[实用新型]海底沉积物探杆的贯入拔出控制电路

摘要

本实用新型一种海底沉积物探杆的贯入拔出控制电路，包括外部电源输入控制电路Ⅰ、电源电路Ⅱ、数据采集电路Ⅲ、数据传输与存储电路Ⅳ、主控电路Ⅴ和18个同样的控制电磁阀电路Ⅵ。目前的监测设备对海底环境的监测时间往往有限，无法支持长时间的检测，短时监测设备需要多次布放和回收。本设备可以实现长达一年之久的海底环境监测，并且只需要一次布放与回收操作，在操作和成本上远远优于海底环境短时监测设备,其低功耗特性保证了设备可长时间坐落于海底进行检测，合理的系统电路和逻辑分明的程序保证了系统稳定的工作状态。

主权项

海底沉积物探杆的贯入拔出控制电路，其特征在于：包括外部电源输入控制电路Ⅰ、电源电路Ⅱ、数据采集电路Ⅲ、数据传输与存储电路Ⅳ、主控电路Ⅴ和18个同样的控制电磁阀电路Ⅵ；外部电源输入控制电路Ⅰ包括双D触发器芯片IC1、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第一极性电容C3、第一二极管D1、第一电阻R1、第一三极管Q1和继电器RELAY1，继电器RELAY1的型号为G5V‑1‑5VDC，双D触发器芯片IC1型号为CD4013；所述的双D触发器芯片IC1的3脚与第一非极性电容C1的一端连接并接外部TTL脉冲输入端，4脚、6脚、7脚与第一非极性电容C1的另一端、第二非极性电容C2的一端、第一三极管Q1的发射极、第一极性电容C3的负极连接并接地，1脚与第二非极性电容C2的另一端、第一电阻R1的一端连接，2脚与5脚连接，14脚与第一二极管D1的阴极、继电器RELAY1的2脚连接并接+5V电源，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的集电极与第一二极管D1的阳极、继电器RELAY1的5脚连接，继电器RELAY1的1脚、6脚接+24V电源，继电器RELAY1的3脚与第一极性电容C3正极连接并作为+24V电源输出；所述的电源电路Ⅱ包括+5V输出电源电路、+3.3V输出电源电路、+2.5V输出电源电路；所述的+5V输出电源电路由稳压电源芯片IC2和滤波电路构成，其中滤波电路包括第二二极管D2、第三非极性电容C4、第四非极性电容C5、第五非极性电容C0、第二极性电容C6、第一电感L1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，所述的稳压电源芯片IC2型号为TPS5420；稳压电源芯片IC2的7脚接第三非极性电容C4的一端、第四非极性电容C5的一端，并与外部电源输入控制电路中继电器RELAY1的3脚连接，6脚与第四非极性电容C5的另一端、第三非极性电容C4的另一端、第二二极管D2的阳极、第四电阻R4的一端、第二极性电容C6的负极连接并接地，1脚与第五非极性电容C0的一端连接，8脚与第二二极管D2的阴极、第五非极性电容C0的另一端、电感L1的一端连接，4脚与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的另一端连接，电感L1的另一端与第三电阻R3的另一端、第二电阻R2的一端连接，第二极性电容C6的正极与第二电阻R2的另一端连接并作为+5V电源输出，2脚和3脚架空；所述的+3.3V输出电源电路由稳压电源芯片IC3和滤波电路构成，其中滤波电路包括第三二极管D3、第六非极性电容C7、第七非极性电容C9、第三极性电容C8、第五电阻R5和第六电阻R6，所述的稳压电源芯片IC3型号为LM1117‑3.3；稳压电源芯片IC3的3脚接第六非极性电容C7的一端，并与+5V电源输出连接，1脚与第六非极性电容C7的另一端、第三极性电容C8的负极、第七非极性电容C9的一端和第三二极管D3的阴极连接并接地，2脚与4脚、第三极性电容C8的正极、第七非极性电容C9的另一端、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端和第三二极管D3的正极连接，第五电阻R5的另一端作为+3.3V电源输出；所述的+2.5V输出电源电路由稳压电源芯片IC4和滤波电路构成，其中滤波电路包括第八非极性电容C11、第九非极性电容C13、第四极性电容C10和第五极性电容C12，所述的稳压电源芯片IC4型号为REF5025；稳压电源芯片IC4的2脚接第四极性电容C10的正极和第八非极性电容C11的一端并与+5V电源输出连接，6脚接第五极性电容C12的正极和第九非极性电容C13的一端，输出+2.5V电源输出,4脚与第四极性电容C10的负极、第八非