CN109713755A - 用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路及安装方法，采用开关直流升压/降压型转换器，在转化器的FB端口安装一个并联电阻网络，采用按键电路调整需要的输出电压，使用单片机输出3位控制信号，控制电阻网络3个MOS管的通断，改变并联网络的电阻值，从而得到9V、12V、15V、18V、21V、24V、27V、30V共八个档位的直流电压输出。本发明的优点是可稳定输出9V、12V、15V、18V、21V、24V、27V、30V共八个档位的可调直流电压；电路采用低功耗设计，可保证地电化学提取过程中，系统连续工作48小时以上；系统由四节18650锂电池供电，可重复充电1000次以上。

Description

用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路及安装方法

技术领域

本发明属于信号提取设备技术领域，具体地说，涉及一种用于地点化学提取的多档位稳压电源电路及其安装方法。

背景技术

直流稳压电源用于野外有色金属探矿中的地电化学提取。地电化学提取方法主要凭借外加电场，将近地表呈活动态的阴阳离子、离子团和带有电性的络合物迁移至提取电极，从而分析和发现与成矿有关的粒子异常，达到圈定找矿远近区的目的。

该方法属深穿透地球化学研究范畴，经过多年试验和应用，已趋于成熟，在隐伏矿产勘查中发挥重大作用。地电化学提取装置主要有供电装置、提取电极、导线、提取液等部件。供电装置用于野外采样时的供电和计时，在提取过程中具有重要作用，稳定的直流电压定时输出会直接对提取的一致性产生影响。然而，现有的供电装置在提取过程中尚不能根据需要设定恒定电压，没有定时功能，连续工作时间也达不到48小时以上，地电提取效果并不理想。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出一种用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路及安装方法，能够可靠输出9V、12V、15V、18V、21V、24V、27V、30V共八个档位的可调直流电压，并采用低功耗设计，保证系统在地电化学提出过程中，系统可连续工作48小时以上，并可重复使用。

一种用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，包括锂电池充电电路1、升压电路2、输出端控制电路3、控制模块接口电路及供电电源电路4、单片机9，锂电池充电电路1与控制模块接口电路及供电电源电路4连接，升压电路2与控制模块接口电路及供电电源电路4相连，升压电路2与输出端控制电路3相连，单片机与升压电路2相连。

其中，锂电池充电电路1为，集成芯片VIN接口与SHDN接口、电容IC27一端、二极管ID1负极相连，电阻IR9一端与二极管ID1正极、电容IC8一端、控制模块接口电路及供电电源电路4的电源输入端UX相连，电容IC8另一端接地，电容IC27另一端接地，集成芯片的VIN-REG端口与电阻IR9一端，电阻IR10一端相连，电阻IR10另一端与电阻IR11一端相连，电阻IR11另一端接地，集成芯片的CHRG端口与电阻IR52B一端相连，电阻IR52B与ILED1负极相连，集成芯片的FAULT端口与电阻IR53相连，电阻IR53另一端与ILED2负极相连，ILED2正极与ILED1正极、电源输入端UB相连；

集成芯片SW端口与电容IC9一端，电感IL2一端、二极管ID2负极相连，二极管ID2另一端接地；集成芯片BOOST端口与电容IC9另一端、二极管ID4负极相连；集成芯片SENSE端口与电感IL2另一端、电阻IR12一端相连，集成芯片端口BAT端口与电阻IR14一端相连；集成芯片NTC端口与热敏电阻IR13一端相连，热敏电阻IR13另一端接地；集成芯片VFB端口与电阻IR14另一端，电阻IR15一端相连，电阻IR15另一端接地，集成芯片GND端口接地；

控制模块接口电路及供电电源电路4的电路的二极管ID15正极与锂电池充电电路1的二极管ID18正极、二极管ID4正极、电阻IR12一端、集成芯片LT3652的BAT端口、电阻IR14一端相连，二极管ID18负极一端与电源输入端UX相连；控制模块接口电路及供电电源电路4中，接线排的2号和3号端子与电源输入端U4、电池DC1负极、电池DC2负极相连，电池DC1通过开关SP与电池DC3正极、电池DC4的正极相连，电池DC3的负极与电池DC4的负极相连后并接地，电池DC1正极和电池DC2的正极相连后与二极管ID16正极、二极管ID15负极相连；

二极管ID16负极与二极管ID17负极、电容IC14一端、电容IC15一端，电容IC6一端、电源输入端UIN、升压模块的VIN端口、电容IC11一端，电容IC12一端相连，电容IC11另一端与电容IC12另一端相连并接地；二极管ID17正极与电源输入端UX、输入端子的1号接口相连，电容IC4另一端与电容IC5另一端，电容IC6另一端、输入端子的2号接口相连并接地；

升压电路2，升压模块XL6019的EN端口与电阻IR28、电源输入UH EN、电阻IR28B一端相连，电阻IR28的另一端接电源输入端U4，电阻IR28B另一端接地；升压模块XL6019的GND接地，升压模块的FB端口与电阻IR23一端、电阻IR21一端、电阻IR20一端、电阻IR19一端、电阻IR29一端、电阻IR19B一端、电阻IR24一端相连，电阻IR23另一端与电阻IR22一端相连；

电阻IR21另一端与三极管IT4集电极相连，三极管IT4基极与电阻IR27一端、电阻IR18一端相连，电阻IR20另一端与三极管IT3集电极相连，三极管IT3基极与电阻IR26一端、电阻IR27一端相连，电阻19另一端与电阻IR29另一端、三极管IT2集电极相连，三极管IT2基极与电阻IR25一端、电阻IR26一端相连，电阻IR19B另一端与三极管IT2B的集电极相连，三极管IT2B基极与电阻IR16B相连，电阻IR16B另一端与三极管IT2B发射极、电阻IR16另一端、三极管IT2发射极、电阻IR17另一端、三极管IT3发射极、电阻IR18另一端、三极管IT4发射极、电阻IR22相连并接地；

