技术领域
[0001] 本实用新型涉及岩土工程检测监测领域，尤其涉及一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪。
背景技术
[0002] 随着无线通信的普及，基桩检测仪中增设了可以无线传输采集数据以及
软件更新包的无线通信模
块，可以很好解决数据不易导出、数据易丢失以及软件无法更新的问题，但是由于岩土行业工程检测仪器使用环境恶劣，特别是在野外工地现场，现场存在较大的噪音以及
电磁干扰，使得给
无线通信模块供电的电源输出的
电压不稳定，尖峰电压容易损坏无线传输模块，而市面上的电源在基桩检测仪使用环境中存在以下几个问题：
[0003] (1)一般
开关电源存在开关器件，使得电源
电路的纹波大，噪声高；
[0004] (2)一般
开关电源的电磁干扰能
力无法满足无线通信模块在基桩检测环境中的要求；
[0005] (3)由于无线传输模块在工作时耗电量大，不工作时，耗电小，其
能量消耗有突发性，给供电部分带来极大的电磁兼容性挑战；
[0006] 因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪，可以为无线通信模块提供平稳电压，防止尖峰电压损坏无线传输模块，并且具备较强的抗电磁干扰性能力。实用新型内容
[0007] 有鉴于此，本实用新型提出了一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪，可以为无线通信模块提供平稳电压，防止尖峰电压损坏无线传输模块，并且具备较强的抗电磁干扰性能力。
[0008] 本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪，其包括
嵌入式计算机、
数据采集电路、无线传输电路和电源电路，电源电路包括顺次电性连接的直流电源、电压反馈电路、整形电路和
变压器升压电路；
[0009] 数据采集电路通过AD总线与嵌入式计算机电性连接，无线传输电路通过GPMC总线与嵌入式计算机电性连接，变压器升压电路的输出端分别与嵌入式计算机、数据采集电路和无线传输电路电性连接。
[0010] 在以上技术方案的
基础上，优选的，电压反馈电路包括顺次电性练级的电压跟随器和反馈回路；
[0011] 直流电源的输出端分别与电压跟随器的输入端和反馈回路的输入端电性连接，反馈回路的输出端与整形电路电性连接。
[0012] 进一步优选的，直流电源为12V直流电源。
[0013] 进一步优选的，电压跟随器包括
电阻R1、电阻R2、电阻R5、电容C1-C2、可控精密稳压源D1和
运算放大器LM358；
[0014] 12V直流电源通过电阻R1分别与可控精密稳压源D1的
阴极和参考极电性连接，可控精密稳压源D1的
阳极接地，电阻R2的一端与可控精密稳压源D1的阴极电性连接，电阻R2的另一端与
运算放大器LM358的第5脚电性连接，运算放大器LM358的第5脚通过电容C1接地，运算放大器LM358的第6脚分别与运算放大器LM358的第7脚和第2脚电性连接，运算放大器LM358的第3脚与反馈回路的输出端电性连接，运算放大器LM358的第1脚通过电阻R5与反馈回路的输入端电性连接，运算放大器LM358的第4脚接地，运算放大器LM358的第8脚与12V直流电源电性连接，运算放大器LM358的第8脚通过电容C2接地。
[0015] 进一步优选的，反馈回路包括
三极管Q3、电阻R3和电阻R4；
[0016] 三极管Q3的发射极与12V直流电源电性连接，运算放大器LM358的第1脚通过电阻R5与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的集
电极通过电阻R3与运算放大器LM358的第3脚电性连接，运算放大器LM358的第3脚通过电阻R4接地。
[0017] 进一步优选的，整形电路包括电容C3、电容C4、电阻R6和
反相器74HC14；
[0018] 三极管Q3的集电极与反相器74HC14的第14脚电性连接，三极管Q3的集电极通过电容C3接地，反相器74HC14的第7脚接地，反相器74HC14的第1脚通过电容C4接地，反相器74HC14的第2脚分别与电阻R6的一端和反相器74HC14的第5脚电性连接，电阻R6的另一端通过电容C4接地，反相器74HC14的第6脚分别与反相器74HC14的第3脚和第11脚电性连接，反相器74HC14的第10脚和第4脚均与反相器74HC14的第13脚和第9脚电性连接，反相器74HC14的第4脚、第12脚和第8脚与变压器升压电路的输入端电性连接。
