真地理三分量磁力仪的测量电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种真地理三分量磁力仪的测量电路。本实用新型专利技术包括电源电路、传感器信号采集电路、主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、数据传输电路、SD卡存储电路、文件管理电路、对外接口电路。其中传感器信号采集电路包括数模转换电路、X轴、Y轴、Z轴三个模拟信号加法电路。本实用新型专利技术采用英国Bartington公司的磁通门传感器，结合了磁通门传感器的高灵敏度、高分辨率、低功耗等特性，通过加入串口姿态测量模块，基于测量电路的设计，实现了真实地理环境下地磁场三分量的测量。

The measuring circuit of the real three component magnetometer

The utility model relates to a measuring circuit for a real geographic three component magnetometer. The utility model comprises a power supply circuit, a sensor signal acquisition circuit, a main control circuit, a serial port attitude measurement circuit, a RTC clock circuit, a data transmission circuit, an SD card storage circuit, a file management circuit, and an external interface circuit. The sensor signal acquisition circuit includes three analog signal addition circuits: digital-to-analog conversion circuit, X-axis, Y-axis and Z-axis. The utility model adopts the fluxgate sensor of Bartington Company of England, combines the characteristics of high sensitivity, high resolution and low power consumption of the fluxgate sensor, and realizes the measurement of three components of geomagnetic field in real geographic environment by adding a serial attitude measurement module and based on the design of measurement circuit.

【技术实现步骤摘要】
真地理三分量磁力仪的测量电路
本技术属于磁场测量
，具体涉及一种真地理三分量磁力仪的测量电路。
技术介绍
磁场环境测量在舰船消磁、控制仪器、航天航空、地质勘探、工业自动化、无损检测、磁性导航等众多领域有着广泛的应用。为了满足勘探、探矿等业务的需求，促使地质及海洋勘探事业的发展，人们对磁法探测提出了更高的要求。磁通门三分量仪就是利用三分量磁通门传感器实现测量的仪器。在以往的磁力仪中，只涉及仪器坐标系下磁场三分量的测量，而在实际运用中，往往需要参考的是真实地理环境下的磁场分量，因此，在磁力仪测量地磁场时，涉及到测量坐标轴转换的问题。再者，磁场是一个不断变化的量，在实际研究与探测中，需要了解磁场的变化趋势，在测量过程中需要对观测量进行实时存储与备份。因此，研制一种精度高，实时存储性好，且用于真实地理环境下的磁场三分量的磁通门三分量仪，将在地质勘探等领域中发挥重要的作用。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种真地理三分量磁力仪的测量电路。本技术包括电源电路、传感器信号采集电路、主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、数据传输电路、SD卡存储电路、文件管理电路、对外接口电路。传感器信号采集电路的信号输出端与对外接口电路的信号输入端单向信号连接，传感器信号采集电路的信号端与主控电路的第一信号端双向信号连接；对外接口电路的信号输出端与文件管理电路的信号输入端单向信号连接，对外接口电路的信号输入端与主控电路的第一信号输出端单向信号连接，对外接口电路的信号端与数据传输电路的信号端双向信号连接；主控电路的第二信号输出端与SD卡存储电路的信号输入端单向信号连接，主控电路的信号输入端与RTC时钟电路信号输出端单向信号连接，主控电路的第二信号端与串口姿态测量电路的信号端双向信号连接。所述的电源电路包括+15V稳压电路、-15V稳压电路、+5V稳压电路、+4.5V基准电压电路、+3.3V稳压电路、+3.3V开关电源电路、+2.5V基准电压电路；+15V稳压电路、-15V稳压电路给磁通门传感器供电，+5V稳压电路为数据传输电路提供稳定性高的电压，并与线性电路得到纹波较小的+4.5V和+2.5V,其中+4.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中三轴模拟信号加法电路提供高精度的基准电压，+2.