二极管ID5正极与升压模块XL6019的SW端口、电感IL3一端相连，升压模块XL6019的VIN端口与电感IL3另一端、电容IC11的另一端、电容IC2的另一端相连；二极管ID5的负极与电容IC10一端、电容IC10B一端、电容IC10A一端，电容IC10另一端、电容IC10B另一端、电容IC10A另一端均接地；

升压模块XL6019的VIN端口与控制模块接口电路及供电电源电路4的UIN端口相连；

输出端控制电路3中，三极管IT1基极与电阻IR5B另一端、电阻IR7B一端相连，三极管IT1发射极与熔断器IF1一端相连，电阻IR7B另一端与三极管IT1B集电极相连，三极管ITIB的基极与电阻IR4B一端，电阻IR5C一端相连，三极管ITIB发射极与电阻IR5一端相连，电阻IR5另一端与电阻IR5C相连并接地，电阻IR4B另一端接比较器IU2B输出接口、电阻IR4一端,电阻IR4另一端接电阻IR3一端，电容IC3一端，比较器IU2B一个输入端与电容IC3C一端、电阻IRIB一端、电阻IRI一端相连，电阻IRI另一端接电源输入端US，电容IC3C另一端与电阻IRIB另一端、电阻IRIC一端相连，电阻IRIC另一端接地；

比较器IU2B另一输入端与电阻IR3另一端、电容IC3另一端，电阻IR2B一端相连，电阻IR2B另一端与电阻IR2一端、电阻IR2C一端、三极管IT5集电极相连，电阻IR2另一端接地，电阻IR2C另一端与比较器IU2A的1端、电阻IR49一端，电容IC2B一端相连，比较器IU2A的8端口与电源输入端UA，电容ICI一端相连，比较器IU2A的4端口接地，比较器的2端口与电阻IR49另一端、电容IC2B另一端，电阻IR50一端相连，电阻IR50另一端接地，比较器IU2A的3端口与电阻IR7一端、电容IC2一端、电阻IR6一端相连，电容IC2另一端与电阻IR7另一端相连并接地，电阻IR6另一端与电阻IR8一端、接线端子的2号接口相连，接线端子的1号接口与电感IL6一端相连，电感IL6另一端与熔断器IFI一端、二极管ID19负极相连，电阻IR8另一端与二极管ID19正极相连并接地；

三极管IT5基极与电阻IR52一端、电阻IR41一端相连，三极管IT5发射极与电阻IR52相连并接地，电阻IR41另一端接电源输入端SM、电阻IR33一端，电阻IR33另一端与电阻IR34一端、三极管IT6基极相连，三极管IT6集电极与电阻IR35一端相连，电阻IR35另一端接输入电源端UA相连，三极管IT6发射极与电阻IR34另一端相连并接地；

升压电路2的二极管ID5负极还与输出端控制电路3的三极管IT1集电极、输出端控制电路3的电阻IR5B一端相连。

本发明进一步的技术方式案是，输出端控制电路3与若干碳棒连接，输出端控制电路3的电源输出端PE+、PE-通过导线与两根碳棒相连接，将碳棒埋入地下吸附金属离子。

本发明进一步的技术方案是，输出端电压采集与处理电路5，包括比较器、电阻、电容，PE+输入端与电阻IR42一端相连，电阻IR42另一端与电阻IR44一端、电容IC29一端，电阻IR42B一端，电容IC26相连，电阻IR42B另一端与电阻IR48一端、比较器IU7A的3端口，电阻IR48另一端接地，PE-输入端与电阻IR43一端相连，电阻IR43另一端与电阻IR44另一端、电容IC28一端、电容IC26另一端、电阻IR43B一端，电容IC28另一端接地，电阻IR43B另一端与比较器IU7A的2端口、电阻IR51一端，电阻IR51另一端与比较器IU7A的1端口、二极管ID9正极、二极管ID10负极、电源输入端UMT相连，二极管ID9负极与电源输入端UA相连，二极管ID10正极接地。

本发明进一步的技术方案是，输出端电流采集与处理电路6，包括电阻、二极管、比较器，比较器IU7B的5号输入接口与IFB端口相连，比较器IU7B的6号输入端口与7号接口、二极管ID13正极、二极管ID14负极、电阻IR39一端、输入电源端IMT相连，二极管ID13负极与输入电源端UA相连，二极管ID14正极与电阻IR39另一端相连并接地。

本发明进一步的技术方案是，包括电池电压采集与处理电路7，包括电阻、电容、比较器，UB电源输入端与电阻IR30一端相连，电阻IR30另一端与电阻IR31B一端，电阻IR31一端、比较器IU6A的3号端口相连，电阻IR31B另一端，电阻IR31另一端相连并接地，比较器IU6A的8号接口与电源输入端UA、电容IC25一端相连，电容IC25另一端接地，电源输入端UBT与二极管ID7正极、二极管ID8负极、电阻IR32一端、比较器IU6A的1号端口和比较器IU6A的2号端口相连，电阻IR32另一端接地，比较器IU6A的4号接口接地，二极管ID7的负极与电源输入端UA相连，二极管ID8的正极接地。

本发明进一步的技术方案是，包括升压模块输出电压采集与处理电路8，包括电阻、比较器，电源输入端UH与电阻IR36一端相连，电阻IR36另一端与电阻IR37一端、比较器IU6B的5端口相连，电阻IR37的另一端接地，电源输入端UQT输入端与二极管ID11正极、二极管ID12的负极、比较器IU6B的7号端口、IU6B的6号端口、电阻IR38的一端相连，电阻IR38另一端接地，二极管ID11负极与电源输入端相连，二极管ID12的正极接地。

