CN220381303U - 一种地磁检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地磁检测仪，该地磁检测仪包括测量探杆，在该测量探杆上设置至少2个磁场传感器，在每个磁场传感器的位置分别设置1个激光测距传感器，即分别是第一激光测距传感器和第二激光测距传感器。所述地磁检测仪包括MCU，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器通过I2C总线、以相同的I2C地址、分别作为第一I2C从机和第二I2C从机接入所述地磁检测仪的MCU,所述MCU作为I2C主机。所述MCU的一个GPIO作为I2C从机选通控制管脚CTL，控制管脚CTL通过连接一选通电路接入所述第一I2C从机和第二I2C从机。

Description

一种地磁检测仪

技术领域

本实用新型属于测量设备技术领域，特别涉及一种地磁检测仪。

背景技术

在金属矿产资源勘査工作中，电磁法是一种常用的方法，即利用便携的手持地磁检测仪器，对目标区域的地下磁场分布进行探测，从而根据磁场异常分布来分析地下矿产资源的状况。其中，磁场传感器距离地表的距离是一项重要的参数。为了准确检测该参数，ToF(Time of Flight，飞行时间)激光测距传感器被用于手持式地磁检测仪中。在该种检测仪中，一般至少需要使用两个以上的ToF传感器。市场上出现的ToF传感器，以ST公司的VL53L5CX为例，该ToF传感器采用的是I2C数据通信接口。

I2C英文全称Inter-Integrated Circuit，是一种串行通讯总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在80年代开发，用于主板、嵌入式系统连接周边低速设备。实现I2C通信只需要SDA和SCL两根线即可，且所有设备都可以挂接到总线上，使用简单，硬件管脚资源占用少，几十年以来得到了非常广泛的应用。但是，在I2C总线结构中，每个I2C设备都有唯一的I2C地址，主机正是依靠这个I2C地址来准确找到挂在总线上的目标设备，来保证I2C设备访问的准确性。由于I2C地址资源是有限，在实际的工程中，经常会碰到与I2C地址有关的问题无法解决，包括：1.两个以上的I2C设备具有相同的I2C地址，在同一个I2C总线无法同时使用；2.一种I2C设备需要使用多个I2C地址。譬如，上文提及的ToF传感器，ST公司的VL53L5CX，该ToF传感器采用的是I2C数据通信接口，每个传感器仅有一个固定的I2C地址0x52，当需要在一套仪器中安装两个测距传感器的时候，不可避免就会出现I2C从机的地址冲突。

为了解决上述问题，一般的做法是将相同地址的I2C设备分别挂接在不同的I2C总线上，但是这将会浪费MCU的硬件管脚资源，也使后期系统软件和硬件的维护变得更加复杂。另外，还有一些方案，包括采用译码器、模拟电子开关等等对I2C从机进行控制，虽然能够解决问题，但方案相对复杂，成本偏高。

因此，一种简便易用的，在I2C从机地址冲突的时候能保证系统通信的电路，已经成为技术上的必要。

实用新型内容

本实用新型提供了一种地磁检测仪，目的在于解决现有地磁检测仪中无法使用多个I2C总线测距传感器的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例之一，一种地磁检测仪，该地磁检测仪包括测量探杆，在该测量探杆上设置至少2个磁场传感器，在每个磁场传感器的位置分别设置1个激光测距传感器，即分别是第一激光测距传感器和第二激光测距传感器。

所述地磁检测仪包括MCU，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器通过I2C总线、以相同的I2C地址、分别作为第一I2C从机和第二I2C从机接入所述地磁检测仪的MCU,所述MCU作为I2C主机。所述MCU的一个GPIO作为I2C从机选通控制管脚CTL，控制管脚CTL通过连接一选通电路接入所述第一I2C从机和第二I2C从机。

优选的，所述选通电路包括多个MOS管级，用以选通第一I2C从机总线的串行时钟线SCL1或第二I2C从机总线的串行时钟线SCL2。

优选的，所述选通电路包括第一MOS管Q1，第一I2C从机的SCL1管脚连接所述第一MOS管Q1的漏极D1，所述第一MOS管Q1的源极S1连接所述MCU的串行时钟线SCL，

所述选通电路包括第二MOS管Q2，第二I2C从机的SCL2管脚连接所述第二MOS管Q2的漏极D2，所述第二MOS管Q2的源极S2连接所述MCU的串行时钟线SCL。

优选的，所述选通电路包括第三MOS管Q3，所述第三MOS管Q3的栅极G3连接所述MCU的控制管脚CTL，所述第三MOS管Q3的漏极D3连接所述第一MOS管Q1的栅极G1，

