CN107894609A - 集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，包括有电源模块、弹簧开关、复杂可编程逻辑器件、射频收发器芯片和天线芯片，弹簧开关的其中一个输出端接地，弹簧开关的另一个输出端、复杂可编程逻辑器件的输入端均通过电阻R1后与电源模块连接，复杂可编程逻辑器件的通用输入输出接口与射频收发器芯片的输入端连接，射频收发器芯片的输出端与天线芯片的输入端连接，复杂可编程逻辑器件的供电端、射频收发器芯片的供电端均与电源模块连接。本发明实现远程无线触发记录仪的功能，且体积小、功耗低，便于携带远程控制。

Description

集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关
技术领域
本发明涉及地球物理勘探设备领域，具体是一种集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关。
背景技术
地震仪是地球物理勘探领域中常用的仪器，它的原理是探测人造地震在地层分界面产生反射波或者折射波，进而推断地质构造。传统的有缆地震仪除去传输电缆和检波器电缆，一般还有一条连接震源和记录仪的线缆，这条线缆叫做炮线。即使在使用大锤作为震源的地震勘探中炮线的长度也可能超过200米，这个时候收放炮线以及炮线随着炮点的移动都会有不小的工作量，更有些施工区域地形复杂布线会非常困难。这个时候震源可以远程无线触发记录仪开始工作就成了一种迫切的需求，实际上带无线发射功能的可以远程触发记录仪的震源早已存在，但是那主要是应用在采用炸药以及震源车这样的大型震源之上，分为编码器和译码器，译码器和震源连接，编码器和记录仪相连，整个设备体积较大，功能齐全，还需要外接电瓶供电，这对于大锤这样的简单震源来说显然不适合。另一种常见的无线同步的方式是利用GPS信号，然而如果利用GPS信号就必须借助其秒脉冲输出，并且采用本地时钟持续对两个秒脉冲的间隔进行计数，然后需要将触发信号到来时刻的计数值记录到非易失存储设备中，或者再通过无线收发器发送出去，这显然也是非常复杂的。大锤震源在使用炮线的情况下使用方式较为简单，直接将锤头上所绑定的震动触发开关的两条引线接到炮线上即可。然而要使大锤这样的简易震源也具备远程无线触发记录仪目前并无较好的简单实用的方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，实现远程无线触发记录仪的功能，且体积小、功耗低，便于携带远程控制。
本发明的技术方案为：
集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，包括有电源模块、弹簧开关、复杂可编程逻辑器件、射频收发器芯片和天线芯片，所述的弹簧开关的其中一个输出端接地，弹簧开关的另一个输出端、复杂可编程逻辑器件的输入端均通过电阻R1后与电源模块连接，所述的复杂可编程逻辑器件的通用输入输出接口与射频收发器芯片的输入端连接，射频收发器芯片的输出端与天线芯片的输入端连接，所述的复杂可编程逻辑器件的供电端、射频收发器芯片的供电端均与电源模块连接。
所述的复杂可编程逻辑器件上连接有晶体振荡器，用于为复杂可编程逻辑器件提供时钟源。
所述的复杂可编程逻辑器件包括有编码控制模块，分别与编码控制模块连接的毛刺检测模块和SPI接口模块；所述的弹簧开关的其中一个输出端与毛刺检测模块的输入端连接，所述的SPI接口模块、编码控制模块均与射频收发器芯片的输入端连接。
所述的复杂可编程逻辑器件的通用输入输出接口包括有所述的用于配置射频收发器参数的SPI接口模块、以及用于驱动射频收发器状态切换到发送数据状态的TXD_EN引脚和用于向射频收发器模块发送比特序列的TXD引脚。
所述的弹簧开关选用型号为SW-18010P的弹簧开关；所述的复杂可编程逻辑器件选用型号为5M240ZE64C4N、静态功耗为45微瓦的复杂可编程逻辑器件；所述的射频收发器选用型号为SI4463的射频收发器；所述的天线芯片选用型号为0433AT62A0020E的天线芯片。
所述的电阻R1选用阻值为10000欧姆的电阻。
所述的电源模块选用型号为CR2450的纽扣电池。
本发明的优点：
本发明使得地震仪省去一条炮线，同时也会省去一个放炮线的施工人员，并且降低了地震仪对于地形的要求，方便了野外地震勘探的施工。同时本发明体积很小，在器件选择以及设计过程中都采用低功耗设计，即采用纽扣电池供电，使得大锤这样的简易震源增加无线发射功能成为现实，解决了简易震源如何远程触发记录仪的问题。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明复杂可编程逻辑器件的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，包括有型号为CR2450的纽扣电池1、弹簧开关2、复杂可编程逻辑器件（CPLD）3、射频收发器芯片4、天线芯片5和晶体振荡器6，弹簧开关2的其中一个输出端接地，弹簧开关2的另一个输出端、复杂可编程逻辑器件3的输入端均通过阻值为10000欧姆的电阻R1后与纽扣电池1连接，晶体振荡器6连接于复杂可编程逻辑器件3上，复杂可编程逻辑器件3的通用输入输出接口（GPIO接口）与射频收发器芯片4的输入端连接，射频收发器芯片4的输出端与天线芯片5的输入端连接，复杂可编程逻辑器件3的供电端、射频收发器芯片4的供电端均与纽扣电池1连接；其中，复杂可编程逻辑器件3的GPIO接口包括有用于配置射频收发器4参数的SPI接口模块33、以及用于驱动射频收发器4状态切换到发送数据状态的TXD_EN引脚和用于向射频收发器模块发送比特序列的TXD引脚；