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中数模转换电路提供稳定的基准电压；+3.3V稳压电路及+3.3V开关电路则用于给主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、SD卡存储电路、文件管理电路提供稳定电压；所述的+15V稳压电路、-15V稳压电路包括开关电源芯片U1、电容C1-C3；电容C1的一端、开关电源芯片U1的2脚连接后接地，电容C1的另一端、开关电源芯片U1的1脚连接后接+24V电源；电容C2的一端接开关电源芯片U1的3脚，作为+15V电源输出端；电容C2的另一端、电容C3的一端、开关电源芯片U1的4脚连接后接地；电容C3的另一端接开关电源芯片U1的5脚，作为-15V电源输出端；开关电源芯片U1采用德州仪器的DC-DC开关电源芯片；所述的+5V稳压电路包括开关电源芯片U2、极性电容Cp1-Cp4、电阻R1-R4、电感L1、电容C4-C6、发光二极管D1；开关电源芯片U2的7脚、电阻R1的一端、极性电容Cp1的正极、极性电容Cp2的正极、极性电容Cp3的正极接+24V电源；极性电容Cp1的负极、极性电容Cp2的负极、极性电容Cp3的负极分别接地；电阻R1的另一端、开关电源芯片U2的5脚接电阻R2的一端；电阻R2的另一端、开关电源芯片U2的6脚连接后接地；电容C4的一端接开关电源芯片U2的1脚，电容C4的另一端、电感L1的一端、二极管D1的阴极接开关电源芯片U2的8脚；二极管D1的阳极接地；电感L1的另一端、电阻R3的一端、极性电容Cp4的正极、电容C5的一端、电容C6的一端连接，作为+5V电源输出端；电阻R3的另一端、电阻R4的一端接开关电源芯片U2的4脚；极性电容Cp4的负极、电阻R4的另一端连接后接地，电容C5的另一端、电容C6的另一端分别接地；开关电源芯片U2的剩余引脚悬空；开关电源芯片U2采用德州仪器的开关电源芯片TPS5420；所述的+4.5V基准电压电路包括基准电压芯片U6、运算放大器芯片U7、电感L2、极性电容Cp8、电容C19-C24、电阻R20-R21；电感L2的一端、极性电容Cp8的正极、电容C19的一端接基准电压芯片U7的2脚；电感L2的另一端接+5V稳压电路的+5V稳压输出端；极性电容Cp8的负极、电容C19的另一端、基准电压芯片U6的4脚连接后接地；电阻R20的一端接基准电压芯片U6的6脚，电阻R20的另一端、电容C21的一端接运算放大器芯片U7的3脚，电容C21的另一端接地；电容C20的一端接基准电压芯片U6的5脚，电容C20的另一端接地；运算放大器芯片U7的4脚接地；电容C22的一端、运算放大器芯片U7的7脚连接后接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，电容C22的另一端接地；电阻R21的一端接运算放大器芯片U7的6脚，电阻R21的另一端、电容C23的一端、电容C24的一端连接，作为+4.5V基准电压输出端，电容C23的另一端、电容C24的另一端分别接地；基准电压芯片U6、运算放大器芯片U7的剩余引脚悬空；基准电压芯片U6采用德州仪器的基准电压芯片REF5045；运算放大器芯片U7采用德州仪器的精密运放芯片OPA376；所述的+3.3V稳压电路包括稳压电源芯片U10、极性电容Cp10、电容C34-C36；极性电容Cp10的正极、电容C34的一端、稳压电源芯片U10的3脚连接后接电源VDD，极性电容Cp10的负极、电容C34的另一端分别接地；稳压电源芯片U10的1脚接地；电容C35的一端、电容C36的一端接稳压电源芯片U10的2脚，作为+3.3V稳压电路的+3.3V电压输出端，电容C35的另一端、电容C36的另一端分别接地；稳压电源芯片U10采用稳压电源芯片LM1117；所述的+3.3V开关电源电路包括开关电源芯片U11、电容C37-C40、电阻R23、发光二极管D3；电容C38的一端、电容C37的一端、开关电源芯片U11的3脚、4脚连接后接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，电容C37的另一端、开关电源芯片U11的2脚连接后接地，电容C38的另一端、开关电源芯片U11的1脚连接后接地；电容C39的一端、电容C40的一端、电阻R23的一端、开关电源芯片U11的5脚、6脚连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C39的另一端、电容C40的另一端分别接地，电阻R23的另一端接发光二极管D3的阳极，发光二极管D3的阴极接地；开关电源芯片U11的剩余引脚悬空；开关电源芯片U11采用的是德州仪器的开关电源芯片TPS7350；所述的+2.5V基准电压电路包括基准电压芯片U15、运算放大器芯片U16、电感L3、极性电容Cp13、电容C56-C61、电阻R33-R34；电感L3的一端、极性电容Cp13的正极、电容C56的一端接基准电压芯片U15的2脚，电感L3的另一端接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，极性电容Cp13的负极、电容C56的另一端、基准电压芯片U15的4脚连接后接地；电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.真地理三分量磁力仪的测量电路，包括电源电路、传感器信号采集电路、主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、数据传输电路、SD卡存储电路、文件管理电路、对外接口电路，其特征在于：所述的电源电路包括+15V稳压电路、‑15V稳压电路、+5V稳压电路、+4.5V基准电压电路、+3.3V稳压电路、+3.3V开关电源电路、+2.5V基准电压电路；+15V稳压电路、‑15V稳压电路给磁通门传感器供电，+5V稳压电路为数据传输电路提供稳定性高的电压，并与线性电路得到纹波较小的+4.5V和+2.5V,其中+4.