国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，包括：聲學接收處理單元，用于獲取聲學鳥的聲學數據，并根據所述聲學數據生成測距時延信息；姿態測量單元，深度采集單元，溫度采集單元，電池供電單元；電機驅動與控制單元，用于驅動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機，并控制所述電機的啟動、剎車和正、反轉；微處理器，用于接收所述姿態數據、深度數據及溫度數據；控制所述電池供電單元及所述電機驅動與控制單元；從所述聲學接收處理單元接收測距時延信息并發送給拖纜水平控制主機。本發明的電路模塊適用于拖曳多線陣的水平控制裝置，功耗低、工作可靠、集成度高，適合于海洋多線陣作業環境。
【專利說明】一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及勘測領域，尤其涉及一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊。
【背景技術】
[0002]海洋地震勘探通常是通過人工激發地震波，由拖曳在物探采集船后面的數條裝有檢波器的采集拖纜接收地層反射波。高效的物探采集船可以拖動12?16條間距在50?100米的采集拖纜進行作業。在采集拖纜前端使用單翼偏斜板來幫助保持拖纜間距，但是拖纜后面的情況無法控制，水流、海潮及其他作用都可能使拖纜橫向漂離原定位置，甚至會發生拖纜纏繞。基于聲學測距的海洋拖曳線陣自動橫向控制裝置可以有效控制拖纜間距，保障地震采集作業順利進行。
[0003]隨著海洋石油勘探技術逐漸向高精度、高分辨率層次的發展，勘探系統要求檢波器具有更加精確的定位能力。按照一定間距布置的地震檢波器，采集到地震波數據，其布陣間距的縮小以及采樣率的提高，可以得到更高精度和更高分辨率的地層成像圖，對地質數據解釋和油氣勘探具有重要意義。然而，如果檢波器位置不能精確定位，得到的地層數據無法連續成像，甚至可能得到的數據不可信。因此要進行高分辨率和高精度的地質剖面數據采集分析，不僅需要提高檢波器布陣密度和數據采樣率，還需要對拖曳線陣之間的間距進行嚴格控制。布陣密度提高的另一個方面是多條拖纜間距的縮小。如常規地震勘探系統的拖纜間距為100米左右，隨著布陣密度的提高，逐漸向50米甚至25米間距發展。拖纜間距的縮小帶來一個問題，在拖纜拖曳作業過程中相互纏繞的危險性增加了。拖纜之間間距越小，相互纏繞的可能性越大。為了得到更高精度的地層成像數據，必須繼續縮小拖纜間距，此時，拖纜必須增加水平移動控制能力，努力保持拖纜之間的間距。
[0004]全網高精度多線陣聲學定位系統通過在全網拖纜上掛接超聲測距聲學水鳥(也可稱為聲學鳥)，測量多條拖纜之間的間距和拖纜中前后節點間距，利用網格定位算法估算整個拖纜系統相互之間的間距及每條拖纜的陣形變化，作為拖纜水平移動的依據。由高精度聲學定位系統結合水平控制裝置(也可稱為水平鳥、水平控制水鳥等)對電纜進行水平移動控制，由定深水鳥對拖纜實行拖纜深度控制，組成拖纜系統的二維運動控制，將成為深海油氣勘探地震數據高精度分析的基礎。
[0005]水平鳥的工作原理如圖1所示，水上設備(包括數據處理器DMU及電纜通信控制器LIU、拖纜水平控制主機、導航系統)從第一組的多個水平鳥接收數據，并；所述第一組中的每個水平鳥都與多個聲學鳥分別相連；多個聲學鳥中的每一個也與第二組的多個水平鳥分別相連。多纜船采集作業時，在各條拖纜上按照一定的間隔及順序掛載上聲學鳥及水平鳥，這些聲學鳥和水平鳥組成測距網格。水上設備(包括數據處理器DMU、及電纜通信控制器LIU、拖纜水平控制主機、導航系統)接收各條拖纜上的水平鳥及聲學鳥狀態及數據、向水平鳥下發控制命令。
[0006]多纜船在進行作業時，設定其中的一條纜為基準纜，則該纜上的水平鳥的角度在整個拖曳過程中不進行自我閉環調節控制，在拖纜水平控制主機控制軟件界面上設定電纜之間的目標距離和各種控制參數；
[0007]船上的拖纜水平控制主機向DMU發送配置、角度等指令信息，DMU將指令信息發送給LIU5LIU分析指令后，發送給相應的電纜上的水平鳥；水下電纜上的水平鳥和聲學鳥按照配置的內容進行工作，水平鳥通過聲學接收模塊接收聲學鳥的聲脈沖信號，進行水聲通信延時的計算，將測距時延信息通過LIU和DMU傳送回拖纜水平控制主機進行處理，其中測距時延信息傳送給導航系統，導航系統計算出每條電纜節點之間的實際距離信息，并將距離信息發送給拖纜水平控制主機，拖纜水平控制主機依據這些距離信息計算出維持電纜按照目標間距所需轉動的翼板攻角，通過DMU和LIU發送給水下電纜上的水平鳥，通過水平鳥的翼板攻角變化來調整電纜之間的距離，使電纜之間距離達到目標間距。