极性电容C11的另一端、第五极性电容C12的负极和第九非极性电容C13的另一端连接并接地，1脚、3脚、5脚、7脚和8脚架空；所述的控制电磁阀电路Ⅵ包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第一MOS管QM1；第六二极管D6的阴极与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端连接，并与+24V电源输出连接，第六二极管D6的阳极与第五二极管D5的阴极和第一MOS管QM1的源级连接，并接外部电磁阀的负极输入端YV0，第九电阻R9的另一端和第五二极管D5的阳极连接，第一MOS管QM1的栅级与第八电阻R8的另一端、第四二极管D4的阴极和第七电阻R7的一端连接，漏级和第四二极管D4的阳极连接并接地，第七电阻R7的另一端接主控电路中的主控芯片IC12的1脚；所述的数据采集电路Ⅲ包括三轴加速度量获取电路、测量+24V电压量电路、测量+110V电压量电路、测量压力量和位移量电路、数模转换电路和采集开关信号电路；所述的三轴加速度量获取电路包括三轴加速度计芯片IC5、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十非极性电容C14、第十一非极性电容C15、第十二非极性电容C16，三轴加速度计芯片IC5型号为MMA7260Q；三轴加速度计芯片IC5的1脚接+3.3V电源输出，4脚与12脚、第十非极性电容C14的一端、第十一非极性电容C15的一端、第十二非极性电容C16的一端连接并接地，13脚接第十二电阻R12的一端，14脚接第十一电阻R11的一端，15脚接第十电阻R10的一端，第十二电阻R12的另一端接第十二非极性电容C16的另一端并接数模转换芯片IC8的11脚，第十一电阻R11的另一端接第十一非极性电容C15的另一端并接数模转换芯片IC8的10脚，第十电阻R10的另一端接第十非极性电容C14的另一端并接数模转换芯片IC8的9脚，2脚、3脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚和16脚架空；所述的测量+24V电压量电路包括运算放大器芯片IC6和滤波电路，滤波电路包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十三非极性电容C17、第十四非极性电容C18、第七二极管D7、第八二极管D8，运算放大器芯片IC6型号为LM258AD；运算放大器芯片IC6的1脚与第十七电阻R17的一端连接，并于2脚连接，3脚与第十三电阻R13的一端、第十四电阻R14的一端、第七二极管D7的阴极、第八二极管D8的阳极和第十三非极性电容C17的一端连接，8脚与第十五电阻R15的一端和第十六电阻R16的一端连接，4脚与第十六电阻R16的另一端、第十四电阻R14的另一端、第七二极管D7的阳极、第十三非极性电容C17的另一端和第十四非极性电容C18的一端连接并接地,第十三电阻R13的另一端和第十五电阻R15的另一端连接并接+24V电源输出,第八二极管D8的阴极接+5V电源输出，第十七电阻R17的另一端和第十四非极性电容C18的一端连接并接数模转换芯片IC8的6脚；所述的测量+110V电压量电路包括运算放大器芯片IC7、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十五非极性电容C19、第十六非极性电容C20、第九二极管D11、第十二极管D12，运算放大器芯片IC7型号为LM258AD；运算放大器芯片IC7的1脚与第二十二电阻R22的一端连接，并于2脚连接，3脚与第十八电阻R18的一端、第十九电阻R19的一端、第九二极管D11的阴极、第十二极管D12的阳极和第十五非极性电容C19的一端连接，8脚与第二十电阻R20的一端和第二十一电阻R21的一端连接，4脚与第十九电阻R19的另一端、第二十一电阻R21的另一端、第九二极管D11的阳极、第十五非极性电容C19的另一端和第二十非极性电容C20的一端连接并接地，第十八电阻R18的另一端接+110V电源，第二十电阻R20的另一端接+24V电源输出，第十二极管D12的阴极接+5V电源输出，第二十二电阻R22的另一端和第十六非极性电容C20的一端连接并接数模转换芯片IC8的12脚；所述的测量压力量和位移量电路包括第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第十七非极性电容C21、第十八非极性电容C22；第二十