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中三轴模拟信号加法电路提供高精度的基准电压，+2.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中数模转换电路提供稳定的基准电压；+3.3V稳压电路及+3.3V开关电路则用于给主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、SD卡存储电路、文件管理电路提供稳定电压；所述的传感器信号采集电路包括X轴、Y轴、Z轴三个模拟信号加法电路及数模转换电路；所述的X轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U3、电阻R5‑R9、电容C7‑C10、极性电容Cp5；电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端接运算放大器芯片U3的3脚，电阻R5的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端，电阻R6的另一端接电容C7的一端，作为X轴磁场信号输入端，电容C7的另一端接电阻R7的另一端并接地；运算放大器芯片U3的4脚接地；运算放大器芯片U3的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C8的一端、极性电容Cp5的正极、运算放大器芯片U3的8脚接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，电容C8的另一端接极性电容Cp5的负极并接地；运算放大器芯片U3的6脚、7脚、电容C10的一端连接作为X轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的6脚；电容C9的一端、电阻R8的一端接运算放大器芯片U3的5脚，电容C9的另一端接地，电阻R8的另一端、电阻R9的一端接电容C10的另一端，电阻R9的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U3采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的Y轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U4、电阻R10‑R14、电容C11‑C14、极性电容Cp6；电阻R10的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端接运算放大器芯片U4的3脚，电阻R10的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端，电阻R11的另一端接电容C11的一端，作为Y周磁场信号的输入端，电容C11的另一端接电阻R12的另一端并接地；运算放大器芯片U4的4脚接地；运算放大器芯片U4的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C12的一端、极性电容Cp6的正极、+5V稳压电路的+5V稳压输出端接运算放大器芯片U4的8脚，电容C12的另一端接极性电容Cp6的负极并接地；运算放大器芯片U4的6脚、7脚、电容C14的一端连接，作为Y轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的4脚；电容C13的一端、电阻R13的一端接运算放大器芯片U4的5脚，电容C13的另一端接地，电阻R13的另一端、电阻R14的一端接电容C14的另一端，电阻R14的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U4采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的Z轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U5、电阻R15‑R19、电容C15‑C18、极性电容Cp7；电阻R15的一端、电阻R16的一端、电阻R17的一端接运算放大器芯片U5的3脚；电阻R15的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端；电阻R16的另一端接电容C15的一端，作为Z轴磁场信号的输入端；电容C15的另一端接电阻R17的另一端并接地；运算放大器芯片U5的4脚接地；运算放大器芯片U5的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C16的一端、极性电容Cp7的正极、+5V稳压电路的+5V稳压输出端接运算放大器芯片U5的8脚，电容C16的另一端接极性电容Cp7的负极并接地；运算放大器芯片U5的6脚、7脚、电容C18的一端连接，作为Z轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的2脚；电容C17的一端、电阻R18的一端接运算放大器芯片U5的5脚，电容C17的另一端接地，电阻R18的另一端、电阻R19的一端接电容C18的另一端，电阻R19的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U5采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的数模转换电路包括模数转换芯片U14、极性电容Cp11‑Cp12、电阻R29‑R32、电容C48‑C55、晶振X3；电容C48的一端、极性电容Cp11的正极、模数转换芯片U14的1脚接+5V稳压电路的+5V稳压输出端；电容C48的另一端、极性电容Cp11的负极相接并接地；模数转换芯片U14的4脚接+...