【發明內容】

[0008]本發明要解決的技術問題是提供一種適用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，其功耗低、工作可靠、集成度高，適合于海洋多線陣作業環境。
[0009]為了解決上述問題，本發明提供了一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，包括:
[0010]聲學接收處理單元，用于獲取聲學鳥的聲學數據，并根據所述聲學數據生成測距時延信息；
[0011]姿態測量單元，用于獲取所述水平控制裝置的姿態數據；
[0012]深度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的深度數據；
[0013]溫度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的溫度數據；
[0014]電池供電單元，用于提供電能；
[0015]電機驅動與控制單元，用于驅動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機，并控制所述電機的啟動、剎車和正、反轉；
[0016]微處理器，用于接收所述姿態數據、深度數據及溫度數據；控制所述電池供電單元及所述電機驅動與控制單元；從所述聲學接收處理單元接收測距時延信息并發送給拖纜水平控制主機。
[0017]可選地，所述深度采集單元包括:
[0018]壓力傳感器，用于將其膜片采集到的水平控制裝置的深度壓力量轉化為電壓變化的電信號；
[0019]采集子單元，用于對所述壓力傳感器轉化得到的電信號進行量化。
[0020]可選地，所述采集子單元包括:
[0021]TLC2543芯片，其中REF -和GND引腳接地，REF+引腳接參考電壓；
[0022]第一電容，一端接地，另一端與所述TLC2543芯片的VCC引腳相連，并連接高電平；
[0023]第二電容，為電解電容，正極連接所述高電平，負極接地；
[0024]第三電容，一端接地，另一端連接與所述TLC2543芯片的CLK引腳相連；
[0025]第一電阻，第二電阻，均一端接地；
[0026]第三電阻，一端與所述TLC2543芯片的DATO引腳相連，另一端與所述第二電阻不接地的一端相連；
[0027]第四電阻，一段與所述TLC2543芯片的EOC引腳相連，另一端與所述第一電阻不接地的一端相連。
[0028]可選地,所述電池供電單元包括:
[0029]第一電池組、第二電池組、電池過流報警芯片；
[0030]電池電流測量芯片，用于測量所連接的電池組輸出的電流是否超過額定電流，當超過時觸發所述電池過流報警芯片向所述微處理器發出報警信號；
[0031]穩壓供電輸出芯片，通過所述電池電流測量芯片與電池組相連，用于將所連接的電池組輸出的7.2V供電電壓轉換為5V電壓輸出給所述微處理器；
[0032]開關電路，用于導通或關斷所述第二電池組與所述電池電流測量單元之間的連接。
[0033]可選地，所述電池電流測量芯片包括:
[0034]精密電流傳感放大器MAX471，SIGN引腳通過一個IOk Ω的電阻輸出邏輯供應電壓；
[0035]電壓源，正極連接所述MAX471的RS+引腳，負極接地并連接所述MAX471的SHDN和GND引腳，并通過一個2k Ω的電阻與MAX471的OUT引腳相連；
[0036]所述電池過流報警芯片包括:
[0037]第五電阻、第六電阻；
[0038]低功耗軌至軌比較器LT1542CS8，Vcc引腳連接高電平，Vss引腳接地；IN+引腳通過所述第五電阻連接所述高電平，并通過所述第六電阻接地。
[0039]可選地，所述電機驅動與控制單元包括:
[0040]電機驅動升壓電路，采用DC-DC升壓轉換器MAX1771芯片，用于提供驅動源；
[0041]電機驅動電路，選用電機驅動芯片LMD18200，用于提供對電機的驅動電流及電壓，采用PWM方式驅動電機啟動、剎車以及正反轉；檢測電機電流并轉換為電壓發送給所述微處理器；當收到所述微處理器的關斷指令時停止電機運轉。
[0042]可選地，所述溫度采集單元采用數字化溫度傳感器DS18B20。