其中，件图2，复杂可编程逻辑器件3包括有编码控制模块31，分别与编码控制模块31连接的毛刺检测模块32和SPI接口模块33；弹簧开关2的其中一个输出端与毛刺检测模块32的输入端连接，SPI接口模块33、编码控制模块32的TXD_EN引脚和TXD引脚均与射频收发器芯片4的输入端连接。
其中，弹簧开关2选用型号为SW-18010P的弹簧开关；复杂可编程逻辑器件3选用型号为5M240ZE64C4N、静态功耗为45微瓦的复杂可编程逻辑器件；射频收发器4选用型号为SI4463的射频收发器；天线芯片5选用型号为0433AT62A0020E的天线芯片。
本发明的工作原理：
纽扣电池1的容量为550mAh；整个触发开关平均电流大约在50微安左右，所以电池使用寿命大约在1年。本发明的触发开关仅在需要施工时打开，使用完成之后关闭，这样还可以大大增加了电池的续航时间。
弹簧开关2为常开型开关，其中一个输出端接到电路板的公共电位上，也就是接地电位，另一个输出端连接到复杂可编程逻辑器件3的输入端，同时其通过一个10000欧姆的电阻R1上拉到电路板的电源电位上，将弹簧开关的另一个输出端上拉到3V的电源（纽扣电池的电压），使得复杂可编程逻辑器件3的输入端在开关断开时是高电平，当开关震动时，弹簧开关的另一输出端、复杂可编程逻辑器件3的输入端会短路，这使得复杂可编程逻辑器件3的输入引脚连到地电位上，也就是数字逻辑的低电平。
因为弹簧开关2在闭合过程中会产生很多毛刺，为避免CPLD内部状态陷入异常状态，信号输入之后需要去除毛刺，产生干净的数字信号供后级编码控制模块使用；毛刺检测模块32具体实现就是在刚检测到弹簧开关2闭合后等待一段时间之后再去检测弹簧开关2的开关状态，如果还是闭合的则输出有效信号，否则不输出，具体等待时间一般设置在20毫秒左右；
SPI接口模块33用来实现CPLD与射频收发器之间的SPI协议，CPLD通过SPI接口模块33配置射频收发器的载波频率、调制方法、比特率等参数，并且设置发送数据源为某个GPIO引脚，同时设置某个GPIO引脚直接控制收发器当前处于发送还是接收状态；这样使得CPLD与射频收发器之间数据接口简单，所消耗的CPLD内部逻辑资源少，从而可以选择逻辑门更少的CPLD，可以降低CPLD的功耗。
编码控制模块31在开关断开时候负责使射频收发器4进入待命状态，使后者处在极低功耗的状态。一旦弹簧开关2闭合后毛刺检测模块32输出有效，编码控制模块31首先会打开射频收发器4使其处于上电状态，然后驱动发送使能线使其处于发送数据状态，在其进入发送状态的同时发送设定好的比特序列到射频收发器4上；为了保证可靠性，特征序列的比特流是8比特数据，重复4次共32比特数据。
射频收发器4的最大输出功率是20dBm；上电之后它被CPLD 3设置成待命状态，功耗小于0.2微瓦；此后如果弹簧开关2感受到震动闭合之后，CPLD 3就会驱动特征比特流到射频收发器4上，射频收发器4则将这些数据按照设定好的调制方式调制到载波上。
天线芯片5的中心频率是433MHz；使用这种印刷电路板上焊接的芯片天线取代外置的天线，使得整个触发开关体积变小，并且不会有天线裸露在外，这提升了触发开关的实用性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：包括有电源模块、弹簧开关、复杂可编程逻辑器件、射频收发器芯片和天线芯片，所述的弹簧开关的其中一个输出端接地，弹簧开关的另一个输出端、复杂可编程逻辑器件的输入端均通过电阻R1后与电源模块连接，所述的复杂可编程逻辑器件的通用输入输出接口与射频收发器芯片的输入端连接，射频收发器芯片的输出端与天线芯片的输入端连接，所述的复杂可编程逻辑器件的供电端、射频收发器芯片的供电端均与电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：所述的复杂可编程逻辑器件上连接有晶体振荡器，用于为复杂可编程逻辑器件提供时钟源。
3.根据权利要求1所述的集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：所述的复杂可编程逻辑器件包括有编码控制模块，分别与编码控制模块连接的毛刺检测模块和SPI接口模块；所述的弹簧开关的其中一个输出端与毛刺检测模块的输入端连接，所述的SPI接口模块、编码控制模块均与射频收发器芯片的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：所述的复杂可编程逻辑器件的通用输入输出接口包括有所述的用于配置射频收发器参数的SPI接口模块、以及用于驱动射频收发器状态切换到发送数据状态的TXD_EN引脚和用于向射频收发器模块发送比特序列的TXD引脚。
5.根据权利要求1所述的集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：所述的弹簧开关选用型号为SW-18010P的弹簧开关；所述的复杂可编程逻辑器件选用型号为5M240ZE64C4N、静态功耗为45微瓦的复杂可编程逻辑器件；所述的射频收发器选用型号为SI4463的射频收发器；所述的天线芯片选用型号为0433AT62A0020E的天线芯片。
6.根据权利要求1所述的集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：所述的电阻R1选用阻值为10000欧姆的电阻。
7.根据权利要求1所述的集成无线发射功能的低功耗便携式震动触发开关，其特征在于：所述的电源模块选用型号为CR2450的纽扣电池。
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