【技术特征摘要】
1.真地理三分量磁力仪的测量电路，包括电源电路、传感器信号采集电路、主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、数据传输电路、SD卡存储电路、文件管理电路、对外接口电路，其特征在于：所述的电源电路包括+15V稳压电路、-15V稳压电路、+5V稳压电路、+4.5V基准电压电路、+3.3V稳压电路、+3.3V开关电源电路、+2.5V基准电压电路；+15V稳压电路、-15V稳压电路给磁通门传感器供电，+5V稳压电路为数据传输电路提供稳定性高的电压，并与线性电路得到纹波较小的+4.5V和+2.5V,其中+4.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中三轴模拟信号加法电路提供高精度的基准电压，+2.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中数模转换电路提供稳定的基准电压；+3.3V稳压电路及+3.3V开关电路则用于给主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、SD卡存储电路、文件管理电路提供稳定电压；所述的传感器信号采集电路包括X轴、Y轴、Z轴三个模拟信号加法电路及数模转换电路；所述的X轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U3、电阻R5-R9、电容C7-C10、极性电容Cp5；电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端接运算放大器芯片U3的3脚，电阻R5的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端，电阻R6的另一端接电容C7的一端，作为X轴磁场信号输入端，电容C7的另一端接电阻R7的另一端并接地；运算放大器芯片U3的4脚接地；运算放大器芯片U3的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C8的一端、极性电容Cp5的正极、运算放大器芯片U3的8脚接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，电容C8的另一端接极性电容Cp5的负极并接地；运算放大器芯片U3的6脚、7脚、电容C10的一端连接作为X轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的6脚；电容C9的一端、电阻R8的一端接运算放大器芯片U3的5脚，电容C9的另一端接地，电阻R8的另一端、电阻R9的一端接电容C10的另一端，电阻R9的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U3采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的Y轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U4、电阻R10-R14、电容C11-C14、极性电容Cp6；电阻R10的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端接运算放大器芯片U4的3脚，电阻R10的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端，电阻R11的另一端接电容C11的一端，作为Y周磁场信号的输入端，电容C11的另一端接电阻R12的另一端并接地；运算放大器芯片U4的4脚接地；运算放大器芯片U4的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C12的一端、极性电容Cp6的正极、+5V稳压电路的+5V稳压输出端接运算放大器芯片U4的8脚，电容C12的另一端接极性电容Cp6的负极并接地；运算放大器芯片U4的6脚、7脚、电容C14的一端连接，作为Y轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的4脚；电容C13的一端、电阻R13的一端接运算放大器芯片U4的5脚，电容C13的另一端接地，电阻R13的另一端、电阻R14的一端接电容C14的另一端，电阻R14的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U4采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的Z轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U5、电阻R15-R19、电容C15-C18、极性电容Cp7；电阻R15的一端、电阻R16的一端、电阻R17的一端接运算放大器芯片U5的3脚；电阻R15的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端；电阻R16的另一端接电容C15的一端，作为Z轴磁场信号的输入端；电容C15的另一端接电阻R17的另一端并接地；运算放大器芯片U5的4脚接地；运算放大器芯片U5的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C16的一端、极性电容Cp7的正极、+5V稳压电路的+5V稳压输出端接运算放大器芯片U5的8脚，电容C16的另一端接极性电容Cp7的负极并接地；运算放大器芯片U5的6脚、7脚、电容C18的一端连接，作为Z轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的2脚；电容C17的一端、电阻R18的一端接运算放大器芯片U5的5脚，电容C17的另一端接地，电阻R18的另一端、电阻R19的一端接电容C18的另一端，电阻R19的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U5采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