[0043]可選地，所述微處理器包括:
[0044]主控單片機，用于通過所述姿態采集單元采集姿態數據，通過所述溫度采集單元采集溫度數據，通過所述深度采集單元采集深度數據；以及控制所述電池供電單元；
[0045]輔控單片機，用于進行對電機驅動與控制單元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反饋量；
[0046]通訊單片機，用于接收拖纜水平控制主機下發的配置信息及控制指令并發送給所述聲學接收處理單元，將所述主控單片機接收的水平控制裝置的姿態數據、溫度數據、深度數據、以及所述聲學接收處理單元發送的測距時延信息上傳給拖纜水平控制主機。
[0047]所述主控、輔控、通訊單片機選用MSP430系列的單片機MSP430F169。
[0048]可選地,所述姿態測量單元包括:
[0049]全固態三軸磁強計、MEMS 二軸加速度計、低通濾波器和微處理器芯片。
[0050]可選地，所述聲學接收處理單元包括:
[0051]電源管理子單元、接收換能器、通信接口 ；[0052]電源接口，用于連接外部電源；
[0053]信號處理子單元，通過所述電源管理子單元連接所述電源接口 ；采用頻移鍵控方式，通過所述通信接口接收拖纜水平控制主機的配置信息及控制指令；當接收到同步的指令時，按照所述配置信息通過所述接收換能器，選擇不同時間接收不同頻率接收聲學數據；當接收到停止接收信號的指令時，停止所述接收換能器的接收，并計算出每個信道接收的聲學數據的測距時延信息，將所述測距時延信息上傳給所述微處理器。
[0054]本發明中所述的水平控制裝置是一個海洋聲學接收聲納，與海洋拖曳線陣上的發射聲波信息的聲學鳥組成測距網絡，本電路模塊可接收聲學鳥的聲學信息并測距，此測距信息可以反映拖曳多線陣之間的間距和線陣軌跡。本電路模塊具有自動橫向控制功能，可根據被控制目標的間距情況，接收指令并調節被控目標達到指定間距。本電路模塊各個部件采用模塊化設計，安裝簡單、維修方便，功耗低；本電路模塊集成度高、工作可靠。本電路模塊采用電池供電，超低功耗，工作時間長。本電路模塊接口簡單、工作可靠、適合海洋作業環境；可以有效控制拖纜間距，保障地震采集作業順利進行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]圖1為水平鳥工作原理連接框圖；
[0056]圖2為實施例一的電路模塊的示意框圖；
[0057]圖3為實施例一中深度采集單元中采集子單元的電路示意圖；
[0058]圖4為電池組與連接器的連接示意圖；
[0059]圖5為連接器的引腳定義示意圖；
[0060]圖6為實施例一中電源供電單元的示意框圖；
[0061]圖7為實施例一中電池電流測量芯片的示意框圖；
[0062]圖8為實施例一中電池過流報警芯片的示意框圖；
[0063]圖9為實施例一中聲學接收處理單兀的不意框圖。
【具體實施方式】
[0064]下面將結合附圖及實施例對本發明的技術方案進行更詳細的說明。
[0065]需要說明的是，如果不沖突，本發明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結合，均在本發明的保護范圍之內。另外，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。
[0066]用于拖纜多線陣的水平控制裝置是一個聲學測距聲納與橫向控制的綜合體，在其一個封閉的空間內集成了聲納測距和水平翼板角度的自動閉環控制，該裝置由電池組進行供電工作。該水平控制裝置實現了數據采集、拖纜間距測試工作、電源科學管理、通信以及翼板角度的控制等全部功能。由于在海里惡劣的環境下工作，要求內部電路必須具有低功耗性能和高度集成化。
[0067]水平控制裝置掛載于地震拖纜外部，水平控制裝置內部的電路模塊可以通過線圈接收船載控制設備的配置管理、控制，執行測距等各項任務，水平控制裝置的測距工作通過聲學換能器來接收聲學數據實現測距功能。水平控制裝置需要實現的主要功能如下:
[0068](I)在水中拖曳航行時，通過改變翼板的攻角能夠對拖纜的水平方向進行調節，并且在水中保持良好的姿態；
[0069](2)通過標準卡環掛接在電纜上，能夠通過內置的線圈和雙絞線與船上的控制器進行通信；
[0070](3)具有橫向調節功能，內置深度傳感器、聲學測距裝置和傾角傳感器，可以接收聲學鳥的測量數據，并且能夠將這些數據傳輸給船上控制器，并根據船上控制器在對聲學數據及導航數據進行處理后的控制指令進行橫向調整；