本发明进一步的技术方案是，单片机的S2、S1、S0端口分别通过电阻IR25、电阻IR26、电阻IR27与电阻网络MOS管IT2、MOS管IT3、MOS管IT4连接，实现单片机与升压电路相连，同时单片机还与按键电路相连。单片机电路为：单片机最小系统包括单片机9、复位电路、低频晶振电路、I/O接口排，复位电路、低频晶振电路、I/O接口排均与单片机信号相连。

同时本发明还提出用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路安装方法，包括以下步骤：

步骤1.在开关电流升压/降压型DC-DC转换器的FB端口安装一个并联的电阻网络10；

步骤2.在单片机9电路中安装按键电路；

步骤3.将单片机9与步骤1中的电阻网络连接，实现单片机9输出3位控制信号，通过控制3个MOS管通断，从而改变并联电阻网络10的电阻值；

步骤4.将升压电路2与控制模块接口电路及供电电源电路4、输出端控制电路3连接，利用锂电池连接锂电池充电电路1提供电源，测试在输出端电压采集与处理电路5得到9V、12V、15V、18V、24V、27V、30V直流电压输出。

本发明进一步的技术方案是，输出端控制电路连接输出端电压采集与处理电路5、输出端电流采集与处理电路6电路连接，锂电池充电电路与电池电压采集与处理电路7电路连接，升压电路与升压模块输出电压采集与处理电路8电路连接。

本发明进一步的技术方案是，将输出端控制电路3安装连接碳棒，将碳棒插入需要待测矿区或需要区分物化探异常源性质的区域，工作48小时，将测试后的碳棒采用人工电场力富集方法，检测微量离子晕中的元素信息。

本发明优选的技术方案是，步骤1中的开关电流升压/降压型DC-DC转换器型号为XL6019，单片机型号为STM32L151RCT6A。

本发明优选的技术方案是，的XL6019开关电流升压/降压型DC-DC转换器输入端采用四节18650锂电池并联供电。

本进一步技术方案是，步骤4中锂电池与芯片为LT3652的锂电池充电电路连接供电；

其中，LT3652充电管理芯片为：集成芯片VIN接口与SHDN接口、电容IC27一端、二极管ID1负极相连，电容IC27另一端接地，集成芯片的VIN-REG端口与电阻IR9一端，电阻IR10一端相连，电阻IR10另一端与电阻IR11一端相连，电阻IR11另一端接地，电阻IR9一端与二极管ID1正极、电容IC8一端、电源输入端UX相连，电容IC8另一端接地，集成芯片的CHRG端口与电阻IR52B一端相连，电阻IR52B与ILED1负极相连，集成芯片的FAULT端口与电阻IR53相连，电阻IR53另一端与ILED2负极相连，ILED2正极与ILED1正极、电源输入端UB相连。

本发明有益效果：

本直流稳压电源可稳定输出9V、12V、15V、18V、21V、24V、27V、30V共那个档位的可调直流电压；电路采用低功耗设计，可保证地电化学提取过程中，系统能连续工作48小时及以上，并且系统由4节18650锂电池供电，可重复使用1000以上。

附图说明

图1为锂电池充电电路部分电路结构示意图；

图2为升压电路部分电路结构示意图；

图3为输出端控制电路部分电路结构示意图；

图4为控制模块接口电路及供电电源电路部分电路结构示意图；

图5为输出端电压采集与处理电路部分电路结构示意图；

图6为输出端电流采集与处理电路部分电路结构示意图；

图7为电池电压采集与处理电路部分电路结构示意图；

图8为升压模块输出电压采集与处理部分电路结构示意图；

图9为单片机最小系统电路图；

图10为按键电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动的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。

一种用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，包括锂电池充电电路1、升压电路2、输出端控制电路3、控制模块接口电路及供电电源电路4、单片机9；

锂电池充电电路1与控制模块接口电路及供电电源电路4连接，升压电路2与控制模块接口电路及供电电源电路4相连，升压电路2与输出端控制电路3相连，单片机与升压电路2相连。

本发明进一步的技术方式案是，输出端控制电路3与若干碳棒连接。

其中，锂电池充电电路1中，如图1所示，集成芯片VIN接口与SHDN接口、电容IC27一端、二极管ID1负极相连，电容IC27另一端接地，集成芯片的VIN-REG端口与电阻IR9一端，电阻IR10一端相连，电阻IR10另一端与电阻IR11一端相连，电阻IR11另一端接地，集成芯片的CHRG端口与电阻IR52B一端相连，电阻IR52B与ILED1负极相连，集成芯片的FAULT端口与电阻IR53相连，电阻IR53另一端与ILED2负极相连，ILED2正极与ILED1正极、电源输入端UB相连；

控制模块接口电路及供电电源电路4中，如图4所示，接线排的2号和3号端子取反后与电源输入端U4、电池DC1负极、电池DC2负极相连，电池DC1通过开关SP与电池DC3正极、电池DC4的正极相连，电池DC3的负极与电池DC4的负极相连后并接地，电池DC1正极和电池DC2的正极相连后与二极管ID16正极、二极管ID15负极相连；

二极管ID16负极与二极管ID17负极、电容IC14一端、电容IC15一端，电容IC6一端、电源输入端UIN、升压模块的VIN端口、电容IC11一端，电容IC12一端相连，电容IC11另一端与电容IC12另一端相连并接地；二极管ID17正极与电源输入端UX、输入端子的1号接口相连，电容IC4另一端与电容IC5另一端，电容IC6另一端、输入端子的2号接口相连并接地；

二极管ID2负极与电容IC9一端、集成芯片的BOOST端口相连，电阻IR12另一端与电感IL2一端、集成芯片的SENSE端口相连，电容IC9的另一端与电感IL2另一端、集成芯片的SW端口，二极管ID2的负极相连，二极管ID2的正极接地，电阻IR14另一端与集成芯片的VFB接口、电阻IR15一端相连，电阻IR15另一端接地，集成芯片的NTC端口与热敏电阻IR13一端相连，热敏电阻IR13另一端接地，集成芯片的GND接地；