的数模转换电路包括模数转换芯片U14、极性电容Cp11-Cp12、电阻R29-R32、电容C48-C55、晶振X3；电容C48的一端、极性电容Cp11的正极、模数转换芯片U14的1脚接+5V稳压电路的+5V稳压输出端；电容C48的另一端、极性电容Cp11的负极相接并接地；模数转换芯片U14的4脚接+2.5V基准电压电路的+2.5V基准电压输出端；模数转换芯片U14的3脚、6脚、7脚、9脚、11脚、13脚、5脚、2脚接地；电容C49的一端、模数转换芯片U14的8脚连接后接通用插排P2的6脚，电容C49的另一端接地；电容C50的一端、模数转换芯片U14的10脚连接后接通用插排P2的4脚，电容C50的另一端接地；电容C51的一端、模数转换芯片U14的12脚连接后接通用插排P2的2脚，电容C51的另一端接地；模数转换芯片U14的14脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电阻R29的一端接模数转换芯片U14的24脚，电阻R29的另一端接主控电路的52脚；电阻R30的一端接模数转换芯片U14的23脚，电阻R30的另一端接主控电路的54脚；电阻R31的一端接模数转换芯片U14的22脚，电阻R31的另一端接主控电路的53脚；电阻R32的一端接模数转换芯片U14的21脚，电阻R32的另一端接主控电路的56脚；模数转换芯片U14的20脚接地；晶振X3的一端、电容C54的一端接模数转换芯片U14的19脚；晶振X3的另一端、电容C55的一端接模数转换芯片U14的18脚；电容C54的另一端和电容C55的另一端连接后接地；模数转换芯片U14的17脚接地；电容C52的一端、极性电容Cp12的正极、模数转换芯片U14的15脚、16脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电容C52的另一端和极性电容C12的负极连接后接地；模数转换芯片U14其他引脚悬空；模数转换芯片U14采用德州仪器的24位模数转换芯片ADS1256；所述的主控电路包括主控芯片U12、电阻R24-R25、电容C41-C44、晶振X2；电容C41的一端和晶振X2的一端接主控芯片U12的12脚，电容C42的一端和晶振X2的另一端接主控芯片U12的13脚，电容C41的另一端和电容C42的另一端接地，主控芯片U12的94脚通过电阻R24接地；电阻R25的一端、电容C43的一端接主控芯片U12的14脚，电阻R25的另一端接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C43的另一端接地；电容C44的一端接主控芯片U12的6脚，电容C44的另一端、主控芯片U12的50脚、75脚、100脚、28脚、11脚、22脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；主控芯片U12的20脚、49脚、74脚、99脚、10脚、19脚接地；主控芯片U12的52脚连接模数转换电路中电阻R29的一端，53脚连接模数转换电路中电阻R31的一端，54脚连接模数转换电路中电容R30的一端，83脚接通用插排P2的12脚，56脚接模数转换电路中电阻R32的一端，30脚接SD卡存储电路的5脚，31脚接SD卡存储电路的7脚，32脚接SD卡存储电路的3脚，68脚接通用插排P2的8脚，69脚接通用插排P2的10脚，72脚接接插件SWD的2脚，76脚接接插件SWD的3脚，78脚接串口姿态测量电路的2脚，79脚接串口姿态测量电路的3脚，80脚接通用插排P2的14脚，1脚接RTC时钟电路的3脚，2脚接RTC时钟电路的15脚，4脚接RTC时钟电路的16脚,21脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；主控芯片U12的剩余引脚悬空；主控芯片U12采用意法半导体的STM32F103RCT6芯片；所述的串口姿态测量电路包括串口姿态测量芯片U17、电容C62、极性电容Cp14；串口姿态测量芯片U17的7脚、8脚、4脚分别接地；电容C62的一端、极性电容Cp14的正极、串口姿态测量芯片U17的1脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C62的另一端、极性电容Cp14的负极分别接地；串口姿态测量芯片U17的2脚接主控电路的78脚；串口姿态测量芯片U17的3脚接主控电路的79脚；串口姿态测量芯片U17的4、7、8脚接地；串口姿态测量芯片U17的其他引脚悬空；串口姿态测量芯片U17采用软芯微科技的LEADIY-M3芯片；所述的RTC时钟电路包括时钟芯片U13、电阻R26-R28、电容C45-C46、纽扣电池B1；电容C45的一端、电阻R26的一端、时钟芯片U13的2脚连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C45的另一端接地，电阻R26的另一端、时钟芯片U13的3脚连接后接主控电路的1脚；时钟芯片U13的5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚接地；电阻R27的一端、时钟芯片U13的15脚连接后接主控电路的2脚，电阻R28的一端、时钟芯片U13的16脚连接后接主控电路的4脚，电阻R27的另一端、电阻R28的另一端连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电容C46的一端、纽扣电池B1的正极接时钟芯片U13的14脚，电容C46的另一端接地，纽扣电池B1的负极接地；时钟芯片U13的剩余引脚悬空；时钟芯片U13采用善润半导体的DS3231SN芯片；所述的数据传输电路包括多通道RS-232线路驱动器/接收器U8、电容C25-C29、极性电容Cp9；多通道RS-232线路驱动器/接收器U8的1脚、3脚分别连接电容C25的两端，4脚、5脚分别连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：许欢，章雪挺，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33