一种基于I2C及单总线技术的地温测量系统的制作方法

本发明涉及地温测量技术领域，具体是一种基于i²c及单总线技术的地温测量系统。

背景技术

地温场是地球物理场一种，能反映地下温度的分布，可以直接通过钻孔温度传感器测量而获得。地温场测量应用广泛，不仅可以应用于地热田的调查，还可以通过对地球物理场的温度分布定位地下矿产及地下水的位置，以解决水文地质、矿产开采、地下水及石油开掘等工程方面的问题。

传统地温测量系统采用模拟温度传感器加信号处理电路测量，并通过a/d转换、寄存器、传输线将信号传递给笔记本电脑进行温度场数值分析，该测量系统有着明显的缺点：信号传输过程中易受到干扰，采集的信号有大量的噪声且测量距离有限，微处理器与传感器仅仅只能相隔几米，无法对深层地温场进行测量，获得的测量数据对地下矿产、水文地质及地下水等分布估量效果欠佳，达不到预期目的。随后的学者提出了大量地温测量的改进方法，其中基于单总线的地温测量系统效果较好，相比于传统的方法，该方法的系统结构简单且可以将测量深度扩大至50米左右，大大增加了系统的测量深度，然而其深度仍然不能满足工程需要，无法很好地反演深层地温场。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，即仪器地温测量深度无法达到理想要求，本发明提供了一种基于i²c及单总线技术的地温测量系统，可以将测量的深度扩长到100m左右，大大提高了地温测量的工作范围，对地温场研究有一定的参考价值。

本发明采取的技术方案为：

一种基于i²c及单总线技术的地温测量系统，包括分布式地温测量模块、放大器模块、数据采集卡模块、单片机模块、信息处理模块。

所述分布式地温测量模块包括多个温度传感器、多个1-wire主控制器，每一个温度传感器对应连接一个1-wire主控制器，组成单组地温测量模块，所述多个温度传感器、多个1-wire主控制器一一对应连接，组成多组地温测量模块；

所述放大器模块包括多个放大器单元，每一个放大器单元对应连接一个地温测量模块的1-wire主控制器；多个放大器单元与多组地温测量模块一一对应连接；

所述数据采集卡模块包括多个数据采集卡单元，每一个数据采集卡单元对应连接一个放大器单元，多个数据采集卡单元与多个放大器单元一一对应连接；

所述数据采集卡模块连接单片机模块，单片机模块连接信息处理模块；

所述多个1-wire主控制器连接单片机模块，单片机模块和多个1-wire主控制器以i²c协议进行通信。

所述温度传感器采用超精度温度传感器max31725，并将温度信号以i²c方式传入所述的1-wire主控制器。

所述1-wire主控制器采用maxim公司产品ds28e17i²c至1-wire桥接器件。

所述数据采集卡模块采用ti公司的24位多通道ad转换器max11410。

所述放大器模块采用max4450芯片，并在放大器模块输入端、输出端加入对地电容。

所述信息处理模块包括ili9486液晶显示屏、数据存储sd卡。

所述单片机模块采用stm32单片机。

本发明提供一种基于i²c及单总线控制的地温测量系统，技术效果如下：

1、采用单总线进行通信，单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。

2、采用1-wire主控制器以i²c协议与单片机模块进行数据传输，大大增加了信号的传输距离，传输距离可达到100m。

3、采用高精度的16位温度分辨率的max3172系列温度传感器进行温度测量，可以在-40℃至105℃范围内进行测量并能确保±0.005℃的精度。

4、后期信息处理模块进行信号处理，可同时温度显示和温度曲线绘制，功能强大。

5、本发明基于i2c及单总线技术的地温测量系统，相比于传统的地温测量，该系统测量范围在-40至100℃，测量精度可达±0.006℃，测量深度可达100m，通过软件编程对采集的信号能进行曲线拟合并显示地温分布曲线，可以很好地反映地温场。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的模块连接示意图；