锂电池充电电路1与控制模块接口电路及供电电源电路4的电路连接关系为：控制模块接口电路及供电电源电路4的电路的二极管ID15正极与锂电池充电电路1的二极管ID18正极、二极管ID4正极、电阻IR12一端、集成芯片LT3652的BAT端口、电阻IR14一端相连，二极管ID18负极一端与电源输入端UX相连；

并且锂电池充电电路1的电阻IR9一端与二极管ID1正极、电容IC8一端、控制模块接口电路及供电电源电路4的电源输入端UX相连，电容IC8另一端接地。

升压电路2，如图2所示，升压模块XL6019的EN端口与电阻IR28、电源输入UH EN、电阻IR28B一端相连，电阻IR28的另一端接电源输入端U4，电阻IR28B另一端接地；升压模块XL6019的GND接地，升压模块的FB端口与电阻IR23一端、电阻IR21一端、电阻IR20一端、电阻IR19一端、电阻IR29一端、电阻IR19B一端、电阻IR24一端相连，电阻IR23另一端与电阻IR22一端相连；

电阻IR21另一端与三极管IT4集电极相连，三极管IT4基极与电阻IR27一端、电阻IR18一端相连，电阻IR20另一端与三极管IT3集电极相连，三极管IT3基极与电阻IR26一端、电阻IR27一端相连，电阻19另一端与电阻IR29另一端、三极管IT2集电极相连，三极管IT2基极与电阻IR25一端、电阻IR26一端相连，电阻IR19B另一端与三极管IT2B的集电极相连，三极管IT2B基极与电阻IR16B相连，电阻IR16B另一端与三极管发射极、电阻IR16另一端、三极管IT2发射极、电阻IR17另一端、三极管IT3发射极、电阻IR18另一端、三极管IT4发射极、电阻IR22相连并接地；

二极管ID5正极与升压模块XL6019的SW端口、电感IL3一端相连，升压模块XL6019的VIN端口与电感IL3另一端、电容IC11的另一端、电容IC2的另一端相连，

升压电路2与控制模块接口电路及供电电源电路4的连接关系是：升压模块XL6019的VIN端口与控制模块接口电路及供电电源电路4的UIN端口相连。

输出端控制电路3中，电容IC10另一端接地，电容IC10B另一端接地，电容IC10A另一端接地，三极管IT1基极与电阻IR5B另一端、电阻IR7B一端相连，电阻IR7B另一端与三极管IT1B集电极相连，三极管ITIB的基极与电阻IR4B一端，电阻IR5C一端相连，三极管ITIB发射极与电阻IR5一端相连，电阻IR5另一端与电阻IR5C相连并接地，电阻IR4B另一端接比较器IU2B输出接口、电阻IR4一端,电阻IR4另一端接电阻IR3一端，电容IC3一端，比较器IU2B一个输入端与电容IC3C一端、电阻IRIB一端、电阻IRI相连，电阻IRI另一端接电源输入端US，电容IC3C另一端与电阻IRIB另一端、电阻IRIC一端相连，电阻IRIC另一端接地；

比较器IU2B另一输入端与电阻IR3另一端、电容IC3另一端，电阻IR2B一端相连，电阻IR2B另一端与电阻IR2一端、电阻IR2C一端、三极管IT5集电极相连，电阻IR2另一端接地，电阻IR2C另一端与比较器IU2A的1端、电阻IR49一端，电容IC2B一端，比较器IU2A的8端口与电源输入端UA，电容ICI一端相连，比较器IU2A的4端口接地，比较器的2端口与电阻IR49另一端、电容IC2B另一端，电阻IR50一端相连，电阻IR50另一端接地，比较器IU2A的3端口与电阻IR7一端、电容IC2一端、电阻IR6一端相连，电容IC2另一端与电阻IR7另一端相连并接地，电阻IR6另一端与电阻IR8一端、接线端子的2号接口相连，接线端子的1号接口与电感IL6一端相连，电感IL6另一端与熔断器IFI一端、二极管ID19负极相连，电阻IR8另一端与二极管ID19正极相连，熔断器IFI另一端接三极管ITI发射极；

三极管IT5基极与电阻IR52一端、电阻IR41一端相连，三极管IT5发射极与电阻IR52相连并接地，电阻IR41另一端接电源输入端SM、电阻IR33一端，电阻IR33另一端与电阻IR34一端、三极管IT6基极相连，三极管IT6集电极与电阻IR35一端相连，电阻IR35另一端接输入电源端UA相连，三极管IT6发射极与电阻IR34另一端相连并接地。

升压电路2与输出端控制电路3的电路结构为：升压电路2的二极管ID5负极还与升压电路的电容IC10一端、升压电路2的电容IC10B一端、升压电路2的电容IC10A一端、输出端控制电路3的三极管IT1集电极、输出端控制电路3的电阻IR5B一端相连。

本发明进一步的技术方案是，输出端电压采集与处理电路5，包括比较器、电阻、电容，PE+输入端与电阻IR42一端相连，电阻IR42另一端与电阻IR44一端、电容IC29一端，电阻IR42B一端，电容IC26相连，电阻IR42B另一端与电阻IR48一端、比较器IU7A的3端口，电阻IR48另一端接地，PE-输入端与电阻IR43一端相连，电阻IR43另一端与电阻IR44另一端、电容IC28一端、电容IC26另一端、电阻IR43B一端，电容IC28另一端接地，电阻IR43B另一端与比较器IU7A的2端口、电阻IR51一端，电阻IR51另一端与比较器IU7A的1端口、二极管ID9正极、二极管ID10负极、电源输入端UMT相连，二极管ID9负极与电源输入端UA相连，二极管ID10正极接地。