所述选通电路包括第四MOS管Q4，所述第四MOS管Q4的栅极G4连接包括第三MOS管Q3的漏极D3，所述第四MOS管Q4的漏极D4连接所述第二MOS管Q2的栅极G2。

该选通电路是一种I2C从机地址冲突访问电路，在一套I2C总线上可以挂接2个地址相同的I2C从机，通过控制管脚去选通需要进行通信的I2C从机，实现准确的访问控制。

本实用新型实施例，通过使用选通电路实现对于多个I2C从机冲突地址的选择，实现了在地磁仪中使用多个激光测距传感器的目的。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

图1根据本实用新型实施例之一的地磁仪组成结构示意图。

图2根据本实用新型实施例之一的地磁仪中I2C总线实现电路示意图。

101——第一磁场传感器，102——第二磁场传感器，

200——测量探杆，

301——第一激光测距传感器，302——第二激光测距传感器。

具体实施方式

为了解决现有地磁仪无法使用多个I2C从机地址相同的激光测距传感器的问题，本实用新型提供了一种地磁仪，该地磁仪包括I2C从机地址选通电路，通过该选通电路，以一种简便易用的方式，解决激光测距传感器I2C从机地址冲突的问题。

根据一个或者多个实施例，如图1所示。一种地磁检测仪，该地磁检测仪包括测量探杆，在该测量探杆上设置至少2个磁场传感器，在每个磁场传感器的位置分别设置1个激光测距传感器，即分别是第一激光测距传感器和第二激光测距传感器。

所述地磁检测仪包括MCU，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器通过I2C总线、以相同的I2C地址、分别作为第一I2C从机和第二I2C从机接入所述地磁检测仪的MCU,所述MCU作为I2C主机。所述MCU的一个GPIO作为I2C从机选通控制管脚CTL，控制管脚CTL通过连接一选通电路接入所述第一I2C从机和第二I2C从机。

根据一个或者多个实施例，一种地磁仪，包括I2C主机、2个I2C从机和I2C从机选通电路，该I2C从机选通电路包括从机选通控制模块、I2C时钟信号控制模块。

所述I2C主机，一般是MCU的I2C数字通信接口，有SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)两个通信管脚，另外还使用一个GPIO管脚作为I2C从机选通控制管脚CTL；

所述I2C从机，包括两个I2C从机芯片IC1和IC2，它们的I2C地址是相同的，其中IC1的I2C通信接口管脚是SDA1(串行数据线)和SCL1(串行时钟线)，IC2的I2C通信管脚是SDA2(串行数据线)和SCL2(串行时钟线)。I2C从机IC1和IC2的SDA1和SDA2管脚都连接至MCU的SDA管脚，并通过一个上拉电阻R4(1K欧姆)连接电源VDD。IC1的SCL1管脚连接至时钟信号控制模块的MOS管Q1的漏极D1，并且通过下拉电阻R5(100K欧姆)接地。IC2的SCL2管脚连接至时钟信号控制模块的MOS管Q2的漏极D2，并且通过下拉电阻R6(100K欧姆)接地；

所述从机选通控制模块，包括两个N沟道MOS管Q3和Q4，可以选择BSS138型号的MOS管。Q3的栅极G3接MCU的I2C从机选通控制管脚CTL，源极S3接地，漏极D3通过上拉电阻R2(4.7K欧姆)连接电源VDD。Q4的栅极G4接Q3的漏极D3，源极S4接地，漏极D4通过上拉电阻R3(4.7K欧姆)连接电源VDD。从机选通控制模块可以根据控制管脚CTL的高低变化类选择需要通信的I2C从机；

所述I2C时钟信号控制模块，包括两个P沟道MOS管Q1和Q2，可以选择BSS84型号的MOS管。Q1和Q2的源极S1和S2都连接至MCU的SCL管脚，并通过一个上拉电阻R1(1K欧姆)连接至电源VDD。Q1的栅极G1连接至Q3的漏极D3，Q1的漏极D1连接至IC1的SCL1管脚。Q2的栅极G2连接至Q4的漏极D4，Q2的漏极D2连接至IC2的SCL2管脚。

为便于理解本实用新型实施例，下面简述其工作原理。

I2C从机IC1的串行数据线SDA1和IC2的串行数据线SDA2线都连接至主机的串行数据线SDA，从机IC1串行时钟线SCL1通过MOS管Q1连接至主机的SCL，从机IC2的串行时钟线SCL2通过MOS管Q2连接至主机的SCL。

当主机控制管脚CTL为高电平，则MOS管Q3的基极G3为高电平，Q3导通，漏极D3位近似接地为低电平，那么MOS管Q4的基极G4为低电平，Q4截止，漏极D4近似悬空，因为电阻R3的上拉作用，D4为高电平。