三电阻R23的一端接第二十四电阻R24的一端，并接外部电流信号Iout1，另一端接第十七非极性电容C21的一端并接地，第二十四电阻R24的另一端接第十七非极性电容C21的另一端并接数模转换芯片IC8的7脚，第二十五电阻R25的一端接第二十六电阻R26的一端，并接外部电流信号Iout2，另一端接第十八非极性电容C22的一端并接地，第二十六电阻R26的另一端接第十八非极性电容C22的另一端并接数模转换芯片IC8的8脚，将获得的4～20mA电流信号转换成1～5V电压信号，输入到数据采集电路中的数模转换电路；所述的数模转换电路包括数模转换芯片IC8、滤波电路、晶振电路、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33，滤波电路包括第六极性电容C23、第七极性电容C25、第八极性电容C30、第二十九非极性电容C24、第三十非极性电容C26、第三十一非极性电容C27、第三十二非极性电容C31、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28，晶振电路包括第三十三非极性电容C28、第三十四非极性电容C29、第一晶振Y1；数模转换芯片IC8型号为ADS1256；数模转换芯片IC8的1脚接第二十九非极性电容C24的一端和第六极性电容C23的正极并接+5V电源输出，2脚接17脚、第二十九非极性电容C24的另一端、第五极性电容C23的负极、第二十八电阻R28的一端、第三十三电阻R33的一端、第三十三非极性电容C28的一端、第三十四非极性电容C29的一端、第三十二非极性电容C31的负极和第八极性电容C30的一端并接地，3脚接第二十八电阻R28的另一端、第三十非极性电容C26的一端、第三十一非极性电容C27的一端和第七极性电容C25的负极，4脚接第二十七电阻R27的一端、第三十非极性电容C26的另一端、第三十一非极性电容C27的另一端和第七极性电容C25的正极，14脚接15脚、16脚、第三十二非极性电容C31的一端和第八极性电容C30的正极并接+3.3V电源输出，18脚接第一晶振Y1的一端和第三十四非极性电容C29的另一端，19脚接第一晶振Y1的另一端和第三十三非极性电容C28的另一端，5脚接第二十七电阻R27的另一端，并接+2.5V电源输出，20脚接第三十三电阻R33的另一端，21脚接第三十二电阻R32的一端，22脚接第三十一电阻R31的一端，23脚接第三十电阻R30的一端，24脚接第二十九电阻R29的一端，6脚接第十七电阻R17的另一端，7脚接第二十四电阻R24的另一端，8脚接第二十六电阻R26的另一端，9脚接第十电阻R10的另一端，10脚接第十一电阻R11的另一端，11脚接第十二电阻R12的另一端，12脚接第二十二电阻R22的另一端，第二十九电阻R29的另一端输出信号接主控芯片IC12的30脚，第三十电阻R30的另一端接主控芯片IC12的32脚，第三十一电阻R31的另一端输出信号接主控芯片IC12的31脚，第三十二电阻R32的另一端接主控芯片IC12的29脚，13脚、25脚、26脚、27脚和28脚架空；所述的数据传输与存储电路Ⅳ包括多通道RS‑232线路驱动器/接收器IC9、第十九非极性电容C23、第二十非极性电容C24、第二十一非极性电容C25、第二十二非极性电容C26、第二十三非极性电容C27，多通道RS‑232线路驱动器/接收器IC9型号为MAX3232；多通道RS‑232线路驱动器/接收器IC9的1脚接第十九非极性电容C23的一端，3脚接第十九非极性电容C23的另一端，4脚接第二十非极性电容C24的一端，5脚接第二十非极性电容C24的另一端，2脚接第二十二非极性电容C26的一端，16脚接第二十一非极性电容C25的一端并接+3.3V电源输出，6脚接第二十三非极性电容C27的一端，15脚与第二十一非极性电容C25的另一端、第二十二非极性电容C26的另一端和第二十三非极性电容C27的另一端连接并接地，10脚接主控电路中的主控芯片IC12的25脚，9脚接主控电路中的主控芯片IC12的26脚，7脚向外部串口设备发送PC_RX信号，8脚接收来自外部串口设备的PC_TX信号，11脚、12脚、13脚和14脚架空；所述的采集开关信号电路包括光耦芯片IC10和光耦芯片IC11、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第二十四非极性电容C28、第二十五非极性电容C29、第二十六非极性电容C30、第二十七非极性电容C31、第二十八非极性电容C32、第十一二极管D13、