输出端电压采集与处理电路5的UMT端口与单片机PA0端口相连，将采集的输出电压信号送到单片机A/D转换并进行处理。

本发明进一步的技术方案是，输出端电流采集与处理电路6，包括电阻、二极管、比较器，比较器IU7B的5号输入接口与IFB端口相连，比较器IU7B的6号输入端口与7号接口、二极管ID13正极、二极管ID14负极、电阻IR39一端、输入电源端IMT相连，二极管ID13负极与输入电源端UA相连，二极管ID14正极与电阻IR39另一端相连并接地。

输出端电流采集与处理电路6的IMT端口与单片机PA1端口相连，将采集的电流信号送到单片机A/D转换并进行处理。

本发明进一步的技术方案是，包括电池电压采集与处理电路7，包括电阻、电容、比较器，UB电源输入端与电阻IR30一端相连，电阻IR30另一端与电阻IR31B一端，电阻IR31一端、比较器IU6A的3号端口相连，电阻IR31B另一端，电阻IR31另一端相连并接地，比较器IU6A的8号接口与电源输入端UA、电容IC25一端相连，电容IC25另一端接地，电源输入端UBT与二极管ID7正极、二极管ID8负极、电阻IR32一端、比较器IU6A的1号端口和比较器IU6A的2号端口相连，电阻IR32另一端接地，比较器IU6A的4号接口接地，二极管ID7的负极与电源输入端UA相连，二极管ID8的正极接地。

电池电压采集与处理电路7的UBT端口与单片机PC0端口相连，将采集的电池电压送到单片机A/D转换并进行处理。

本发明进一步的技术方案是，包括升压模块输出电压采集与处理电路8，包括电阻、比较器，电源输入端UH与电阻IR36一端相连，电阻IR36另一端与电阻IR37一端、比较器IU6B的5端口相连，电阻IR37的另一端接地，电源输入端UQT输入端与二极管ID11正极、二极管ID12的负极、比较器IU6B的7号端口、IU6B的6号端口、电阻IR38的一端相连，电阻IR38另一端接地，二极管ID11负极与电源输入端相连，二极管ID12的正极接地。

升压模块输出电压采集与处理电路8的UQT端口与单片机PC1端口相连，将采集的输出电压送到单片机A/D转换并进行处理。

本发明进一步的技术方案是，单片机的S2、S1、S0端口分别通过电阻IR25、电阻IR26、电阻IR27与电阻网络MOS管IT2、MOS管IT3、MOS管IT4连接，实现单片机与升压电路相连，同时单片机还与按键电路相连。

单片机电路为：如图9所示，单片机最小系统9包括单片机、复位电路、低频晶振电路、I/O接口排，复位电路、低频晶振电路、I/O接口排均与单片机信号相连。

按键电路为：如图10所示，包括按键KC2、按键KC3、按键KC4、按键KA5、按键KA6、按键KA7、电阻TR9、二极管G、三极管、电阻TR7、二极管LC、二极管LF，按键KC2一端与单片机的PC2端口相连，按键KC2另一端与按键KC3另一端、按键KC4另一端、按键KA5另一端、按键KA6另一端、按键KA7另一端、三极管发射极相连并接地，电阻TR9与三极管基极相连，三极管的集电极与二极管G负极相连，二极管G正极与电阻TR7一端相连，电阻TR7另一端与输入电源，二极管LC正极，二极管LF正极相连。

单片机与按键电路的连接电路为：

按键KC3一端与单片机的PC3端口相连，按键KC4一端与单片机的PC4端口相连，按键KA5一端与单片机PA5端口相连、按键KA6一端与单片机PA6端口相连、按键KA7一端与单片机PA7相连，电阻TR9另一端与单片机PC13端口相连。

同时本发明还提供电路的安装方法，其具体实施方式如下：

用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路安装方法，包括以下步骤：

步骤1.在开关电流升压/降压型DC-DC转换器的FB端口安装一个并联的电阻网络10。

开关电流升压/降压型DC-DC转换器安装在升压电路中，升压电路结构为：

如图2所示，升压模块XL6019的EN端口与电阻IR28、电源输入UH EN、电阻IR28B一端相连，电阻IR28的另一端接电源输入端U4，电阻IR28B另一端接地；升压模块XL6019的GND接地，二极管ID5负极还与电容IC10一端、电容IC10B一端、电容IC10A一端、三极管IT1集电极、电阻IR5B一端相连，电容IC10另一端接地，电容IC10B另一端接地，电容IC10A另一端接地，三极管IT1基极与电阻IR5B另一端、电阻IR7B一端相连，电阻IR7B另一端与三极管IT1B集电极相连，单机关ITIB的基极与电阻IR4B一端，电阻IR5C一端相连，三极管ITIB发射极与电阻IR5一端相连，电阻IR5另一端与电阻IR5C相连并接地，电阻IR4B另一端接比较器IU2B输出接口、电阻IR4一端,电阻IR4另一端接电阻IR3一端，电容IC3一端，比较器IU2B一个输入端与电容IC3C一端、电阻IRIB一端、电阻IRI相连，电阻IRI另一端接电源输入端US，电容IC3C另一端与电阻IRIB另一端、电阻IRIC一端相连，电阻IRIC另一端接地；

其中，并联电阻网络10结构为：升压模块的FB端口与电阻IR23一端、电阻IR21一端、电阻IR20一端、电阻IR19一端、电阻IR29一端、电阻IR19B一端、电阻IR24一端相连，电阻IR23另一端与电阻IR22一端相连，电阻IR21另一端与三极管IT4集电极相连，三极管IT4基极与电阻IR27一端、电阻IR18一端相连，电阻IR20另一端与三极管IT3集电极相连，三极管IT3基极与电阻IR26一端、电阻IR27一端相连，电阻19另一端与电阻IR29另一端、三极管IT2集电极相连，三极管IT2基极与电阻IR25一端、电阻IR26一端相连，电阻IR19B另一端与三极管IT2B的集电极相连，三极管IT2B基极与电阻IR16B相连，电阻IR16B另一端与三极管发射极、电阻IR16另一端、三极管IT2发射极、电阻IR17另一端、三极管IT3发射极、电阻IR18另一端、三极管IT4发射极、电阻IR22相连并接地。