[0019] 进一步优选的，变压器升压电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电容C5-C7、
二极管D2、二极管D3和变压器T1；
[0020] 反相器74HC14的第4脚与MOS管Q1的
门极电性连接，反相器74HC14的第12脚和第8脚分别与MOS管Q2的门极电性连接，MOS管Q1的发射极和MOS管Q2的发射极均接地，MOS管Q1的集电极与变压器T1的初级线圈的一端电性连接，MOS管Q2的集电极与变压器T1的初级线圈的另一端电性连接，变压器T1的初级线圈的
中心抽头与三极管Q3的集电极电性连接，变压器T1的初级线圈的中心抽头通过电容C5接地，变压器T1的次级线圈的一端与二极管二极管D2的正极电性连接，变压器T1的次级线圈的另一端与二极管D3的正极电性连接，变压器T1的次级线圈的中心抽头接地，二极管D3的负极与二极管D2的负极电性连接，电容C6的一端和电容C7的一端分别与二极管D2的负极电性连接，电容C6的另一端和电容C7的另一端均接地，二极管D2的负极分别与嵌入式计算机、数据采集电路和无线传输电路电性连接。
[0021] 在以上技术方案的基础上，优选的，数据采集电路包括多路
信号调理电路、
模数转换芯片和基桩检测
传感器；
[0022] 多路信号调理电路的输入端与基桩检测传感器的输出端电性连接，多路信号调理电路的输出端与模数转换芯片的多个模拟输入通道一一对应电性连接，模数转换芯片的数字输出通道通过AD总线与嵌入式计算机的I/O口电性连接。
[0023] 进一步优选的，无线传输电路包括
控制器和无线通信芯片；
[0024] 控制器通过GPMC总线与嵌入式计算机电性连接，控制器通过UART总线与无线通信芯片电性连接，无线通信芯片通过USB总线与嵌入式计算机电性连接。
[0025] 进一步优选的，还包括分别与嵌入式计算机电性连接的存储模块、
液晶显示屏和GPS模块。
[0026] 本实用新型的一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪相对于
现有技术具有以下有益效果：
[0027] (1)在电压反馈电路设置由运放组成的电压跟随器及由三极管组成的反馈回路，可以提供稳定的电源，此电源完全由模拟电路产生，不存在开关器件，电路纹波小，噪声低；
[0028] (2)通过变压器升压电路中设置平衡变压器隔离输出6V电压给最终负载供电，相较于一般的开关电源，干扰小，EMI
质量高。同时由于平衡变压器的特点，其隔离电压可以做到很高，在应用中，隔离电压的等级几乎没有限制；
[0029] (3)由于负载为无线传输电路，其负载特点是，工作时耗电急剧增大，不工作时耗电很小，其能量消耗有突发性，带来的问题是给供电部分带来极大的电磁兼容性挑战，使用平衡变压器的方式，避免了一般的隔离电源中的BOOST部分，极大的平抑了
反冲的尖峰电压，为整体电路带来了稳定。
附图说明
[0030] 为了更清楚地说明本实用新型
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本实用新型一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪的结构图；
[0032] 图2为本实用新型一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪中电源电路中电压反馈电路的电路图；
[0033] 图3为本实用新型一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪中电源电路中的整形电路电路图；
[0034] 图4为本实用新型一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪中电源电路中的变压器升压电路的电路图；
[0035] 图5为本实用新型一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪中无线通信芯片的引脚图。
具体实施方式
[0036] 下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
[0037] 实施例一、
