由于含水層探測需要在礦井下完成，為了滿足礦井下使用的設(shè)備或儀器的防爆要 求，本實施例中采用了本安型工業(yè)以太網(wǎng)接口電路和本安型電源電路。本實施例的本安型工業(yè)以太網(wǎng)接口電路如圖2所示，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片201、本安隔離電路202和以太網(wǎng)控制器203。其中，工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片201與工業(yè)以太網(wǎng)110和本安隔離電路202分別相連，提供工業(yè)以太網(wǎng)接口。所述本安隔離電路202還與以太網(wǎng)控制器203相連，對工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片201和以太網(wǎng)控制器203之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行隔離。本實施例中，所述本安隔離電路202包括多個光電耦合器，每條工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片201與和以太網(wǎng)控制器203之間的數(shù)據(jù)線上連接一個光電耦合器。具體地，工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片201采用HR911103C芯片，以太網(wǎng)控制器采用ENC28J60芯片，光電耦合器采用6N137芯片。其中，ENC28J60是由Microchip公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)控制器，符合Ethernet II與IEEE802. 3標準，全雙工模式，收發(fā)可同時達到10Mbps，內(nèi)部集成DMA控制器，以太網(wǎng)物理層器件(PHY)及媒體訪問控制器(MAC)，具有可編程過濾功能。如圖2所示，HR911103C芯片的TX+引腳與ENC28J60芯片的TPO+引腳之間、R911103C芯片的TX-引腳與ENC28 J60芯片的TPO-引腳之間、HR911103C芯片的RX+引腳與ENC28J60芯片的TPIN+引腳之間、R911103C芯片的RX-引腳與ENC28J60芯片的TPIN-引腳之間分別用光電耦合器進行了隔離。本實施例中，以太網(wǎng)控制器203通過SPI總線與可編程邏輯門陣列204相連，按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，控制工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片201與和以太網(wǎng)控制器203之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。具體地，太網(wǎng)控制器203，即ENC28J60芯片的S0、SI、SCK、CS、RESET、WOL和INT引腳與可編程邏輯門陣列204的B3 Bank中的I/O接口相連。所述可編程邏輯門陣列204通過B4接口與地震波數(shù)據(jù)采集裝置120相連。本實施例中，可編程邏輯門陣列采用Altera公司的cyclone III系列的FPGAEP3C10E144。Cyclone III FPGA具有低功耗、低成本和高性能的顯著特點。其體系結(jié)構(gòu)包括高達120K的垂直排列邏輯單元(LE)、以9-Kbit (M9K)模塊構(gòu)成的4Mbits嵌入式存儲器、200個18x18的嵌入式乘法器。Cyclone III LS FPGA在布局上提供豐富的存儲器和乘法器資源，包括200K邏輯單元、SMbits嵌入式存儲器和396個嵌入式乘法器。所有體系結(jié)構(gòu)都含有非常高效的互聯(lián)和低偏移時鐘網(wǎng)絡(luò)，為時鐘和數(shù)據(jù)信號結(jié)構(gòu)提供鏈接。其內(nèi)核電壓為I. 2V，I/O電壓為3. 3V，PLL的模擬供電電壓為2. 5V。本實施例的外部存儲器采用了 ISSI的32Kx8位字長的低功耗CMOS靜態(tài)隨機存取存儲器IS62C256AL。存取時間為25ns或45ns，全靜態(tài)操作，不需時鐘或刷新。用于完成前端采集的地震波數(shù)據(jù)的存儲和以太網(wǎng)通信時的緩存。程序存儲器采用Altera的串行配置的具有4Mbit系列的EPCS4閃存。用于固化可編程邏輯門陣列的硬件邏輯代碼?？删幊踢壿嬮T陣列采用的時鐘頻率為50MHz，采用KOAN公司的具有溫度補償?shù)挠性淳д?。本實施例的本安型電源電路由相互連接的蓄電池和隔離的BUCK降壓電路實現(xiàn)。如圖3所示，本實施例采用的隔離的BUCK降壓電路包括直流電源變換芯片302、開關(guān)電路303、第一級限流電路304、隔離降壓電路305、第一級限壓電路306、第二級限壓電路307和第二級限流電路308。其中，直流電源變換芯片302由蓄電池301供電，直流電源變換芯片302還與開關(guān)電路303的第一端相連。開關(guān)電路303的第二端連接至隔離降壓電路305的第一端。隔離降壓電路305的第二端連接至第一級限壓電路306和第二級限壓電路307的輸入端，第一級限壓電路306的輸出端連接回直流電源變換芯片302，第二級限壓電路307的輸出端連接至第二限流電路308。第一級限流電路304與直流變換芯片302的反饋引腳相連。具體地，如圖4所示，本實施例中的直流電源變換芯片采用UC3843芯片，開關(guān)電路由與UC3843芯片輸出端相連的NMOS管Ql實現(xiàn)。隔離降壓電路由高頻變壓器BI實現(xiàn)。第一級限壓電路由光電耦合器Ul及及基準源TL431構(gòu)成的電壓反饋電路實現(xiàn)。第二級限壓電路由穩(wěn)壓器件U2 (芯片型號為SPX3819-5)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路實現(xiàn)。第二級限流電路由PMOS管Q2和三極管Q3構(gòu)成的限流電路實現(xiàn)。第一級限流電路由連接至直流變換芯片的反饋引腳的反饋電阻R7實現(xiàn)。 上述實施例中采用了隔離本安電路設(shè)計，對信號和電源輸入和輸出都進行了隔離，保證了電路的本質(zhì)安全性，能夠滿足礦井設(shè)備對防爆性能的要求。同時，采用可編程邏輯門陣列的硬件邏輯設(shè)計替代傳統(tǒng)的微控制器的軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對地震波數(shù)據(jù)的實時透明傳輸，并且采用本安型工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的有線傳輸，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率和傳輸量，進而提高了對礦井含水層探測的工作效率。