步骤2.在单片机9电路中安装按键电路；

步骤3.将单片机9与步骤1中的电阻网络连接，实现单片机9输出3位控制信号，通过控制3个MOS管通断，从而改变并联电阻网络10的电阻值；

单片机的S2、S1、S0端口分别通过电阻IR25、电阻IR26、电阻IR27与电阻网络MOS管IT2、MOS管IT3、MOS管IT4连接。

步骤4.将升压电路2与控制模块接口电路及供电电源电路4、输出端控制电路3连接，利用锂电池连接锂电池充电电路1提供电源，测试在输出端电压采集与处理电路5能否得到9V、12V、15V、18V、24V、27V、30V直流电压输出。

本发明进一步的技术方案是，输出端控制电路连接输出端电压采集与处理电路5、输出端电流采集与处理电路6电路连接，锂电池充电电路与电池电压采集与处理电路7电路连接，升压电路与升压模块输出电压采集与处理电路8电路连接。

本发明进一步的技术方案是，将输出端控制电路3安装连接碳棒，将碳棒插入需要待测矿区或需要区分物化探异常源性质的区域，工作48小时，将测试后的碳棒采用人工电场力法检测微量离子晕中的元素信息，检测微量离子晕中的元素信息。

本发明优选的技术方案是，步骤1中的开关电流升压/降压型DC-DC转换器型号为XL6019，单片机型号为STM32L151RCT6A。

本发明优选的技术方案是，的XL6019开关电流升压/降压型DC-DC转换器输入端采用四节18650锂电池并联供电。

本进一步技术方案是，步骤4中锂电池与芯片为LT3652的锂电池充电电路连接供电；

其中，LT3652充电管理芯片为：如图1所示，集成芯片VIN接口与SHDN接口、电容IC27一端、二极管ID1负极相连，电容IC27另一端接地，集成芯片的VIN-REG端口与电阻IR9一端，电阻IR10一端相连，电阻IR10另一端与电阻IR11一端相连，电阻IR11另一端接地，电阻IR9一端与二极管ID1正极、电容IC8一端、电源输入端UX相连，电容IC8另一端接地，集成芯片的CHRG端口与电阻IR52B一端相连，电阻IR52B与ILED1负极相连，集成芯片的FAULT端口与电阻IR53相连，电阻IR53另一端与ILED2负极相连，ILED2正极与ILED1正极、电源输入端UB相连。

本发明是采用按键电路调整需要的输出端电压采集与处理电路8的输出电压档位，由单片机输出3位控制信号到升压电路2的S2、S1、S0，控制电阻网络中IT2、IT3、IT4三个MOS管的通断，改变并联电阻网络的电阻值，由公式Uout＝1.25(1+Ru/Rd),从而得到9V、12V、15V、18V、21V、24V、27V、30V共八个档位的直流电压输出；

系统设计采用STM32L151RCT6A超低功耗单片机为主控芯片，设置睡眠模式配合低功耗唤醒模式。系统启动运行工作三分钟后，自动进入睡眠模式，关闭LCD显示屏；按压任意按键，进入低功耗唤醒运行模式，LCD显示屏重新点亮，可进行相应操作。在唤醒模式下，单片机工作电流在8.6μA以内。

整个系统采用4节3400mAh容量的18650锂电池供电。经测试，电源输出端连接1KΩ负载，在不同档位电压输出情况下，均能保证系统连续工作48小时以上。

系统仿真测试：

按照步骤1-步骤4中，将用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路连接起来，测试输出端电压采集与处理电路5具有真实输出9V、12V、15V、18V、21V、24V、27V、30V共8个档位的可调直流电压，并在不同档位电压输出情况下，均可保证地电化学的正常提取过程，且系统能连续工作48小时以上，锂电池充电过程中，安装在锂电池充电回路中ILED(绿色)能正常工作；锂电池充电4.2V，充电即自动停止，ILED(绿色)指示灯熄灭，充电过程结束，整个充电过程大约需要12小时。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，包括锂电池充电电路(1)、升压电路(2)、输出端控制电路(3)、控制模块接口电路及供电电源电路(4)、单片机(9)，锂电池充电电路(1)与控制模块接口电路及供电电源电路(4)连接，升压电路(2)与控制模块接口电路及供电电源电路(4)相连，升压电路(2)与输出端控制电路(3)相连，单片机(9)与升压电路(2)相连；

其中，锂电池充电电路(1)为，集成芯片VIN接口与SHDN接口、电容IC27一端、二极管ID1负极相连，电阻IR9一端与二极管ID1正极、电容IC8一端、控制模块接口电路及供电电源电路4的电源输入端UX相连，电容IC8另一端接地，电容IC27另一端接地，集成芯片的VIN-REG端口与电阻IR9一端，电阻IR10一端相连，电阻IR10另一端与电阻IR11一端相连，电阻IR11另一端接地，集成芯片的CHRG端口与电阻IR52B一端相连，电阻IR52B与ILED1负极相连，集成芯片的FAULT端口与电阻IR53相连，电阻IR53另一端与ILED2负极相连，ILED2正极与ILED1正极、电源输入端UB相连；

集成芯片SW端口与电容IC9一端，电感IL2一端、二极管ID2负极相连，二极管ID2另一端接地；集成芯片BOOST端口与电容IC9另一端、二极管ID4负极相连；集成芯片SENSE端口与电感IL2另一端、电阻IR12一端相连，集成芯片端口BAT端口与电阻IR14一端相连；集成芯片NTC端口与热敏电阻IR13一端相连，热敏电阻IR13另一端接地；集成芯片VFB端口与电阻IR14另一端，电阻IR15一端相连，电阻IR15另一端接地，集成芯片GND端口接地；