图2是本发明分布式地温测量模块与i²c主机（stm32）连接电路图；

图3是本发明测量时器件布置示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种基于i²c及单总线技术的地温测量系统，包括分布式地温测量模块a001、放大器模块a004、数据采集卡模块a005、单片机模块a006、信息处理模块a007。

所述放大器模块a004与分布式地温测量模块a001连接，将分分布式地温测量模块a001的信号经过滤波、放大后，传入所述数据采集卡模块a005。

所述分布式地温测量模块a001包括多个温度传感器a002、多个1-wire主控制器a003，每一个温度传感器a002对应连接一个1-wire主控制器，组成单组地温测量模块，所述多个温度传感器a002、多个1-wire主控制器a003一一对应连接，组成多组地温测量模块；

所述放大器模块a004包括多个放大器单元，每一个放大器单元对应连接一个地温测量模块的1-wire主控制器a003；多个放大器单元与多组地温测量模块一一对应连接。

所述数据采集卡模块a005包括多个数据采集卡单元，每一个数据采集卡单元对应连接一个放大器单元，多个数据采集卡单元与多个放大器单元一一对应连接。

所述数据采集卡模块a005连接单片机模块a006，单片机模块a006连接信息处理模块a007；

所述多个1-wire主控制器a003连接单片机模块a006，单片机模块a006和多个1-wire主控制器a003以i²c协议进行通信。

所述温度传感器a002采用超精度温度传感器max31725，该传感器16位温度分辨率可在-40℃至105℃范围内±0.5℃高精确测量，并将温度信号以i²c方式传入所述的1-wire主控制器a003。

所述1-wire主控制器a003采用maxim公司产品ds28e17i²c至1-wire桥接器件，该器件与所述单片机模块a006（即：i2c主机），可支持100khz和400khzi²c通信速率，通信距离可最大延长至100m，大大提高了测量的距离。

所述数据采集卡模块a005采用ti公司的24位多通道ad转换器max11410，该转换器最大可允许10通道数据采集，可同时提供90db以上的50hz和60hz电源噪声抑制，是高精度温度传感器测量常用的adc。

所述放大器模块a004采用max4450芯片，并在放大器模块a004输入端、输出端加入对地电容，以滤除噪声干扰。

所述信息处理模块a007包括ili9486液晶显示屏、数据存储sd卡。信息处理模块a007包括数据显示、温度曲线绘制和数据保存等功能。

所述单片机模块a006采用stm32单片机。通过stm32单片机处理，将分布式地温测量模块a001测得的温度进行曲线拟合，并显示到液晶屏上。

图2是分布式地温测量模块a001与单片机模块a006（即：i²c主机）连接电路图。通过芯片ds28e17b005(1-wire至i²c主机桥器件)与ds2482-100b002(i²c至1-wire桥接器件)实现测量距离延长至100m的目的。ds28e17与温度传感器max31725b006连接组成一组地温测量模块，每组地温测量模块都通过1-wirebusb003与ds2482-100连接，由于每片ds28e17具有唯一的64位rom地址，通过i²c主机b001（stm32）可访问其节点地址。

一种基于i²c及单总线技术的地温测量方法，包括以下步骤：

步骤一：如图3所示，将分布式地温测量模块a001以每隔5m，共20个模块，埋入事先打好的深井之中，井深大于100m；

步骤二：通过单总线连接单个i²c至1-wire桥接器件和20个1-wire至i²c主机桥器件；

步骤三:通过单片机模块a006访问每个分布式地温测量模块a001，由于每个ds28e17具有唯一的romd地址，可单独访问，并建立通信，通过如图1所示的放大器模块a004、数据采集卡模块a005完成地温信号采集工作；

步骤四：通过程序实现地温数据显示，并采用曲线拟合算法，现分布式地温曲线绘制，通过液晶显示屏显示曲线图形，所采集的数据保存至数据存储sd卡中。