[0071](4)電池采用鋰亞硫硒氯類型電池，電池封裝為A、B兩組，延長裝置的連續工作時間。
[0072]水平控制裝置所要達到的技術指標:
[0073]通信形式采用FSK (頻移鍵控)通信，通信距離無中繼情況下6.4km ;通信波特率2400bps ；
[0074]深度測量范圍:0?IOOm ;測量精度為:0.3% ；
[0075]傾角測量范圍:-45°?+45°，測量精度±0.5° ；
[0076]聲學測量:精度0.1ms ;分辨率0.05ms ;最大接收節點數量:8個；
[0077]電池組容量:26Ah。
[0078]本發明的實施例針對水平控制裝置的上述特點，提供了一種電路模塊。
[0079]實施例一、一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，如圖2所示，包括:
[0080]聲學接收處理單元，用于獲取聲學鳥的聲學數據，并根據所述聲學數據生成測距時延信息；
[0081]姿態測量單元，用于獲取所述水平控制裝置的姿態數據；
[0082]深度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的深度數據；
[0083]溫度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的溫度數據；
[0084]電池供電單元，用于提供電能；
[0085]電機驅動與控制單元，用于驅動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機，并控制所述電機的啟動、剎車和正、反轉；
[0086]微處理器，用于接收所述姿態數據、深度數據及溫度數據；控制所述電池供電單元及所述電機驅動與控制單元；從所述聲學接收處理單元接收測距時延信息。
[0087]本實施例中，通過各個單元協調工作，能夠使水平控制裝置完成通信、采集、測量和控制等功能，以實現對三維地震采集系統的電纜展開控制，提高作業效率，優化數據質量。
[0088]本實施例中，所述深度采集單元具體可以包括:
[0089]壓力傳感器，用于將其膜片采集到的水平控制裝置的深度壓力量轉化為電壓變化的電信號；
[0090]采集子單元，用于對所述壓力傳感器轉化得到的電信號進行量化。
[0091 ] 本實施例中，所述采集子單元還可以實現水平控制裝置的電池電壓、電池電流和電機電流等模擬參量的數字化。
[0092]本實施例中，所述壓力傳感器選用高穩定性和高可靠性的壓阻式壓力傳感器和高性能的變送器專用電路，整體性能穩定可靠，并且具有短路保護和反極性保護功能。
[0093]所述壓力傳感器的技術指標如下:[0094]測量范圍:0?100米；
[0095]精確度:優于0.3%FS ；
[0096]工作溫度:_30°C?80°C；
[0097]供電電源:5(I 土2%) VDC ；
[0098]殼體:不銹鋼316LC (三線)。
[0099]本實施例中，所述采集子單元如圖3所示，可以但不限于包括:
[0100]TLC2543芯片，這是一個12位模-數轉換器，有11個輸入通道，供電電流僅需ImA(典型值);其中REF -和GND引腳接地(圖3中的GNDcell), REF+引腳接參考電壓；圖3中I?20為該芯片的引腳編號；
[0101 ] 第一電容C5，一端接地，另一端與所述TLC2543芯片的VCC弓丨腳相連，并連接高電平；
[0102]第二電容C6，為電解電容，正極連接所述高電平，負極接地；
[0103]第三電容C102，一端接地，另一端連接與所述TLC2543芯片的CLK引腳相連；
[0104]第一電阻R22，第二電阻R23，均一端接地；
[0105]第三電阻R71，一端與所述TLC2543芯片的DATO弓丨腳相連，另一端與所述第二電阻R23不接地的一端相連；
[0106]第四電阻R70，一段與所述TLC2543芯片的EOC引腳相連，另一端與所述第一電阻R22不接地的一端相連。
[0107]其中，所述第一電容C5的大小可以為0.01 μ F，所述第二電容C6的大小可以為10UF，所述第三電容C102的大小可以為50pF ;所述高電平可以為直流5V (圖3中的5Vad);所述參考電壓可以也為5V (圖3中的5Vref);所述第一、第二電阻的大小可以為10ΚΩ，所述第三、第四電阻的大小可以為5ΚΩ。
