[实用新型]真地理三分量磁力仪的测量电路

摘要

本实用新型涉及一种真地理三分量磁力仪的测量电路。本实用新型包括电源电路、传感器信号采集电路、主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、数据传输电路、SD卡存储电路、文件管理电路、对外接口电路。其中传感器信号采集电路包括数模转换电路、X轴、Y轴、Z轴三个模拟信号加法电路。本实用新型采用英国Bartington公司的磁通门传感器，结合了磁通门传感器的高灵敏度、高分辨率、低功耗等特性，通过加入串口姿态测量模块，基于测量电路的设计，实现了真实地理环境下地磁场三分量的测量。

主权项

1.真地理三分量磁力仪的测量电路，包括电源电路、传感器信号采集电路、主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、数据传输电路、SD卡存储电路、文件管理电路、对外接口电路，其特征在于：所述的电源电路包括+15V稳压电路、‑15V稳压电路、+5V稳压电路、+4.5V基准电压电路、+3.3V稳压电路、+3.3V开关电源电路、+2.5V基准电压电路；+15V稳压电路、‑15V稳压电路给磁通门传感器供电，+5V稳压电路为数据传输电路提供稳定性高的电压，并与线性电路得到纹波较小的+4.5V和+2.5V,其中+4.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中三轴模拟信号加法电路提供高精度的基准电压，+2.5V基准电压电路用于为传感器信号采集电路中数模转换电路提供稳定的基准电压；+3.3V稳压电路及+3.3V开关电路则用于给主控电路、串口姿态测量电路、RTC时钟电路、SD卡存储电路、文件管理电路提供稳定电压；所述的传感器信号采集电路包括X轴、Y轴、Z轴三个模拟信号加法电路及数模转换电路；所述的X轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U3、电阻R5‑R9、电容C7‑C10、极性电容Cp5；电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端接运算放大器芯片U3的3脚，电阻R5的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端，电阻R6的另一端接电容C7的一端，作为X轴磁场信号输入端，电容C7的另一端接电阻R7的另一端并接地；运算放大器芯片U3的4脚接地；运算放大器芯片U3的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C8的一端、极性电容Cp5的正极、运算放大器芯片U3的8脚接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，电容C8的另一端接极性电容Cp5的负极并接地；运算放大器芯片U3的6脚、7脚、电容C10的一端连接作为X轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的6脚；电容C9的一端、电阻R8的一端接运算放大器芯片U3的5脚，电容C9的另一端接地，电阻R8的另一端、电阻R9的一端接电容C10的另一端，电阻R9的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U3采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的Y轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U4、电阻R10‑R14、电容C11‑C14、极性电容Cp6；电阻R10的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端接运算放大器芯片U4的3脚，电阻R10的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端，电阻R11的另一端接电容C11的一端，作为Y周磁场信号的输入端，电容C11的另一端接电阻R12的另一端并接地；运算放大器芯片U4的4脚接地；运算放大器芯片U4的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C12的一端、极性电容Cp6的正极、+5V稳压电路的+5V稳压输出端接运算放大器芯片U4的8脚，电容C12的另一端接极性电容Cp6的负极并接地；运算放大器芯片U4的6脚、7脚、电容C14的一端连接，作为Y轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的4脚；电容C13的一端、电阻R13的一端接运算放大器芯片U4的5脚，电容C13的另一端接地，电阻R13的另一端、电阻R14的一端接电容C14的另一端，电阻R14的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U4采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的Z轴模拟信号加法电路包括运算放大器芯片U5、电阻R15‑R19、电容C15‑C18、极性电容Cp7；电阻R15的一端、电阻R16的一端、电阻R17的一端接运算放大器芯片U5的3脚；电阻R15的另一端接+4.5