CN109839668A - 一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法。本方法可将直流稳压电源的输出电压输入到高速低噪精密运算放大器，再将运放输出送入STM32单片机的A/D转换器；在电源输出端设置1Ω采样电阻，将输出电路的电流信号转换成电压信号，输入到精密运算放大器，再将精密运算输出送达STM32单片机的A/D转换器。单片机每10分钟对A/D转换器采集数据一次，将采集到的电压、电流和对应的时间数据保存到单片机的存储器内。本发明的优点是自动采集与记录地电化学提取过程中，直流稳压电源输出端的工作电压、工作电流和对应的时间信息，每十分钟采集并记录一次，以便后期分析输出电压、输出电流与地电化学提取效果之间的关系。

Description

一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法

技术领域

本发明属于数据采集设备技术领域，具体的说，涉及一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法。

背景技术

地电化学提取方法属深穿透地球化学方法的一种，主要应用于隐伏(盲)矿产的勘查。

该方法以地下岩石及地表松散层中的相关粒子(阴阳离子、离子团和带电性的络合物)动态平衡为基础，在外加电场的作用下，打破地下岩石中的粒子动态平衡，促使相关粒子向提取电极中迁移，从而分析提取材料上的粒子含量,发现与矿化有关的金属粒子异常。

原地电化学提取方法，不能准确记录地电提取过程中电源输出端瞬时工作电压、工作电流及对应的时间信息，无法分析供电装置输出端工作电压、工作电流与地电提取效果之间的潜在关系，极大地阻碍了该方法的应用推广。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出的一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法，能够准确采集记录地电化学提取过程中，直流稳压电源输出端的工作电压、工作电流和对应的时间信息。

一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法，包括以下步骤：

步骤一、地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路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，并将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3的电源输出端PE+、PE-与输出端电压采集电路5中的高速低噪精密运算放大器IU7A的差分输入端相连接，其中，PE+与IR42连接，PE-与IR43连接，通电测试，将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3的电压输出送入输出端电压采集电路5中的高速低噪精密运算放大器IU7A，设定高速低噪精密运算放大器IU7A的放大倍数为1/12，并将高速低噪精密运算放大器IU7A的输出送入用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9的A/D转换器内；

步骤二、将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3的PE-与IR8采样电阻相连接，采样电阻的另一端接地，设置采样电阻的阻值为1Ω，地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3采样电压经过IU2A高速低噪精密运算放大器放大处理后，将该运放的输出IFB与输出端电流采集与处理电路6中的高速低噪精密运算放大器IU7B的同相输入端相连接，设定高速低噪精密运算放大器IU7B放大倍数为1/3，并将高速低噪精密运算放大器IU7B的输出送入步骤一中的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9的A/D转换器；

步骤三、用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9每10分钟对步骤一和步骤二中的输出端电压采集电路5中的高速低噪精密运算放大器IU7A和输出端电流采集与处理电路6中的高速低噪精密运算放大器IU7B采集一次数据，并保存至用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9自带的EEPROM数据存储器；

步骤四、完成步骤三操作后，在步骤三中的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9连接的控制面板上操作，并与步骤三中的单片机9连接的控制面板的LCD显示屏上读取数据；

步骤五、利用步骤四中的数据分析地电化学提取的实验效果。

本发明优选的是，所述的高速低噪精密运算放大器型号为TLE2142IDR，单片机型号为STM32L151RCT6。

本发明进一步的技术方案是，所述的步骤三种的采集数据为电压、电流、对应时间数据。

本发明的有益效果：

本发明是自动采集与记录地电化学提取过程中直流稳压电源输出端的工作电压、工作电流和对应的时间信息，每十分钟采集并记录一次，以便于分析供电装置输出端工作电压、工作电流与地电提取效果之间的潜在关系。

附图说明

图1为的锂电池充电电路部分电路结构示意图；

图2为的升压电路部分电路结构示意图；

图3为的输出端控制电路部分电路结构示意图；

图4为的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为的输出端电压采集与处理电路部分电路结构示意图；

图6为的输出端电流采集与处理电路部分电路结构示意图；

图7为的电池电压采集与处理电路部分电路结构示意图；

图8为的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；

锂电池安装在锂电池充电电路1中，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与两碳棒连接。

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另一端接运放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，运算放大器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；

运算放大器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另一端与运算放大器IU2A的1端、电阻IR49一端，电容IC2B一端，运算放大器IU2A的8端口与电源输入端UA，电容ICI一端相连，运算放大器IU2A的4端口接地，运放的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，运算放大器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，包括运放、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、运放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另一端与运放IU7A的2端口、电阻IR51一端，电阻IR51另一端与运放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、运放，运放IU7B的5号输入接口与IFB端口相连，运放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、运放，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、运放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，运放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、运放IU6A的1号端口和运放IU6A的2号端口相连，电阻IR32另一端接地，运放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、运放，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、运放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、运放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。

本发明利用地电化学提取的数据采集与记录电路，进行数据的采集与记录，由此提出一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法，包括以下步骤：

步骤一、地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路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，通电测试，地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3的电源输出端PE+、PE-与输出端电压采集电路5中的高速低噪精密运算放大器IU7A的差分输入端相连接，其中，PE+与IR42连接，PE-与IR43连接，将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3的电压输出送入输出端电压采集电路5中的高速低噪精密运算放大器IU7A，设定高速低噪精密运算放大器IU7A的放大倍数为1/12，并将高速低噪精密运算放大器IU7A的输出送入用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9的A/D转换器内；