第十六二极管D14、第十三二极管D15、第十四二极管D16、第十五二极管D17，光耦芯片IC10型号为TLP521‑1，IC11型号为TLP521‑4；光耦芯片IC10的1脚接第三十四电阻R34的一端、第二十四非极性电容C28的一端和第十一二极管D13的阴极，2脚与3脚、第二十四非极性电容C28的另一端和第十一二极管D13的阳极连接并接地，4脚接第三十五电阻R35的一端并接主控芯片IC12的84脚，第三十四电阻R34的另一端接收外部设备产生的开关信号1，第三十五电阻R35的另一端接+3.3V电源输出；光耦芯片IC11的1脚接第三十六电阻R36的一端、第二十五非极性电容C29的一端和第十六二极管D14的阴极，3脚接第三十七电阻R37的一端、第二十六非极性电容C30的一端和第十三二极管D15的阴极，5脚接第三十八电阻R38的一端、第二十七非极性电容C31的一端和第十四二极管D16的阴极，7脚接第三十九电阻R39的一端、第二十八非极性电容C32的一端和第十五二极管D17的阴极，2脚与4脚、6脚、8脚、9脚、11脚、13脚、15脚、第二十五非极性电容C29的另一端、第十六二极管D14的阳极连接、第二十六非极性电容C30的另一端、第十三二极管D15的阳极连接、第二十七非极性电容C31的另一端、第十四二极管D16的阳极连接、第二十八非极性电容C32的另一端、第十五二极管D17的阳极连接并接地，16脚接第四十电阻R40的一端并接主控芯片IC12的85脚，14脚接第四十一电阻R41的一端并接主控芯片IC12的86脚、12脚接第四十二电阻R42的一端并接主控芯片IC12的87脚、10脚接第四十三电阻R43的一端并接主控芯片IC12的88脚，第三十六电阻R36的另一端接收外部设备产生的开关信号2，第三十七电阻R37的另一端接收外部设备产生的开关信号3，第三十八电阻R38的另一端接收外部设备产生的开关信号4，第三十九电阻R39的另一端接收外部设备产生的开关信号5，第四十电阻R40的另一端第四十一电阻R41的另一端、第四十二电阻R42和第四十三电阻R43的另一端并接+3.3V电源输出；所述的主控电路Ⅴ包括主控芯片IC12、复位电路、晶振电路、第四十五电阻R45、第一纽扣电池座BT1，复位电路包括第三十三非极性电容C33、第四十四电阻R44、第一开关K1；晶振电路包括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、第二晶振Y2、第四十六电阻R46、第三晶振Y3，主控芯片型号为STM32F303VCT6；主控芯片IC12的89脚接第四十四电阻R44的一端、第三十三非极性电容C33的一端和第一开关K1的一端，12脚接第三晶振Y3的一端和第三十四非极性电容C34的一端，13脚接第三晶振Y3的另一端和第三十五非极性电容C35的一端，8脚接第三晶振Y2的一端、第四十六电阻R46的一端和第三十六非极性电容C36的一端，9脚接第三晶振Y3的另一端、第四十六电阻R46的另一端和第三十七非极性电容C37的一端，94脚接第四十五电阻R45的一端，6脚接第一纽扣电池座BT1的一端，50脚与75脚、100脚、28脚、22脚、21脚和第四十四电阻R44的另一端接+3.3V电源输出，49脚接74脚、99脚、第三十三非极性电容C33的另一端、第三十四非极性电容C34的另一端、第三十五非极性电容C35的另一端、第一开关K1的另一端、第四十五电阻R45、第一纽扣电池座BT1、第三十六非极性电容C36的另一端和第三十七非极性电容C37的另一端并接地，72脚接外部调试的数据引脚，76脚接外部调试的时钟引脚，25脚接多通道RS‑232线路驱动器/接收器IC9的10脚，26脚接多通道RS‑232线路驱动器/接收器IC9的9脚，29脚接第三十二电阻R32的另一端，30脚接第二十九电阻R29的另一端，31脚接第三十一电阻R31的另一端，32脚接第三十电阻R30的另一端，84脚接光耦芯片IC10的4脚，85脚、86脚、87脚、88脚分别接光耦芯片IC11的16脚、14脚、12脚、10脚，59脚、60脚、61脚、62脚、63脚、64脚、65脚、66脚分别接外部脉冲产生设备的脉冲信号TIM4_4A、TIM4_4Z、TIM4_5A、TIM4_5Z、TIM3_2A、TIM3_2Z、TIM3_3A、TIM3_3Z，1脚接第七电阻R7的另一端，2脚、3脚、4脚、5脚、10脚、11脚、15脚、16脚、17脚、18脚、70脚、71脚、67脚、79脚、80脚、81脚、82脚分别接另外17个电磁阀控制电路中与MOS管栅极连接的电阻的另一端，其余引脚架空。