[0038] 如图1所示，本实用新型的一种具备稳定隔离电源的基桩检测仪，其包括嵌入式计算机、数据采集电路、无线传输电路、电源电路、存储模块、液晶显示屏和GPS模块。具体的，数据采集电路通过AD总线与嵌入式计算机电性连接，无线传输电路通过GPMC总线与嵌入式计算机电性连接，变压器升压电路的输出端分别与嵌入式计算机、数据采集电路和无线传输电路电性连接。
[0039] 嵌入式计算机采用武汉华和机电有限公司推出的一款以TI SitaraAM335x系列处理器为核心的嵌入式工业计算机。AM335X是275-MHz、500-MHz、600-MHz或720-MHzARM Cortex-A8，32位RISC
微控制器和NEON SIMD
协处理器，具有单错检测(奇偶校验)的32KB/32KB L1指令/数据高速缓存，具有错误纠正码(ECC)的256KB L2高速缓存，支持移动双倍速率同步动态随机
存储器(mDDR)/DDR2/DDR3和SGX5303D图形引擎，外设
接口丰富，性能卓越，为基桩检测仪在实际应用中的各种操作、图像的分析与处理，提供流畅的用户体验。
[0040] 数据采集电路，主要功能是将基桩检测传感器输出的信号，调理成模数转换芯片可以直接接入的信号，并将采集到的电压信号经过处理后传递给嵌入式计算机进行简单的数据分析。数据采集电路包括多路信号调理电路、模数转换芯片和基桩检测传感器；在本实施例中，数据采集电路包括多路信号调理电路、模数转换芯片和基桩检测传感器；每路信号调理电路的结构和参数相同，多路信号调理电路将基桩检测传感器输出的信号，调理成模数转换芯片可以直接接入的信号，模数转换芯片将采集到的模拟电压信号转换成
数字信号。在本实施例中，具体的连接方式为：多路信号调理电路的输入端与基桩检测传感器的输出端电性连接，多路信号调理电路的输出端与模数转换芯片的多个模拟输入通道一一对应电性连接，模数转换芯片的数字输出通道通过AD总线与嵌入式计算机的I/O口电性连接。
[0041] 无线传输电路，实现远程数据传输，解决远程人员无法实时监测实验数据的问题，并且减少数据传输时的数据流量开销。在本实施例中，无线传输电路包括控制器和无线通信芯片；具体的，控制器通过GPMC总线与嵌入式计算机电性连接，控制器通过UART总线与无线通信芯片电性连接，无线通信芯片通过USB总线与嵌入式计算机电性连接。在本实施例中，控制器为STM32系列
单片机，无线通信芯片采用SIM7600CE芯片，SIM7600CE芯片支持GSM、TD-SCDMA、CDMA、WCDMA、TDD-LTE和FDD-LTE网络类型，本实施例中，SIM7600CE芯片选用GSM网络类型，其工作电压为6V。
[0042] 电源电路有两个功能，一是输出供数据采集电路和嵌入式计算机使用的不同等级工作电压；二是输出供无线传输电路工作的稳定电压，避免无线传输电路在工作和不工作之间切换时，能量消耗的突发性对电源电路的电磁干扰。由于电源电路输出供数据采集电路和嵌入式计算机使用的不同等级工作电压的功能可由现有技术可到，本领域的技术人员在设计电路时，均会设置电源电路输出不同等级的电压，因此，在此不再累述。又由于一般的开关电源在基桩检测环境中无法满足无线传输电路供电需求，因此，本实施例的重点介绍电源电路输出供无线传输电路工作的稳定电压的功能。在本实施例中，由于，SIM7600CE芯片的工作电压为6V，因此，电源电路最终输出稳定的6V电压。电源电路是极低噪声、低成本的隔离电源，电源的最大输出
电流为1.5A，输入电压为9～30VDC。在本实施例中，电源电路包括顺次电性连接的直流电源、电压反馈电路、整形电路和变压器升压电路。以下具体介绍电源电路的组成和工作原理。
[0043] 电压反馈电路，通过电压的正反馈和
负反馈使得电压反馈电路的输出稳定在某个值。在本实施例中，电压反馈电路包括顺次电性练级的电压跟随器和反馈回路，其中，直流电源的输出端分别与电压跟随器的输入端和反馈回路的输入端电性连接，反馈回路的输出端与整形电路电性连接。电压跟随器的输出端
输出电压跟随输入电压变化，进而使电压反馈电路的输出电压稳定在某个值，反馈回路调节电压反馈电路的输出电压，使之稳定。在本实施例中，设置电压反馈电路的输出电压稳定在5V，并且直流电源为12V直流电源。