V基准电压电路的+4.5V基准电压输出端；电阻R16的另一端接电容C15的一端，作为Z轴磁场信号的输入端；电容C15的另一端接电阻R17的另一端并接地；运算放大器芯片U5的4脚接地；运算放大器芯片U5的1脚和2脚连接后接电源V_Back；电容C16的一端、极性电容Cp7的正极、+5V稳压电路的+5V稳压输出端接运算放大器芯片U5的8脚，电容C16的另一端接极性电容Cp7的负极并接地；运算放大器芯片U5的6脚、7脚、电容C18的一端连接，作为Z轴模拟信号加法电路的输出端，接通用插排P2的2脚；电容C17的一端、电阻R18的一端接运算放大器芯片U5的5脚，电容C17的另一端接地，电阻R18的另一端、电阻R19的一端接电容C18的另一端，电阻R19的另一端接电源V_Back；运算放大器芯片U5采用德州仪器的精密运放芯片OPA2376；所述的数模转换电路包括模数转换芯片U14、极性电容Cp11‑Cp12、电阻R29‑R32、电容C48‑C55、晶振X3；电容C48的一端、极性电容Cp11的正极、模数转换芯片U14的1脚接+5V稳压电路的+5V稳压输出端；电容C48的另一端、极性电容Cp11的负极相接并接地；模数转换芯片U14的4脚接+2.5V基准电压电路的+2.5V基准电压输出端；模数转换芯片U14的3脚、6脚、7脚、9脚、11脚、13脚、5脚、2脚接地；电容C49的一端、模数转换芯片U14的8脚连接后接通用插排P2的6脚，电容C49的另一端接地；电容C50的一端、模数转换芯片U14的10脚连接后接通用插排P2的4脚，电容C50的另一端接地；电容C51的一端、模数转换芯片U14的12脚连接后接通用插排P2的2脚，电容C51的另一端接地；模数转换芯片U14的14脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电阻R29的一端接模数转换芯片U14的24脚，电阻R29的另一端接主控电路的52脚；电阻R30的一端接模数转换芯片U14的23脚，电阻R30的另一端接主控电路的54脚；电阻R31的一端接模数转换芯片U14的22脚，电阻R31的另一端接主控电路的53脚；电阻R32的一端接模数转换芯片U14的21脚，电阻R32的另一端接主控电路的56脚；模数转换芯片U14的20脚接地；晶振X3的一端、电容C54的一端接模数转换芯片U14的19脚；晶振X3的另一端、电容C55的一端接模数转换芯片U14的18脚；电容C54的另一端和电容C55的另一端连接后接地；模数转换芯片U14的17脚接地；电容C52的一端、极性电容Cp12的正极、模数转换芯片U14的15脚、16脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电容C52的另一端和极性电容C12的负极连接后接地；模数转换芯片U14其他引脚悬空；模数转换芯片U14采用德州仪器的24位模数转换芯片ADS1256；所述的主控电路包括主控芯片U12、电阻R24‑R25、电容C41‑C44、晶振X2；电容C41的一端和晶振X2的一端接主控芯片U12的12脚，电容C42的一端和晶振X2的另一端接主控芯片U12的13脚，电容C41的另一端和电容C42的另一端接地，主控芯片U12的94脚通过电阻R24接地；电阻R25的一端、电容C43的一端接主控芯片U12的14脚，电阻R25的另一端接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C43的另一端接地；电容C44的一端接主控芯片U12的6脚，电容C44的另一端、主控芯片U12的50脚、75脚、100脚、28脚、11脚、22脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；主控芯片U12的20脚、49脚、74脚、99脚、10脚、19脚接地；主控芯片U12的52脚连接模数转换电路中电阻R29的一端，53脚连接模数转换电路中电阻R31的一端，54脚连接模数转换电路中电容R30的一端，83脚接通用插排P2的12脚，56脚接模数转换电路中电阻R32的一端，30脚接SD卡存储电路的5脚，31脚接SD卡存储电路的7脚，32脚接SD卡存储电路的3脚，68脚接通用插排P2的8脚，69脚接通用插排P2的10脚，72脚接接插件SWD的2脚，76脚接接插件SWD的3脚，78脚接串口姿态测量电路的2脚，79脚接串口姿态测量电路的3脚，80脚接通用插排P2的14脚，1脚接RTC时钟电路的3脚，2脚接RTC时钟电路的15脚，4脚接RTC时钟电路的16脚,21脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；主控芯片U12的剩余引脚悬空；主控芯片U12采用意法半导体的STM32F103RCT6芯片；所述的串口姿态测量电路包括串口姿态测量芯片U17、电容C62、极性电容Cp14；串口姿态测量芯片U17的7脚、8脚、4脚分别接地；电容C62的一端、极性电容Cp14的正极、串口姿态测量芯片U17的1脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C62的另一端、极性电容Cp14的负极分别接地；串口姿态测量芯片U17的2脚接主控电路的78脚；串口姿态测量芯片U17的3脚接主控电路的79脚；串口姿态测量芯片U17的4、7、8脚接地；串口姿态测量芯片U17的其他引脚悬空；串口姿态测量芯片U17采用软芯微科技的LEADIY‑M3芯片；所述的RTC时钟电路包括时钟芯片U13、电阻R26‑R28、电容C45‑C46、纽扣电池B1；电容C45的一端、电阻R26的一端、时钟芯片U13的2脚连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C45的另一端接地，电阻R26的另一端、时钟芯片U13的3脚连接后接主控电路的1脚；时钟芯片U13的5 脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚接地；电阻R27的一端、时钟芯片U13的15脚连接后接主控电路的2脚，电阻R28的一端、时钟芯片U13的16脚连接后接主控电路的4脚，电阻R27的另一端、电阻R28的另一端连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电容C46的一端、纽扣电池B1的正极接时钟芯片U13的14脚，电容C46的另一端接地，纽扣电池B1的负极接地；时钟芯片U13的剩余引脚悬空；时钟芯片U13采用善润半导体的DS3231SN芯片；所述的数据传输电路包括多通道RS‑232线路驱动器/接收器U8、电容C25‑C29、极性电容Cp9；多通道RS‑232线路驱动器/接收器U8的1脚、3脚分别连接电容C25的两端，4脚、5脚分别连接电容C26的两端,15脚直接接地，10脚作为信号输出接通用插排P2的8脚，9脚作为信号输入接通用插排P2的10脚，6脚通过电容C29接地，2脚通过电容C28接地，电容C27的一端、极性电容Cp9的正极和16脚连接后接+5V稳压电路的+5V稳压输出端，电容C27的另一端、极性电容Cp9的负极连接后接地，7脚接接线座P1的4脚，8脚接接线座P1的3脚，多通道RS‑232线路驱动器/接收器U8其他引脚悬空；多通道RS‑232线路驱动器/接收器U8采用德州仪器的MAX3232芯片；所述的SD卡存储电路包括SDCard‑U18、电容C63、电阻R35‑R36；电容C63的一端、SDCard‑U18的4脚连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C63的另一端、SDCard‑U18的6脚连接后接地；电阻R35的一端、SDCard‑U18的3脚连接后接主控电路的32脚，电阻R35的另一端、电阻R36的一端接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电阻R36的另一端、SDCard‑U18的7脚连接后接主控电路的31脚；SDCard‑U18的5脚接主控电路的30脚，2脚接地；SDCard‑U18的剩余引脚悬空；所述的文件管理电路包括文件管理控制芯片U9、电容C30‑C33、电阻R22、发光二极管D2、晶振X1；电容C30的一端接文件管理控制芯片U9的2脚，电容C30的另一端接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；文件管理控制芯片U9的5脚接通用插排P2的12脚，6脚接通用插排P2的14脚；电容C31的一端、文件管理控制芯片U9的9脚连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端，电容C31的另一端接地；文件管理控制芯片U9的10脚接接线座P1的7脚，11脚接接线座P1的6脚；文件管理控制芯片U9的12脚接地；文件管理控制芯片U9的13脚、14脚分别接晶振X1的两端；电容C32的一端、电容C33的一端、文件管理控制芯片U9的28脚连接后接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；电容C32的另一端、电容C33的另一端分别接地；发光二极管D2的阴极接文件管理控制芯片U9的24脚，发光二极管D2的阳极接电阻R22的一端，电阻R22的另一端接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；文件管理控制芯片U9的23脚、21脚、20脚分别接地；文件管理控制芯片U9的19脚接+3.3V稳压电路的+3.3V稳压输出端；文件管理控制芯片U9其他引脚悬空；文件管理控制芯片U9采用CH376S芯片；对外接口电路包括接线座电路、通用插排电路以及接插件电路；所述接线座电路包括接线座P1、二极管D4、极性电容Cp15；二极管D4的阳极接接线座P1的1脚，二极管D4的阴极接电源DC24V；接线座P1的2脚、8脚接地，3脚接数据传输电路的8脚，4脚接数据传输电路的7脚，6脚接文件管理电路的11脚，7脚接文件管理电路的10脚；极性电容Cp15的正极接接线座P1的5脚，极性电容Cp15的负极接地；所述通用插排电路包括通用插排P2；通用插排P2的3脚、5脚、7脚、9脚、11脚、13脚、15脚、17脚、19脚接地，16脚、18脚、20脚接+5V电源，2脚接Z轴模拟信号加法电路的7脚、数模转换电路的12脚，4脚接Y轴模拟信号加法电路的7脚、数模转换电路的10脚，6脚接X轴模拟信号加法电路的7脚、数模转换电路的8脚，8脚接数据传输电路的10脚、主控电路的68脚，10脚接数据传输电路的9脚、主控电路的69脚，12脚接文件管理电路的5脚、主控电路的83脚，14脚接文件管理电路的6脚、主控电路的80脚；所述接插件电路包含接插件SWD；接插件SWD的1脚接+3.3V电源，2脚接主控电路的72脚，3脚接主控电路的76脚，4脚接地。