本發(fā)明屬于無纜地震儀數據傳輸技術領域，特別涉及一種低功耗無線微地震信息傳輸裝置及其使用方法。

背景技術：

地震儀被廣泛地應用在油氣資源、金屬礦產以及地層結構的勘探過程中，隨著勘探的深度和難度的不斷增加，傳統(tǒng)的有纜地震儀已經很難滿足大三維、高密度和深部探測環(huán)境的需求，與此同時，有纜地震儀布線較為麻煩，加大了勘探過程中工作人員的工作量；在一些不能布線的惡劣環(huán)境中，只能采用無纜地震儀代替有纜地震儀來完成探測任務。

無纜地震儀在進行地震勘探時，由于地震勘探的范圍廣，導致無線通信的通信距離較遠，為了保證無線通信的正常進行，通常需采用大功率發(fā)射來滿足遠距離通信的要求，但大功率無線通信過程中消耗的功率能達到總功率的1/3，大大縮短了儀器的野外工作時間。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種低功耗無線微地震信息傳輸裝置及其使用方法，其技術方案

具體如下：

一種低功耗無線微地震信息傳輸裝置，包括地震儀、物理層接口單元、無線通信模塊、電源控制單元和電源模塊；其中，地震儀通過物理層接口單元與無線通信模塊相連；地震儀通過設置在其與無線通信模塊之間的電源控制單元實現對無線通信模塊的電源控制；電源模塊連接到地震儀。

其中，所述的地震儀采用ARM控制芯片。

具體的，所述的物理層接口單元包括物理層接口芯片LXT971ALE及其外圍電路。

進一步的，所述的電源控制單元包括第一電阻R1、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、非門U1、三極管Q1、場效應管Q2、接線端子OUT；第一電阻R1的一端接地震儀的輸出控制端，第一電阻R1的另一端接非門U1的A引腳；第四電阻R4的一端接非門U1的Y引腳，第四電阻R4的另一端接三極管Q1的基極；第五電阻R5的一端接場效應管Q2的漏極，第五電阻R5的另一端接三極管Q1的集電極；第六電阻R6的一端接三極管Q1的集電極，第六電阻R6的另一端接場效應管Q2的柵極；場效應管Q2的漏極接第一參考電壓，場效應管Q2的源極接到接線端子OUT；非門U1的GND引腳與三極管Q1的發(fā)射極均接地；非門U1的VCC引腳接第二參考電壓。

所述的第一參考電壓為+5V，第二參考電壓為+3.3V。

更進一步的，所述的場效應管Q2為PMOS型場效應管。

所述的低功耗無線微地震信息傳輸裝置的最小發(fā)射功率的設置方法包括按順序進行的下列步驟：

1)將地震儀放在固定的位置，在已知無線通信模塊的接收功率、主AP的發(fā)射功率的情況下，根據公式計算出傳播因子，其中n為傳播因子、r為主AP與無線通信模塊之間的距離、P_T為主AP的發(fā)射功率、P_R為無線通信模塊的接收功率；

2)在已知傳播因子、無線通信模塊的接收功率和主AP的發(fā)射功率的情況下，根據公式計算出主AP與每個無線通信模塊之間的距離；

3)在已知傳播因子、AP與無線通信模塊之間的距離、主AP的最小接收功率的情況下，根據公式計算出每個無線通信模塊的最小發(fā)射功率。

與現有技術相比，該低功耗無線微地震信息傳輸裝置可以有效地降低地震儀在無線通訊過程中的功耗，延長其在野外工作的時間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的低功耗無線微地震信息傳輸裝置的結構示意圖。

圖2為電源控制單元的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但下述實施例絕非對本發(fā)明有任何限制。

如圖1-2所示，該低功耗無線微地震信息傳輸裝置包括地震儀1、物理層接口單元2、無線通信模塊3、電源控制單元4和電源模塊5；其中，地震儀1通過物理層接口單元2與無線通信模塊3相連；地震儀1通過設置在其與無線通信模塊3之間的電源控制單元4實現對無線通信模塊3的電源控制；電源模塊5連接到地震儀1。

其中，所述的地震儀1采用ARM控制芯片。

具體的，所述的物理層接口單元2包括物理層接口芯片LXT971ALE及其外圍電路。

進一步的，所述的電源控制單元4包括第一電阻R1、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、非門U1、三極管Q1、場效應管Q2、接線端子OUT；第一電阻R1的一端接地震儀1的輸出控制端，第一電阻R1的另一端接非門U1的A引腳；第四電阻R4的一端接非門U1的Y引腳，第四電阻R4的另一端接三極管Q1的基極；第五電阻R5的一端接場效應管Q2的漏極，第五電阻R5的另一端接三極管Q1的集電極；第六電阻R6的一端接三極管Q1的集電極，第六電阻R6的另一端接場效應管Q2的柵極；場效應管Q2的漏極接第一參考電壓，場效應管Q2的源極接到接線端子OUT；非門U1的GND引腳與三極管Q1的發(fā)射極均接地；非門U1的VCC引腳接第二參考電壓。