權(quán)利要求1.一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置，其特征在于，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口電路、可編程邏輯門陣列系統(tǒng)和本安型電源電路； 所述可編程邏輯門陣列系統(tǒng)接收地震波數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的地震波信號，對地震波數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)緩存和格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給以工業(yè)以太網(wǎng)接口電路；將從工業(yè)以太網(wǎng)接口電路接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給地震波數(shù)據(jù)采集裝置； 工業(yè)以太網(wǎng)接口電路按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，將地震波數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送出去，將從工業(yè)以太網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給可編程邏輯門陣列系統(tǒng)； 所述本安型電源電路為所述工業(yè)以太網(wǎng)接口電路、可編程邏輯門陣列系統(tǒng)和地震波數(shù)據(jù)采集裝置供電。
2.如權(quán)利要求I所述的通信裝置，其特征在于，所述可編程邏輯門陣列系統(tǒng)包括相互連接的外部存儲器和可編程邏輯門陣列； 所述外部存儲器用于緩存地震波數(shù)據(jù)； 所述可編程邏輯門陣列用于對地震波數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給以工業(yè)以太網(wǎng)接口電路。
3.如權(quán)利要求2所述的通信裝置，其特征在于，所述工業(yè)以太網(wǎng)接口電路包括工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片、本安隔離電路和以太網(wǎng)控制器； 所述工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片與工業(yè)以太網(wǎng)和本安隔離電路分別相連，提供工業(yè)以太網(wǎng)接Π ； 所述本安隔離電路還有以太網(wǎng)控制器相連，對工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片和以太網(wǎng)控制器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行隔離； 所述以太網(wǎng)控制器通過SPI總線與可編程邏輯門陣列相連，按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，控制工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片與和以太網(wǎng)控制器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的通信裝置，其特征在于所述工業(yè)以太網(wǎng)接口芯片采用HR911103C芯片；所述以太網(wǎng)控制器采用ENC28J60芯片；光電耦合電路采用6N137芯片。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的通信裝置，其特征在于所述本安型電源電路由相互連接的蓄電池和隔離的BUCK降壓電路實現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求5所述的通信裝置，其特征在于，所述隔離的BUCK降壓電路包括直流電源變換芯片、開關(guān)電路、隔離降壓電路、兩級限流電路和兩級限壓電路； 所述直流電源變換芯片與開關(guān)電路的第一端相連；開關(guān)電路的第二端連接至隔離降壓電路的第一端；隔離降壓電路的第二端連接至第一級限壓電路和第二級限壓電路的輸入端，第一級限壓電路的輸出端連接回直流電源變換芯片，第二級限壓電路的輸出端連接至第二限流電路； 第一級限流電路與直流變換芯片的反饋引腳相連。
7.如權(quán)利要求6所述的通信裝置，其特征在于所述直流電源變換芯片采用UC3843芯片；所述開關(guān)電路由與UC3843芯片輸出端相連的NMOS管實現(xiàn)；所述隔離降壓電路由高頻變壓器實現(xiàn)；所述第一級限壓電路由光電耦合器及基準源TL431構(gòu)成的電壓反饋電路實現(xiàn)；所述第二級限壓電路由穩(wěn)壓器件SPX3819-5構(gòu)成的穩(wěn)壓電路實現(xiàn)；所述第二級限流電路由PMOS管和三極管構(gòu)成的限流電路實現(xiàn)；所述第一級限流電路由連接至直流變換芯片的反饋引腳的反饋電阻實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型公開了一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的通信裝置，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口電路、可編程邏輯門陣列系統(tǒng)和本安型電源電路；可編程邏輯門陣列系統(tǒng)接收地震波數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的地震波信號，對地震波數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)緩存和格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給以工業(yè)以太網(wǎng)接口電路；將從工業(yè)以太網(wǎng)接口電路接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給地震波數(shù)據(jù)采集裝置；工業(yè)以太網(wǎng)接口電路按照工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，將地震波數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送出去，將從工業(yè)以太網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給可編程邏輯門陣列系統(tǒng)；本安型電源電路為所述工業(yè)以太網(wǎng)接口電路、可編程邏輯門陣列系統(tǒng)和地震波數(shù)據(jù)采集裝置供電。應(yīng)用本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)用以太網(wǎng)實時傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，提高礦井含水層探測的工作效率。
文檔編號G08C17/02GK202693808SQ201220359468
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者朱國維, 李全生, 鄒冠貴 申請人:中國神華能源股份有限公司, 中國礦業(yè)大學(北京)