步骤二、再将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3的PE-与IR8电阻相连接，采样电阻的另一端接地，设置采样电阻的阻值为1Ω，地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路3采样电压经过IU2A高速低噪精密运算放大器放大处理高速低噪精密运算放大器放大处理后，将该运放的输出IFB与输出端电流采集与处理电路6中的高速低噪精密运算放大器IU7B的同相输入端(IU7B的5号端子)相连接，设定高速低噪精密运算放大器IU7B放大倍数为1/3，并将高速低噪精密运算放大器B的输出送入步骤一中的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9的A/D转换器；

步骤三、用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机每10分钟对步骤一和步骤二中的输出端电压采集电路5中的高速低噪精密运算放大器A和输出端电流采集与处理电路6中的高速低噪精密运算放大器IU7B采集一次数据，并保存至用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9自带的EEPROM数据存储器；

步骤四、完成步骤三操作后，在步骤三中的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机9连接的控制面板上操作，并于与步骤三中的单片机9连接的控制面板的LCD显示屏上读取数据；

步骤五、利用步骤四中的数据分析地电化学提取的实验效果。

本发明优选的是，所述的高速低噪精密运算放大器型号为TLE2142IDR，单片机9型号为STM32L151RCT6。

本发明进一步的技术方案是，所述的步骤三中的采集数据为电压、电流、对应时间数据。

系统仿真测试

按照步骤1-步骤4，将用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端，通过导线与两根碳棒电源连接，并将碳棒埋入采集区域地下约30厘米深处。启动电源开关，通过按键设置好输出电压档位(9V-30V)和采集时间周期；然后按压RUN键，系统进入金属离子吸附和数据采集工作状态，每10分钟自动采集并记录一次直流稳压电源输出端的工作电压、工作电流和对应的时间信息。系统工作到设置的采集时间后，自动停止工作，直流稳压电源输出停止，数据采集工作也随之停止。之后进入步骤5，将该数据采集仪取回，在实验室通过按键操作，人工读取并记录数据采集过程中直流稳压电源输出端的工作电压、工作电流和对应的时间信息，分析地电化学提取的实验效果。经测试比对，读取的采集数据完整，时间信息准确，仪器记录的工作电压、工作电流数据与实际工作电压、工作电流数据一致。

本发明的优势是，可在下次地电化学提取实验前提取上一次的实验数据。单片机的数据会被覆盖，下次地电化学提取实验数据记录开始进行后，上一次地电化学提取的实验数据会清零。

系统每十分钟采集并记录一次直流稳压电源输出端(地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端电压采集与处理电路)的工作电压、工作电流和对应的时间信息，采集记录的实验数据与输出端实际电压值、电流值一致；数据采集与记录过程可持续48小时以上；系统按设定的工作时间自动采集并记录实验数据；数据采集过程结束后，可通过按键操作查看实验数据，以便后期分析输出电压、输出电流与地电化学提取效果之间的关系。可在下次地电化学提取实验前重复提取上一次的实验数据；下次地电化学提取实验数据记录开始进行后，上一次地电化学提取的实验数据会被自动覆盖。

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 (2)

1.一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法，包括以下步骤：

步骤一、地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路(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，并将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路(3)的电源输出端PE+、PE-与输出端电压采集电路(5)中的高速低噪精密运算放大器IU7A的差分输入端相连接，其中，PE+与IR42连接，PE-与IR43连接，通电测试，将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路(3)的电压输出送入输出端电压采集电路(5)中的高速低噪精密运算放大器A，设定高速低噪精密运算放大器IU7A的放大倍数为1/12，并将高速低噪精密运算放大器IU7A的输出送入用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机(9)的A/D转换器内；

步骤二、将地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路(3)的PE-与IR8采样电阻相连接，采样电阻的另一端接地，设置采样电阻的阻值为1Ω，地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的输出端控制电路(3)采样电压经过IU2A高速低噪精密运算放大器放大处理后，将该运放的输出IFB与输出端电流采集与处理电路(6)中的高速低噪精密运算放大器I U7B的同相输入端相连接，设定高速低噪精密运算放大器I U7B放大倍数为1/3，并将高速低噪精密运算放大器IU7B的输出送入步骤一中的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机(9)的A/D转换器；

步骤三、用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机(9)每10分钟对步骤一和步骤二中的输出端电压采集电路(5)中的高速低噪精密运算放大器IU7A和输出端电流采集与处理电路(6)中的高速低噪精密运算放大器IU7B采集一次数据，并保存至用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机(9)自带的EEPROM数据存储器；

步骤四、完成步骤三操作后，在步骤三中的用于地电化学提取的多档位直流稳压电源电路的单片机(9)连接的控制面板上操作，并与步骤三中的单片机(9)连接的控制面板的LCD显示屏上读取数据；

步骤五、利用步骤四中的数据分析地电化学提取的实验效果。

2.根据权利要求1所述的一种用于地电化学提取的数据采集与记录实现方法，其特征在于，所述的高速低噪精密运算放大器IU2A、高速低噪精密运算放大器IU7B、高速低噪精密运算放大器IU7B型号为TLE2142IDR，单片机(9)型号为STM32L151RCT6。