控制模块接口电路及供电电源电路(4)的电路的二极管ID15正极与锂电池充电电路(1)的二极管ID18正极、二极管ID4正极、电阻IR12一端、集成芯片LT3652的BAT端口、电阻IR14一端相连，二极管ID18负极一端与电源输入端UX相连；控制模块接口电路及供电电源电路(4)中，接线排的2号和3号端子与电源输入端U4、电池DC1负极、电池DC2负极相连，电池DC1通过开关SP与电池DC3正极、电池DC4的正极相连，电池DC3的负极与电池DC4的负极相连后并接地，电池DC1正极和电池DC2的正极相连后与二极管ID16正极、二极管ID15负极相连；

二极管ID16负极与二极管ID17负极、电容IC14一端、电容IC15一端，电容IC6一端、电源输入端UIN、升压模块的VIN端口、电容IC11一端，电容IC12一端相连，电容IC11另一端与电容IC12另一端相连并接地；二极管ID17正极与电源输入端UX、输入端子的1号接口相连，电容IC4另一端与电容IC5另一端，电容IC6另一端、输入端子的2号接口相连并接地；

升压电路(2)，升压模块XL6019的EN端口与电阻IR28、电源输入UHEN、电阻IR28B一端相连，电阻IR28的另一端接电源输入端U4，电阻IR28B另一端接地；升压模块XL6019的GND接地，升压模块的FB端口与电阻IR23一端、电阻IR21一端、电阻IR20一端、电阻IR19一端、电阻IR29一端、电阻IR19B一端、电阻IR24一端相连，电阻IR23另一端与电阻IR22一端相连；

电阻IR21另一端与三极管IT4集电极相连，三极管IT4基极与电阻IR27一端、电阻IR18一端相连，电阻IR20另一端与三极管IT3集电极相连，三极管IT3基极与电阻IR26一端、电阻IR27一端相连，电阻19另一端与电阻IR29另一端、三极管IT2集电极相连，三极管IT2基极与电阻IR25一端、电阻IR26一端相连，电阻IR19B另一端与三极管IT2B的集电极相连，三极管IT2B基极与电阻IR16B相连，电阻IR16B另一端与三极管IT2B发射极、电阻IR16另一端、三极管IT2发射极、电阻IR17另一端、三极管IT3发射极、电阻IR18另一端、三极管IT4发射极、电阻IR22相连并接地；

二极管ID5正极与升压模块XL6019的SW端口、电感IL3一端相连，升压模块XL6019的VIN端口与电感IL3另一端、电容IC11的另一端、电容IC2的另一端相连；二极管ID5的负极与电容IC10一端、电容IC10B一端、电容IC10A一端，电容IC10另一端、电容IC10B另一端、电容IC10A另一端均接地；

升压模块XL6019的VIN端口与控制模块接口电路及供电电源电路(4)的UIN端口相连；

输出端控制电路(3)中，三极管IT1基极与电阻IR5B另一端、电阻IR7B一端相连，三极管IT1发射极与熔断器IF1一端相连，电阻IR7B另一端与三极管IT1B集电极相连，三极管ITIB的基极与电阻IR4B一端，电阻IR5C 一端相连，三极管ITIB发射极与电阻IR5一端相连，电阻IR5另一端与电阻IR5C相连并接地，电阻IR4B另一端接比较器IU2B输出接口、电阻IR4一端,电阻IR4另一端接电阻IR3一端，电容IC3一端，比较器IU2B一个输入端与电容IC3C一端、电阻IRIB一端、电阻IRI一端相连，电阻IRI另一端接电源输入端US，电容IC3C另一端与电阻IRIB另一端、电阻IRIC一端相连，电阻IRIC另一端接地；

比较器IU2B另一输入端与电阻IR3另一端、电容IC3另一端，电阻IR2B一端相连，电阻IR2B另一端与电阻IR2一端、电阻IR2C一端、三极管IT5集电极相连，电阻IR2另一端接地，电阻IR2C另一端与比较器IU2A的1端、电阻IR49一端，电容IC2B一端相连，比较器IU2A的8端口与电源输入端UA，电容ICI一端相连，比较器IU2A的4端口接地，比较器的2端口与电阻IR49另一端、电容IC2B另一端，电阻IR50一端相连，电阻IR50另一端接地，比较器IU2A的3端口与电阻IR7一端、电容IC2一端、电阻IR6一端相连，电容IC2另一端与电阻IR7另一端相连并接地，电阻IR6另一端与电阻IR8一端、接线端子的2号接口相连，接线端子的1号接口与电感IL6一端相连，电感IL6另一端与熔断器IFI一端、二极管ID19负极相连，电阻IR8另一端与二极管ID19正极相连并接地；

三极管IT5基极与电阻IR52一端、电阻IR41一端相连，三极管IT5发射极与电阻IR52相连并接地，电阻IR41另一端接电源输入端SM、电阻IR33一端，电阻IR33另一端与电阻IR34一端、三极管IT6基极相连，三极管IT6集电极与电阻IR35一端相连，电阻IR35另一端接输入电源端UA相连，三极管IT6发射极与电阻IR34另一端相连并接地；

升压电路(2)的二极管ID5负极还与输出端控制电路(3)的三极管IT1集电极、输出端控制电路(3)的电阻IR5B一端相连。

2.根据权利要求1的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，输出端控制电路(3)与若干碳棒连接，输出端控制电路(3)的电源输出端PE+、PE-通过导线与两根碳棒相连接，将碳棒埋入地下吸附金属离子。