[0108]TLC2543芯片中，初始狀態下CS (CS*引腳)應設為高，I/O時鐘(CLK引腳)和DATA(DATIN引腳)使能，DATAOUT (DAT0引腳)輸出高阻態。使CS置低，啟動轉換時序，DATA0UT按照系統時序要求進行轉換。I/O周期由外部提供的I/O時鐘定義為8、12或16個時鐘周期，具體決定于設定的位數。轉換周期由和I/O時鐘同步的內部時鐘控制。在轉換周期內，設備對模擬輸入電壓進行連續的近似轉換，EOC引腳在轉換開始時被拉低，轉換結束時被拉高，輸出數據寄存器同時也被鎖存。轉換過程在I/O周期結束后啟動(之前完成采樣過程)，這樣可以把外部數字噪音對轉換精度的影響降到最小。
[0109]本實施例中，所述溫度采集單元主要實現對水平控制裝置內部的工作環境的實時監控，操作人員通過拖纜水平控制主機軟件可以實時了解水平控制裝置內部的工作環境。
[0110]所述溫度采集單元可以但不限于采用數字化溫度傳感器DS18B20，該芯片是第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，DS1820接口方式比較簡單，不占用系統硬件資源，且測量范圍較寬，溫度測量范圍為-55°C?125°C，在-10°C?85°C內，精度為±0.5°C，該芯片支持3V?5V的電壓范圍，且采集工作時功耗為1mA，不工作時為IOOuA級。
[0111]DS18B20用12位存儲溫度值，其工作過程為:
[0112]初始化；
[0113]ROM操作命令；
[0114]存儲器操作命令；[0115]時序操作。
[0116]本實施例中，所述電池供電單元可以但不限于采用高能鋰電池ER34615M，該電池容量大(13Ah)、放電電流大(脈沖電流1.8A)。電池供電單元為整個系統正常工作提供能量，所述電池供電單元中可以包括兩組電池(第一電池組、第二電池組)，每組電池為7.2伏；系統開始工作時，首先由第一電池組給系統供電，第二電池組處于斷開狀態。當第一電池組電量用完，系統自動切換到第二電池組，第一電池組和第二電池組同時給系統供電。
[0117]如圖4所示，所述第一、第二電池組可以通過連接器與其它部件相連:
[0118]所述第一電池組的正極通過第一保險絲連接所述連接器的第一接頭，負極連接所述連接器的第二接頭；
[0119]所述第二電池組的正極通過第二保險絲連接所述連接器的第三接頭，負極連接所述連接器的第二接頭。
[0120]所述第一、第二保險絲的規格可以但不限于為2A。
[0121 ] 所述連接器可以選用與其它電池連接插頭一致的連接器，使電池的接頭連接器引腳定義一致，如圖5所示，當連接器的6個孔的位置偏于連接器表面的右側時，內側的3個孔從上到下依次為所述第三接頭VB+ (連接所述第二電池組的正極)，所述第一接頭VA+ (連接所述第二電池組的正極)，及所述第二接頭GND (連接所述第一、第二電池組的負極)。
[0122]本實施例中，如圖6所示，所述電池供電單元除了所述第一電池組、第二電池組以外還可以包括:
[0123]電池過流報警芯片；
[0124]電池電流測量芯片，用于測量所連接的電池組輸出的電流是否超過額定電流，當超過時觸發所述電池過流報警芯片向所述微處理器發出報警信號；
[0125]穩壓供電輸出芯片，通過所述電池電流測量芯片與電池組相連，用于將所連接的電池組輸出的7.2V供電電壓轉換為5V電壓輸出給所述微處理器；
[0126]開關電路，用于導通或關斷所述第二電池組與所述電池電流測量單元之間的連接。
[0127]只有在所述開關電路導通后，所述第二電池組的輸出才能輸送至電池電流測量單元。電池組的供電輸出先輸送至電池電流測量芯片，電池電流測量芯片輸出經穩壓供電輸出芯片輸送至微處理器，當電池組輸出電流超過限定電流時，電池過流報警單元會向微處理器發出報警信號，以關斷系統其他部分供電。
[0128]本實施例中，所述電池電流測量芯片如圖7所示，可以但不限于包括:
[0129]精密電流傳感放大器MAX471，該芯片內置35πιΩ精密傳感電阻，可測量電流的上下限為±3Α ;并且其工作電流只有IOOuA,靜態電流更低至18uA，極適合于電池供電系統；SIGN引腳通過一個IOOkQ的電阻輸出邏輯供應電壓(LOGIC SUPPLY)；
[0130]電壓源，規格為3V?36V ;正極連接所述MAX471的RS+引腳，負極接地并連接所述MAX471的SHDN和GND引腳，并通過一個2k Ω的電阻與MAX471的OUT引腳相連。