D4为高电平即MOS管Q2的基极G2为高电平，则MOS管Q2将一直处于截止状态，SCL2因为电阻R6的下拉作用，一直为低电平，从机IC2的I2C接口将一直处于非工作状态。也就是说，当主机控制管脚CTL为高电平，从机IC2的串行时钟线SCL2相当于和主机串行时钟线SCL断开，不响应任何I2C总线上的信号。

D3为低电平即MOS管Q1的基极G1为低电平，当主机的SCL为高电平时，MOS管Q1导通，漏极D1也为高电平，从机IC1的SCL1为高电平，当主机的SCL为低电平时，MOS管Q1截止，SCL1因为电阻R5的下拉也变为低电平。也就是说，当主机控制管脚CTL为高电平时，从机IC1的串行时钟线SCL1可以跟随主机的SCL高低变化，即主机可以通过I2C接口正常访问从机IC1。

当主机控制管脚CTL为低电平，则MOS管Q3的基极G3为低电平，Q3截止，漏极D3近似悬空，因为电阻R2的上拉作用，D3为高电平，那么MOS管Q4的基极G4为高电平，Q4导通，漏极D4近似接地为低电平。

D3为高电平即MOS管Q1的基极G1为高电平，则MOS管Q1将一直处于截止状态，SCL1因为电阻R5的下拉作用，一直为低电平，从机IC1的I2C接口将一直处于非工作状态。也就是说，当主机控制管脚CTL为低电平，从机IC1的串行时钟线SCL1相当于和主机串行时钟线SCL断开，不响应任何I2C总线上的信号。

D4为低电平即MOS管Q2的基极G2为低电平，当主机的SCL为高电平时，MOS管Q2导通，漏极D2也为高电平，从机IC2的SCL2为高电平，当主机的SCL为低电平时，MOS管Q2截止，SCL2因为电阻R6的下拉也变为低电平。也就是说，当主机控制管脚CTL为低电平时，从机IC2的串行时钟线SCL2可以跟随主机的SCL高低变化，即主机可以通过I2C接口正常访问从机IC2。

值得注意的是，根据电路原理改变集成芯片、MOS管的选型和上拉电阻值等替代方案，仍将不失为本实用新型实施例的要义所在。

本实用新型的有益效果在于，通过在地磁仪采用由多个MOS管级联组成的选通电路，在多个激光测距传感器I2C从机地址冲突的场合，解决了I2C从机地址冲突的问题，使得地磁仪I2C主机能够准确选择访问目标从机。该地磁仪选通电路成本低廉、稳定可靠，满足了工程实际需要。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型创造的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (6)

1.一种地磁检测仪，其特征在于，该地磁检测仪包括测量探杆，在该测量探杆上设置至少2个磁场传感器，在每个磁场传感器的位置分别设置1个激光测距传感器，即分别是第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，

所述地磁检测仪包括MCU，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器通过I2C总线、以相同的I2C地址、分别作为第一I2C从机和第二I2C从机接入所述地磁检测仪的MCU,所述MCU作为I2C主机，

所述MCU的一个GPIO作为I2C从机选通控制管脚CTL，控制管脚CTL通过连接一选通电路接入所述第一I2C从机和第二I2C从机。

2.根据权利要求1所述的地磁检测仪，其特征在于，所述选通电路包括多个MOS管级，用以选通第一I2C从机总线的串行时钟线SCL1或第二I2C从机总线的串行时钟线SCL2。

3.根据权利要求2所述的地磁检测仪，其特征在于，

所述选通电路包括第一MOS管Q1，第一I2C从机的SCL1管脚连接所述第一MOS管Q1的漏极D1，所述第一MOS管Q1的源极S1连接所述MCU的串行时钟线SCL，

所述选通电路包括第二MOS管Q2，第二I2C从机的SCL2管脚连接所述第二MOS管Q2的漏极D2，所述第二MOS管Q2的源极S2连接所述MCU的串行时钟线SCL。

4.根据权利要求3所述的地磁检测仪，其特征在于，

所述选通电路包括第三MOS管Q3，所述第三MOS管Q3的栅极G3连接所述MCU的控制管脚CTL，所述第三MOS管Q3的漏极D3连接所述第一MOS管Q1的栅极G1，

所述选通电路包括第四MOS管Q4，所述第四MOS管Q4的栅极G4连接包括第三MOS管Q3的漏极D3，所述第四MOS管Q4的漏极D4连接所述第二MOS管Q2的栅极G2。

5.根据权利要求1所述的地磁检测仪，其特征在于，所述磁场传感器分别设置在所述测量探杆的两端。

6.根据权利要求5所述的地磁检测仪，其特征在于，所述激光测距传感器采用ToF激光测距传感器。