[0044] 其中，电压跟随器包括电阻R1、电阻R2、电阻R5、电容C1-C2、可控精密稳压源D1和运算放大器LM358；如图2所示，具体的连接方式为：12V直流电源通过电阻R1分别与可控精密稳压源D1的阴极和参考极电性连接，可控精密稳压源D1的阳极接地，电阻R2的一端与可控精密稳压源D1的阴极电性连接，电阻R2的另一端与运算放大器LM358的第5脚电性连接，运算放大器LM358的第5脚通过电容C1接地，运算放大器LM358的第6脚分别与运算放大器LM358的第7脚和第2脚电性连接，运算放大器LM358的第3脚与反馈回路的输出端电性连接，运算放大器LM358的第1脚通过电阻R5与反馈回路的输入端电性连接，运算放大器LM358的第4脚接地，运算放大器LM358的第8脚与12V直流电源电性连接，运算放大器LM358的第8脚通过电容C2接地。电压跟随器中各元件的参数根据电压跟随器输出电压的稳定值设置，由于本实施例设置电压跟随器输出电压稳定在5V，因此，电压跟随器中各元件的参数如图2所示。
[0045] 其中，反馈回路包括三极管Q3、电阻R3和电阻R4；如图2所示，具体的连接方式为：三极管Q3的发射极与12V直流电源电性连接，运算放大器LM358的第1脚通过电阻R5与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的集电极通过电阻R3与运算放大器LM358的第3脚电性连接，运算放大器LM358的第3脚通过电阻R4接地。电压跟随器中各元件的参数根据电压跟随器输出电压的稳定值设置，由于本实施例设置电压跟随器输出电压稳定在5V，因此，反馈回路中各元件的参数如图2所示。
[0046] 因此，电压反馈电路的工作流程为：首先由12V直流电源经过电阻R1给可控精密稳压源D1供电，可控精密稳压源D1输出电压为2.5VDC，然后再经过电阻R2、电容C1组成的低通
滤波器，进入运算放大器LM358的第6脚，由运算放大器LM358的组成电压跟随器由运算放大器LM358的第7脚输出，扩大其带负载能力。此电压继续输入运算放大器LM358的第2脚，运算放大器LM358的第1脚输出经过阻值300Ω的电阻R5输入到PNP型三极管Q3的基级，三极管Q3的发射极连接到12V直流电源，三极管Q3的集电极为输出脚，提供稳定的5V电压输出。电阻R3、电阻R4组成电压反馈回路，输入到运算放大器LM358的第3脚。当三极管Q3的集电极输出电压低于5V时，运算放大器LM358的第3脚经过电阻R3、电阻R4分压后得到的反馈电压低于2.5V，即运算放大器LM358的第2脚电压高于其第3脚，其第1脚输出电压将拉低，三极管Q3将进入更深入的放大状态，其集电极输出电压会抬高；当三极管Q3的集电极输出电压高于5V时，运算放大器LM358的第3脚经过电阻R3、电阻R4分压后得到的反馈电压高于2.5V，即运算放大器LM358的第2脚电压低于其第3脚，其第1脚输出电压将抬高，三极管Q3将进入更深入的截止状态，其集电极输出电压会降低。通过运算放大器LM358的U2B的调节作用，三极管Q3的集电极输出电压会稳定在5V，即电压反馈电路的输出端可以稳定在5V。
[0047] 整形电路，将电压反馈电路输出稳定电压整形成高低交替震荡的输出，并且提高整形电路的输出能力。在本实施例中，如图3所示，整形电路包括电容C3、电容C4、电阻R6和反相器74HC14；具体的，三极管Q3的集电极与反相器74HC14的第14脚电性连接，三极管Q3的集电极通过电容C3接地，反相器74HC14的第7脚接地，反相器74HC14的第1脚通过电容C4接地，反相器74HC14的第2脚分别与电阻R6的一端和反相器74HC14的第5脚电性连接，电阻R6的另一端通过电容C4接地，反相器74HC14的第6脚分别与反相器74HC14的第3脚和第11脚电性连接，反相器74HC14的第10脚和第4脚均与反相器74HC14的第13脚和第9脚电性连接，反相器74HC14的第4脚、第12脚和第8脚与变压器升压电路的输入端电性连接。
[0048] 变压器升压电路，将整形电路输出的交替震荡输出调整成基桩检测仪需要的稳定电压。由于本实施例中，SIM7600CE芯片需要的稳定电压为6V，因此变压器升压电路的作用是将稳定的5V电压整形成稳定的6V电压。在本实施例中，变压器升压电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电容C5-C7、二极管D2、二极管D3和变压器T1；如图4所示，具体的连接方式为：反相器74HC14的第4脚与MOS管Q1的门极电性连接，反相器74HC14的第12脚和第8脚分别与MOS管Q2的门极电性连接，MOS管Q1的发射极和MOS管Q2的发射极均接地，MOS管Q1的集电极与变压器T1的初级线圈的一端电性连接，MOS管Q2的集电极与变压器T1的初级线圈的另一端电性连接，变压器T1的初级线圈的中心抽头与三极管Q3的集电极电性连接，变压器T1的初级线圈的中心抽头通过电容C5接地，变压器T1的次级线圈的一端与二极管二极管D2的正极电性连接，变压器T1的次级线圈的另一端与二极管D3的正极电性连接，变压器T1的次级线圈的中心抽头接地，二极管D3的负极与二极管D2的负极电性连接，电容C6的一端和电容C7的一端分别与二极管D2的负极电性连接，电容C6的另一端和电容C7的另一端均接地，二极管D2的负极分别与嵌入式计算机、数据采集电路和无线传输电路电性连接。