[0131]本實施例中，所述電池過流報警芯片如圖8所示，可以但不限于包括:
[0132]第五電阻R1、第六電阻R2 ;
[0133]低功耗軌至軌比較器LT1542CS8，其工作電壓范圍較寬為O?13V，且自帶節電功能引腳；最大工作電流14uA，靜態工作電流只有5uA，適合于低功耗應用系統。Vcc引腳連接高電平(5V)，Vss引腳接地；IN+引腳通過所述第五電阻Rl連接所述高電平，并通過所述第六電阻R2接地；
[0134]本實施例中，所述電機驅動與控制單元主要實現單片機對直流無刷電機的驅動及控制功能。通過對電機的控制，實現對水平控制裝置的水平翼板的左右角度的控制，在拖曳在一定的速度下，使得拖曳具有往右或往左運動的軌跡，從而達到對拖曳之間的距離的控制。
[0135]所述電機驅動與控制單元具體可以包括:
[0136]電機驅動升壓電路，用于提供驅動源；
[0137]電機驅動電路，用于提供對電機的驅動電流及電壓，采用PWM方式驅動電機啟動、剎車以及正反轉；檢測電機電流并轉換為電壓發送給所述微處理器；當收到所述微處理器的關斷指令時停止電機運轉。
[0138]所述電機驅動升壓電路可以但不限于采用MAX頂公司的高效率、可調整輸出DC-DC升壓轉換器MAX1771芯片。該器件具有高達90%的轉換效率，節電模式下低至5uA的功耗，輸入電壓范圍2V到16.5V，開關頻率高達300KHZ。
[0139]所述電機驅動電路可以但不限于選用專用電機驅動芯片LMD18200，該芯片是專用的H橋組件芯片，并且它具有溫度報警和過熱與短路保護功能，同時，它的峰值輸出電流高達6A，連續輸出電流達3A，工作電壓高達55V，且同一芯片上集成有CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor),互補金屬氧化物半導體)控制電路和DM0S(double-diffusedMOSFET,雙擴散金屬氧化物半導體場效應管)功率器件。
[0140]該芯片峰值輸出電流高達6A，連續輸出電流達3A，工作電壓高達55V，TTL/CM0S兼容電平的輸入，具有溫度報警和過熱與短路保護功能，具有良好的抗干擾性。該芯片有11個引腳，采用T0-220封裝。
[0141]LMD18200內部集成了 4個DMOS管，組成一個標準的H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個300kHz左右的工作頻率?？稍诘谝灰_(B00T1引腳)、第十一引腳(B00T2引腳)外接電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。第二引腳(0UT1引腳)、第十引腳(0UT2引腳)接直流電機電樞，正轉時電流的方向應該從第二引腳到第十引腳；反轉時電流的方向應該從第十引腳到第二引腳。電流檢測輸出第八引腳(lout引腳)可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內部保護電路設置的過電流閾值為10A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復輸出。如果過電流持續時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過第九引腳(Tout引腳)輸出，當結溫達到145度時第九引腳有輸出信號。
[0142]電機在運行過程中，由于負載的變化，電機電流會發生變化，當電機電流過大時，會迅速導致電池電壓的下降，最終會導致系統工作崩潰。因此，提供電機過流保護功能是相當必要的。利用LMD18200自帶的電機電流檢測引腳檢測電機電流，并將檢測到的電流轉換成電壓送給所述微處理器處理；當檢測到的電壓大于某一閾值，所述微處理器輸出控制信號關斷驅動的供電，同時置位LMD18200的第四引腳(BRAKE引腳)，停止電機運轉，達到電機過流保護的功能。
[0143]本實施例中，所述微處理器具體可以包括:[0144]主控單片機，用于通過所述姿態采集單元采集姿態數據，通過所述溫度采集單元采集溫度數據，通過所述深度采集單元采集深度數據；以及控制所述電池供電單元；
[0145]輔控單片機，用于進行對電機驅動與控制單元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反饋量；