3.根据权利要求1的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，还包括输出端电压采集与处理电路(5)，包括比较器、电阻、电容，PE+输入端与电阻IR42一端相连，电阻IR42另一端与电阻IR44一端、电容IC29一端，电阻IR42B一端，电容IC26相连，电容IC29另一端接地，电阻IR42B另一端与电阻IR48一端、比较器IU7A的3端口，电阻IR48另一端接地，PE-输入端与电阻IR43一端相连，电阻IR43另一端与电阻IR44另一端、电容IC28一端、电容IC26另一端、电阻IR43B一端相连，电容IC28另一端接地，电阻IR43B另一端与比较器IU7A的2端口、电阻IR51一端，电阻IR51另一端与比较器IU7A的1端口、二极管ID9正极、二极管ID10负极、电源输入端UMT相连，二极管ID9负极与电源输入端UA相连，二极管ID10正极接地；

输出端电压采集与处理电路(5)的UMT端口与单片机(9)PA0端口相连，将采集的输出电压信号送到单片机A/D转换并进行处理。

4.根据权利要求1的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，还包括输出端电流采集与处理电路(6)，包括电阻、二极管、比较器，比较器IU7B的5号输入接口与IFB端口相连，比较器IU7B的6号输入端口与7号接口、二极管ID13正极、二极管ID14负极、电阻IR39一端、输入电源端IMT相连，二极管ID13负极与输入电源端UA相连，二极管ID14正极与电阻IR39另一端相连并接地；

输出端电流采集与处理电路(6)的IMT端口与单片机(9)PA1端口相连，将采集的电流信号送到单片机A/D转换并进行处理。

5.根据权利要求1的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，还包括电池电压采集与处理电路(7)，包括电阻、电容、比较器，UB电源输入端与电阻IR30一端相连，电阻IR30另一端与电阻IR31B一端，电阻IR31一端、比较器IU6A的3号端口相连，电阻IR31B另一端，电阻IR31另一端相连并接地，比较器IU6A的8号接口与电源输入端UA、电容IC25一端相连，电容IC25另一端接地，电源输入端UBT与二极管ID7正极、二极管ID8负极、电阻IR32一端、比较器IU6A的1号端口和比较器IU6A的2号端口相连，电阻IR32另一端接地，比较器IU6A的4号接口接地，二极管ID7的负极与电源输入端UA相连，二极管ID8的正极接地；

电池电压采集与处理电路(7)的UBT端口与单片机(9)PC0端口相连，将采集的电池电压送到单片机(9)A/D转换并进行处理。

6.根据权利要求1的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，还包括升压模块输出电压采集与处理电路(8)，包括电阻、比较器，电源输入端UH与电阻IR36一端相连，电阻IR36另一端与电阻IR37一端、比较器IU6B的5端口相连，电阻IR37的另一端接地，电源输入端UQT输入端与二极管ID11正极、二极管ID12的负极、比较器IU6B的7号端口、比较器IU6B的6号端口、电阻IR38的一端相连，电阻IR38一端接比较器IU6B的6号端口，电阻IR38另一端接地，二极管ID11负极与电源输入端UA相连，二极管ID12的正极接地；

升压模块输出电压采集与处理电路(8)的UQT端口与单片机PC1端口相连，将采集的输出电压送到单片机A/D转换并进行处理。

7.根据权利要求1的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路，其特征在于，单片机(9)的S2、S1、S0端口分别通过电阻IR25、电阻IR26、电阻IR27与电阻网络(10)的MOS管IT2、MOS管IT3、MOS管IT4连接，实现单片机与升压电路(2)相连，同时单片机(9)还与按键电路相连。

8.用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.在开关电流升压/降压型DC-DC转换器的FB端口安装一个并联的电阻网络(10)；

步骤2.在单片机(9)电路中安装按键电路；

步骤3.将单片机(9)与步骤1中的电阻网络(10)连接，实现单片机(9)输出3位控制信号，通过控制3个MOS管通断，从而改变并联电阻网络(10)的电阻值；

步骤4.将升压电路(2)与控制模块接口电路及供电电源电路(4)、输出端控制电路(3)连接，利用锂电池连接锂电池充电电路(1)提供电源，测试在输出端电压采集与处理电路(5)得到9V、12V、15V、18V、24V、27V、30V直流电压输出。

9.根据权利要求7所述的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路安装方法，其特征在于，输出端控制电路连接输出端电压采集与处理电路(5)、输出端电流采集与处理电路(6)电路连接，锂电池充电电路与电池电压采集与处理电路(7)电路连接，升压电路与升压模块输出电压采集与处理电路(8)电路连接。

10.根据权利要求7所述的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路安装方法，其特征在于，将输出端控制电路(3)安装连接碳棒，将碳棒插入需要待测矿区或需要区分物化探异常源性质的区域，工作48小时，将测试后的碳棒采用人工电场力富集方法，检测微量离子晕中的元素信息。

11.根据权利要求7所述的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路安装方法，其特征在于，步骤1中的开关电流升压/降压型DC-DC转换器型号为XL6019，单片机型号为STM32L151RCT6A；

XL6019开关电流升压/降压型DC-DC转换器输入端采用四节18650锂电池并联供电；

步骤4中锂电池与芯片为LT3652的锂电池充电电路连接供电；

其中，LT3652充电管理芯片为：集成芯片VIN接口与SHDN接口、电容IC27一端、二极管ID1负极相连，电容IC27另一端接地，集成芯片的VIN-REG端口与电阻IR9一端，电阻IR10一端相连，电阻IR10另一端与电阻IR11一端相连，电阻IR11另一端接地，电阻IR9一端与二极管ID1正极、电容IC8一端、电源输入端UX相连，电容IC8另一端接地，集成芯片的CHRG端口与电阻IR52B一端相连，电阻IR52B与ILED1负极相连，集成芯片的FAULT端口与电阻IR53相连，电阻IR53另一端与ILED2负极相连，ILED2正极与ILED1正极、电源输入端UB相连。