[0049] 整形电路和变压器升压电路的作用就是将电压反馈电路输出的稳定电压升压成另一个稳定的电压，以下详细介绍整形电路和变压器升压电路的工作原理：整形电路得到5V稳定供电后，经过由反相器74HC14中的非门U1A、电阻R5、电容C4组成的震荡器，当非门U1A的输入(即反相器74HC14的第1脚)为高时，非门U1A输出(即反相器74HC14的第2脚)为低，通过电阻R6给电容C4放电，使得非门U1A的输入(即反相器74HC14的第1脚)变为低，则非门U1A输出(即反相器74HC14的第2脚)变为高，再通过R6给电容C4充电，使得非门U1A的输入(即反相器74HC14的第1脚)变为高，如此循环得到一个高低震荡的输出。再经过反相器
74HC14中的非门U1C整形，再通过反相器74HC14中的非门U1E、U1B、U1F、U1D得到一对交替的震荡输出，其中将两个非门并联是为了提高输出能力。这对交替的震荡信号输入到变压器升压电路中的MOS管Q1、Q2的门级，拉动变压器T1工作，其中，变压器T1是一个隔离的平衡变压器，由电路图4可知，当MOS管Q1、Q2高速的交替拉动变压器T1的原边时，其副边亦会产生交变的电压，通过二极管D2、D3及C6、C7整形，可以得到一个稳定的6V输出。如图5所示，变压器升压电路的输出端GSM_VCC接到SIM7600CE芯片的VCC引脚，给SIM7600CE芯片供电。
[0050] 存储模块用于存储嵌入式计算机的处理数据，属于本领域的公知常识，因此，在此不再累述。GPS模块用于确定基桩检测仪的
位置，属于现有技术，且本实施例并不涉及GPS模块的改进，因此在此不再累述。电源电路为嵌入式计算机、数据采集电路和无线传输电路提供工作电压，保证其正常工作，由于电源属于本领域的公知常识，并且本实施例并不涉及电源电路的改进，因此在此不再累述。
[0051] 实施例二、
[0052] 由于基桩检测仪中
应用软件随着长期的实际应用，以及日益增长的用户需求，应用软件需要定期的的更新与完善。因此，避免不了需要对基桩仪中的应用软件进行升级。目前基桩仪均采用的是传统升级方法：1、手动下载升级包；2、将升级包拷贝到U盘；3、安装与更新应用程序。这种传统的升级方式，会存在多方面的应用问题：
[0053] (1)因升级包需要手动下载并拷贝到U盘中，然后接入到基桩检测仪的USB接口，再通过手动升级按钮进行升级，一方面操作比较繁琐；另一方面有些用户的U盘中，会存放着多个升级包，如果此时用户直接升级，就会导致升级错误；
[0054] (2)如果数据线损坏或U盘丢失，也将无法进行升级；
[0055] (3)另外，升级包发布后，用户不能及时的知晓应用软件的最新更新状态，通常需要业务员或售后服务人员主动联系并提醒用户进行更新，由于用户群体众多且遍布广泛，必然会浪费业务员或售后服务人员较大的精力，且升级效率及准确性都难以保证；
[0056] (4)如果用户未能及时更新，仍使用旧版本的应用软件，虽然常规使用不存在问题，但是会导致已知修复的问题及新增的功能不能得到有效的应用，必然会增加技术咨询服务的频次，不便于提升用户体验。
[0057] 因此，在实施例一的基础上，本实施例提供一种基桩检测仪远程自动升级的方法，具体包括以下步骤：
[0058] S1、初始化控制器和无线通信芯片；
[0059] S2、控制器通过无线通信芯片，定时向远程
服务器发送并获取服务器中最新应用软件版本信息；
[0060] S3、如果控制器检测到服务器中应用软件版本信息高于基桩检测仪本机的版本，则发送下载命令，下载应用程序到基桩检测仪内部存储卡中，待下载完毕后，自动进行应用程序的安装与更新；
[0061] S4、如果控制器检测到服务器中应用软件版本信息与基桩检测仪本机的版本相同，则提示：当前版本为最新版本。
[0062] 上述S1-S4可以通过控制器和无线通信芯片实现基桩检测仪上的软件自动更新功能，且S1-S4均可由现有技术实现，属于本领域的公知常识，因此，在此不再详细介绍S1-S4的具体原理和流程。
[0063] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