[0146]通訊單片機，用于接收拖纜水平控制主機下發的配置信息及控制指令并發送給所述聲學接收處理單元，將所述主控單片機接收的水平控制裝置的姿態數據、溫度數據、深度數據、以及所述聲學接收處理單元發送的測距時延信息上傳給拖纜水平控制主機。
[0147]所述主控單片機還可以用于采集電壓電流數據；所述輔控單片機還可以用于對編碼進行控制。
[0148]本實施例中，所述微處理器中的主控、輔控、通訊單片機均可以選用MSP430系列的單片機MSP430F169，該單片機具有以下特點:
[0149]低電壓，超低功耗，該單片機的在1.8~3.6V電壓工作，在IMHz的時鐘條件下，耗電電流小于400uA，休眠模式下只有幾十微安。
[0150]本實施例中，所述姿態測量主要是實時測量水平控制裝置的橫滾、俯仰和航向角，達到對拖曳的軌跡實時監控。
[0151]所述姿態測量單元可以但不限于為磁羅盤，本實施例中可以將其電路集成嵌入設計在控制電路板上，同整個控制電路板設計成一體。
[0152]所述姿態測量 單元包括:
[0153]全固態三軸磁強計、MEMS (微機電系統)二軸加速度計、低通濾波器和微處理芯片芯片；這些部件均可采用目前已有的。其姿態性能指標為:
[0154]航向角測量范圍:0°~360°
[0155]精度:傾斜角〈30。，土0.5。；傾斜角≥ 30°，±0.8。；
[0156]分辨力:0.1°
[0157]重復性:±0.1。
[0158]俯仰角:測量范圍:±50° ;
[0159]精度:傾斜角〈30。，±0.3。；傾斜角≥30° ;±0.5。；
[0160]分辨力:0.1° ;
[0161]重復性:±0.1°；
[0162]橫滾角:測量范圍:±50° ;
[0163]精度:傾斜角〈30°，土0.3° ;傾斜角≥ 30°，±0.5° ；
[0164]分辨力:0.1° ;
[0165]重復性:±0.1° ；
[0166]本實施例中，所述聲學接收處理單元如圖9所示，具體可以包括:
[0167]電源管理子單元、接收換能器、通信接口 ；
[0168]電源接口，用于連接外部電源；
[0169]信號處理子單元，通過所述電源管理子單元連接所述電源接口 ；采用頻移鍵控方式，通過所述通信接口接收拖纜水平控制主機的配置信息及控制指令；當接收到同步的指令時，按照所述配置信息通過所述接收換能器，選擇不同時間接收不同頻率接收聲學數據；當接收到停止接收信號的指令時，停止所述接收換能器的接收，并計算出每個信道接收的聲學數據的測距時延信息，將所述測距時延信息上傳給所述微處理器。
[0170]聲學接收處理單元和所述微處理器可以通過串口線和控制線連接，所述微處理器按照數據格式要求將所述測距時延信息發送給船上DMU，完成整個接收的工作過程。
[0171]當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，其特征在于，包括: 聲學接收處理單元，用于獲取聲學鳥的聲學數據，并根據所述聲學數據生成測距時延信息； 姿態測量單元，用于獲取所述水平控制裝置的姿態數據； 深度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的深度數據； 溫度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的溫度數據； 電池供電單元，用于提供電能； 電機驅動與控制單元，用于驅動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機，并控制所述電機的啟動、剎車和正、反轉； 微處理器，用于接收所述姿態數據、深度數據及溫度數據；控制所述電池供電單元及所述電機驅動與控制單元；從所述聲學接收處理單元接收測距時延信息并發送給拖纜水平控制主機。
2.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述深度采集單元包括: 壓力傳感器，用于將其膜片采集到的水平控制裝置的深度壓力量轉化為電壓變化的電信號; 采集子單元，用于對所述壓力傳感器轉化得到的電信號進行量化。
3.如權利要求2所述的電路模塊，其特征在于，所述采集子單元包括: TLC2543芯片，其中REF -和GND引腳接地，REF+引腳接參考電壓； 第一電容，一端接地，另一端與所述TLC2543芯片的VCC引腳相連，并連接高電平； 第二電容，為電解電容，正極連接所述高電平，負極接地； 第三電容，一端接地，另一端連接與所述TLC2543芯片的CLK引腳相連； 第一電阻，第二電阻，均一端接地； 第三電阻，一端與所述TLC2543芯片的DATO引腳相連，另一端與所述第二電阻不接地的一端相連； 第四電阻，一段與所述TLC2543芯片的EOC引腳相連，另一端與所述第一電阻不接地的一端相連。