所述的第一參考電壓為+5V，第二參考電壓為+3.3V。

更進一步的，所述的場效應管Q2為PMOS型場效應管。

所述的低功耗無線微地震信息傳輸裝置最小發(fā)射功率的設置方法包括按順序進行的下列步驟：

1)將地震儀1放在固定的位置，在已知無線通信模塊3的接收功率、主AP的發(fā)射功率的情況下，根據公式計算出傳播因子，其中n為傳播因子、r為主AP與無線通信模塊3之間的距離、P_T為主AP的發(fā)射功率、P_R為無線通信模塊3的接收功率；

2)在已知傳播因子、無線通信模塊3的接收功率和主AP的發(fā)射功率的情況下，根據公式計算出主AP與每個無線通信模塊3之間的距離；

3)在已知傳播因子、AP與無線通信模塊3之間的距離、主AP的最小接收功率的情況下，根據公式計算出每個無線通信模塊3的最小發(fā)射功率。

本發(fā)明提供的低功耗無線微地震信息傳輸裝置的工作原理如下：

地震儀1接收到主AP發(fā)送的數據回收指令后，將采集的數據通過物理層接口單元2傳送至無線通信模塊3，無線通信模塊3再以無線通訊的模式將地震儀1采集的數據傳送至主AP；主AP再將數據傳送到數據接收端；若地震儀1在設定的時間內沒有收到主AP發(fā)送的數據傳輸指令，地震儀1的ARM控制器通過將物理層接口單元2中的LXT971ALE芯片的PWRDWN引腳輸入設置為1來使物理層接口單元2進入低功耗模式；且與此同時，地震儀1的ARM控制器令自身控制引腳的輸出為1，由于非門SN741VCLG04的A引腳輸入為1，此時，電源控制單元4中非門SN741VCLG04的Y引腳輸出為低電平，三極管Q1通過第六電阻R6輸出高電平，PMOS型場效應管Q2截止，接線端子OUT關閉無線通信模塊3的供電單元，無線通信模塊3停止工作；

無線通信模塊3停止工作滿半個小時候后，會自啟動一次，在啟動期間如果接收到主AP發(fā)送的停止休眠指令，物理層接口單元2中的LXT971ALE芯片由低功耗轉為正常工作模式，地震儀1中ARM控制器令自身的控制引腳輸出為0，非門SN741VCLG04的A引腳輸入為0，此時，電源控制單元4中非門SN741VCLG04的Y引腳輸出為高電平，三極管Q1導通，PMOS型場效應管的柵極電壓為0，PMOS型場效應管Q2導通，接線端子OUT打開無線通信模塊3的供電單元，無線通信模塊3準備數據發(fā)送；

無線通信模塊3收據發(fā)送完成后，若在設定的時間內收不到主AP發(fā)送的數據回收指令，會再次停止工作，停止工作滿半個小時候后，無線通信模塊3再次自啟動，如此循環(huán)；

通常情況下，在野外進行勘探工作時，需要布設多個該低功耗無線微地震信息傳輸裝置來采集某一區(qū)域的微地震信息，以保證信息采集的完整性和準確性，若要求得每個低功耗無線微地震信息傳輸裝置的最小發(fā)射功率，在已知主AP的發(fā)射功率PT1、該低功耗無線微地震信息傳輸裝置的接收功率PR1、發(fā)射距離r的情況下，首先應該求出傳播因子n；

在無線通信領域，發(fā)射功率P_T、接收功率P_R、發(fā)射距離r與傳播因子n之間的關系如下：

$nlgr=lg\left(\frac{P_T}{P_R}\right)---\left(1\right)$

將該低功耗無線微地震信息傳輸裝置放在與主AP距離為50米的位置，設置主AP的發(fā)射功率P_T為20dBm，測量得到此時接收端無線通訊模塊3的功率為P_R1，根據由公式(1)計算得到傳播因子n1；

將該低功耗無線微地震信息傳輸裝置放在與主AP距離為100米的位置，設置主AP的發(fā)射功率P_T為20dBm，測量得到此時接收端無線通訊模塊3的功率為P_R2，根據由公式(1)計算得到傳播因子n2；

將該低功耗無線微地震信息傳輸裝置放在與主AP距離為150米的位置，設置主AP的發(fā)射功率P_T為20dBm，測量此時接收端無線通訊模塊3的功率P_R3，根據由公式(1)計算得到傳播因子n3；

將計算得到的n1、n2和n3進行觀察比對，若n1、n2和n3三個數值的大小相差較小，此時取三個數值的平均值作為觀察因子n的值；若n1、n2和n3中有一個數值明顯與其他數值差距較大，那剔除掉該數值，取剩余兩個數的平均值作為觀察因子n的值；

其次，在已知傳播因子n、主AP的發(fā)射功率P_T1、該低功耗無線微地震信息傳輸裝置的接收功率P_R1的情況下、根據公式(1)求出每個低功耗無線微地震信息傳輸裝置與主AP之間的距離r；

再次，在已知傳播因子n、低功耗無線微地震信息傳輸裝置與主AP之間的距離r、主AP接收信號功率的最小門限P_R2的情況下，根據公式(1)計算出低功耗無線微地震信息傳輸裝置的最小發(fā)射功率。

通常情況下，該低功耗無線微地震信息傳輸裝置在野外每隔100米布設一個，每個AP的覆蓋范圍大概是1km，所以不同間隔的無纜地震儀的所需要的發(fā)射功率要求差別較大，合理地設置該低功耗無線微地震信息傳輸裝置的發(fā)射功率可以大幅度的降低功耗，從而延長其在野外的工作時間。