4.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述電池供電單元包括: 第一電池組、第二電池組、電池過流報警芯片； 電池電流測量芯片，用于測量所連接的電池組輸出的電流是否超過額定電流，當超過時觸發所述電池過流報警芯片向所述微處理器發出報警信號； 穩壓供電輸出芯片，通過所述電池電流測量芯片與電池組相連，用于將所連接的電池組輸出的7.2V供電電壓轉換為5V電壓輸出給所述微處理器； 開關電路，用于導通或關斷所述第二電池組與所述電池電流測量單元之間的連接。
5.如權利要求4所述的電路模塊，其特征在于，所述電池電流測量芯片包括: 精密電流傳感放大器MAX471，SIGN引腳通過一個IOkQ的電阻輸出邏輯供應電壓； 電壓源，正極連接所述MAX471的RS+引腳，負極接地并連接所述MAX471的SHDN和GND引腳，并通過一個2k Ω的電阻與MAX471的OUT引腳相連； 所述電池過流報警芯片包括: 第五電阻、第六電阻；低功耗軌至軌比較器LT1542CS8，Vcc引腳連接高電平，Vss引腳接地；IN+引腳通過所述第五電阻連接所述高電平，并通過所述第六電阻接地。
6.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述電機驅動與控制單元包括: 電機驅動升壓電路，采用DC-DC升壓轉換器MAX1771芯片，用于提供驅動源； 電機驅動電路，選用電機驅動芯片LMD18200，用于提供對電機的驅動電流及電壓，采用PWM方式驅動電機啟動、剎車以及正反轉；檢測電機電流并轉換為電壓發送給所述微處理器；當收到所述微處理器的關斷指令時停止電機運轉。
7.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于: 所述溫度采集單元采用數字化溫度傳感器DS18B20。
8.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述微處理器包括: 主控單片機，用于通過所述姿態采集單元采集姿態數據，通過所述溫度采集單元采集溫度數據，通過所述深度采集單元采集深度數據；以及控制所述電池供電單元； 輔控單片機，用于進行對電機驅動與控制單元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反饋量; 通訊單片機，用于接收拖纜水平控制主機下發的配置信息及控制指令并發送給所述聲學接收處理單元，將所 述主控單片機接收的水平控制裝置的姿態數據、溫度數據、深度數據、以及所述聲學接收處理單元發送的測距時延信息上傳給拖纜水平控制主機； 所述主控、輔控、通訊單片機選用MSP430系列的單片機MSP430F169。
9.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述姿態測量單元包括: 全固態三軸磁強計、MEMS 二軸加速度計、低通濾波器和微處理器芯片。
10.如權利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述聲學接收處理單元包括: 電源管理子單元、接收換能器、通信接口 ； 電源接口，用于連接外部電源； 信號處理子單元，通過所述電源管理子單元連接所述電源接口 ；采用頻移鍵控方式，通過所述通信接口接收拖纜水平控制主機的配置信息及控制指令；當接收到同步的指令時，按照所述配置信息通過所述接收換能器，選擇不同時間接收不同頻率接收聲學數據；當接收到停止接收信號的指令時，停止所述接收換能器的接收，并計算出每個信道接收的聲學數據的測距時延信息，將所述測距時延信息上傳給所述微處理器。
【文檔編號】G01V1/38GK103760604SQ201410019411
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】王德亮, 段瑞芳, 康真威, 黃德友, 蔣國軍, 阮福明, 沈銳, 肖仁彪, 任宏偉 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司, 中國船舶重工集團公司第七一○研究所