一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块，包括：声学接收处理单元，用于获取声学鸟的声学数据，并根据所述声学数据生成测距时延信息；姿态测量单元，深度采集单元，温度采集单元，电池供电单元；电机驱动与控制单元，用于驱动与所述水平控制装置的水平翼板相连的电机，并控制所述电机的启动、刹车和正、反转；微处理器，用于接收所述姿态数据、深度数据及温度数据；控制所述电池供电单元及所述电机驱动与控制单元；从所述声学接收处理单元接收测距时延信息并发送给拖缆水平控制主机。本发明的电路模块适用于拖曳多线阵的水平控制装置，功耗低、工作可靠、集成度高，适合于海洋多线阵作业环境。
【专利说明】一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及勘测领域，尤其涉及一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块。
【背景技术】
[0002]海洋地震勘探通常是通过人工激发地震波，由拖曳在物探采集船后面的数条装有检波器的采集拖缆接收地层反射波。高效的物探采集船可以拖动12?16条间距在50?100米的采集拖缆进行作业。在采集拖缆前端使用单翼偏斜板来帮助保持拖缆间距，但是拖缆后面的情况无法控制，水流、海潮及其他作用都可能使拖缆横向漂离原定位置，甚至会发生拖缆缠绕。基于声学测距的海洋拖曳线阵自动横向控制装置可以有效控制拖缆间距，保障地震采集作业顺利进行。
[0003]随着海洋石油勘探技术逐渐向高精度、高分辨率层次的发展，勘探系统要求检波器具有更加精确的定位能力。按照一定间距布置的地震检波器，采集到地震波数据，其布阵间距的缩小以及采样率的提高，可以得到更高精度和更高分辨率的地层成像图，对地质数据解释和油气勘探具有重要意义。然而，如果检波器位置不能精确定位，得到的地层数据无法连续成像，甚至可能得到的数据不可信。因此要进行高分辨率和高精度的地质剖面数据采集分析，不仅需要提高检波器布阵密度和数据采样率，还需要对拖曳线阵之间的间距进行严格控制。布阵密度提高的另一个方面是多条拖缆间距的缩小。如常规地震勘探系统的拖缆间距为100米左右，随着布阵密度的提高，逐渐向50米甚至25米间距发展。拖缆间距的缩小带来一个问题，在拖缆拖曳作业过程中相互缠绕的危险性增加了。拖缆之间间距越小，相互缠绕的可能性越大。为了得到更高精度的地层成像数据，必须继续缩小拖缆间距，此时，拖缆必须增加水平移动控制能力，努力保持拖缆之间的间距。
[0004]全网高精度多线阵声学定位系统通过在全网拖缆上挂接超声测距声学水鸟(也可称为声学鸟)，测量多条拖缆之间的间距和拖缆中前后节点间距，利用网格定位算法估算整个拖缆系统相互之间的间距及每条拖缆的阵形变化，作为拖缆水平移动的依据。由高精度声学定位系统结合水平控制装置(也可称为水平鸟、水平控制水鸟等)对电缆进行水平移动控制，由定深水鸟对拖缆实行拖缆深度控制，组成拖缆系统的二维运动控制，将成为深海油气勘探地震数据高精度分析的基础。
[0005]水平鸟的工作原理如图1所示，水上设备(包括数据处理器DMU及电缆通信控制器LIU、拖缆水平控制主机、导航系统)从第一组的多个水平鸟接收数据，并；所述第一组中的每个水平鸟都与多个声学鸟分别相连；多个声学鸟中的每一个也与第二组的多个水平鸟分别相连。多缆船采集作业时，在各条拖缆上按照一定的间隔及顺序挂载上声学鸟及水平鸟，这些声学鸟和水平鸟组成测距网格。水上设备(包括数据处理器DMU、及电缆通信控制器LIU、拖缆水平控制主机、导航系统)接收各条拖缆上的水平鸟及声学鸟状态及数据、向水平鸟下发控制命令。
[0006]多缆船在进行作业时，设定其中的一条缆为基准缆，则该缆上的水平鸟的角度在整个拖曳过程中不进行自我闭环调节控制，在拖缆水平控制主机控制软件界面上设定电缆之间的目标距离和各种控制参数；
[0007]船上的拖缆水平控制主机向DMU发送配置、角度等指令信息，DMU将指令信息发送给LIU5LIU分析指令后，发送给相应的电缆上的水平鸟；水下电缆上的水平鸟和声学鸟按照配置的内容进行工作，水平鸟通过声学接收模块接收声学鸟的声脉冲信号，进行水声通信延时的计算，将测距时延信息通过LIU和DMU传送回拖缆水平控制主机进行处理，其中测距时延信息传送给导航系统，导航系统计算出每条电缆节点之间的实际距离信息，并将距离信息发送给拖缆水平控制主机，拖缆水平控制主机依据这些距离信息计算出维持电缆按照目标间距所需转动的翼板攻角，通过DMU和LIU发送给水下电缆上的水平鸟，通过水平鸟的翼板攻角变化来调整电缆之间的距离，使电缆之间距离达到目标间距。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是提供一种适用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块，其功耗低、工作可靠、集成度高，适合于海洋多线阵作业环境。
[0009]为了解决上述问题，本发明提供了一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块，包括:
[0010]声学接收处理单元，用于获取声学鸟的声学数据，并根据所述声学数据生成测距时延信息；
[0011]姿态测量单元，用于获取所述水平控制装置的姿态数据；
[0012]深度采集单元，用于获取所述水平控制装置的深度数据；
[0013]温度采集单元，用于获取所述水平控制装置的温度数据；
[0014]电池供电单元，用于提供电能；
[0015]电机驱动与控制单元，用于驱动与所述水平控制装置的水平翼板相连的电机，并控制所述电机的启动、刹车和正、反转；
[0016]微处理器，用于接收所述姿态数据、深度数据及温度数据；控制所述电池供电单元及所述电机驱动与控制单元；从所述声学接收处理单元接收测距时延信息并发送给拖缆水平控制主机。
[0017]可选地，所述深度采集单元包括:
[0018]压力传感器，用于将其膜片采集到的水平控制装置的深度压力量转化为电压变化的电信号；
[0019]采集子单元，用于对所述压力传感器转化得到的电信号进行量化。
[0020]可选地，所述采集子单元包括:
[0021]TLC2543芯片，其中REF -和GND引脚接地，REF+引脚接参考电压；
[0022]第一电容，一端接地，另一端与所述TLC2543芯片的VCC引脚相连，并连接高电平；
[0023]第二电容，为电解电容，正极连接所述高电平，负极接地；
[0024]第三电容，一端接地，另一端连接与所述TLC2543芯片的CLK引脚相连；
[0025]第一电阻，第二电阻，均一端接地；
[0026]第三电阻，一端与所述TLC2543芯片的DATO引脚相连，另一端与所述第二电阻不接地的一端相连；
[0027]第四电阻，一段与所述TLC2543芯片的EOC引脚相连，另一端与所述第一电阻不接地的一端相连。
[0028]可选地,所述电池供电单元包括:
[0029]第一电池组、第二电池组、电池过流报警芯片；
[0030]电池电流测量芯片，用于测量所连接的电池组输出的电流是否超过额定电流，当超过时触发所述电池过流报警芯片向所述微处理器发出报警信号；
[0031]稳压供电输出芯片，通过所述电池电流测量芯片与电池组相连，用于将所连接的电池组输出的7.2V供电电压转换为5V电压输出给所述微处理器；
[0032]开关电路，用于导通或关断所述第二电池组与所述电池电流测量单元之间的连接。
[0033]可选地，所述电池电流测量芯片包括:
[0034]精密电流传感放大器MAX471，SIGN引脚通过一个IOk Ω的电阻输出逻辑供应电压；
[0035]电压源，正极连接所述MAX471的RS+引脚，负极接地并连接所述MAX471的SHDN和GND引脚，并通过一个2k Ω的电阻与MAX471的OUT引脚相连；
[0036]所述电池过流报警芯片包括:
[0037]第五电阻、第六电阻；
[0038]低功耗轨至轨比较器LT1542CS8，Vcc引脚连接高电平，Vss引脚接地；IN+引脚通过所述第五电阻连接所述高电平，并通过所述第六电阻接地。
[0039]可选地，所述电机驱动与控制单元包括:
[0040]电机驱动升压电路，采用DC-DC升压转换器MAX1771芯片，用于提供驱动源；
[0041]电机驱动电路，选用电机驱动芯片LMD18200，用于提供对电机的驱动电流及电压，采用PWM方式驱动电机启动、刹车以及正反转；检测电机电流并转换为电压发送给所述微处理器；当收到所述微处理器的关断指令时停止电机运转。
[0042]可选地，所述温度采集单元采用数字化温度传感器DS18B20。
[0043]可选地，所述微处理器包括:
[0044]主控单片机，用于通过所述姿态采集单元采集姿态数据，通过所述温度采集单元采集温度数据，通过所述深度采集单元采集深度数据；以及控制所述电池供电单元；
[0045]辅控单片机，用于进行对电机驱动与控制单元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反馈量；
[0046]通讯单片机，用于接收拖缆水平控制主机下发的配置信息及控制指令并发送给所述声学接收处理单元，将所述主控单片机接收的水平控制装置的姿态数据、温度数据、深度数据、以及所述声学接收处理单元发送的测距时延信息上传给拖缆水平控制主机。
[0047]所述主控、辅控、通讯单片机选用MSP430系列的单片机MSP430F169。
[0048]可选地,所述姿态测量单元包括:
[0049]全固态三轴磁强计、MEMS 二轴加速度计、低通滤波器和微处理器芯片。
[0050]可选地，所述声学接收处理单元包括:
[0051]电源管理子单元、接收换能器、通信接口 ；[0052]电源接口，用于连接外部电源；
[0053]信号处理子单元，通过所述电源管理子单元连接所述电源接口 ；采用频移键控方式，通过所述通信接口接收拖缆水平控制主机的配置信息及控制指令；当接收到同步的指令时，按照所述配置信息通过所述接收换能器，选择不同时间接收不同频率接收声学数据；当接收到停止接收信号的指令时，停止所述接收换能器的接收，并计算出每个信道接收的声学数据的测距时延信息，将所述测距时延信息上传给所述微处理器。
[0054]本发明中所述的水平控制装置是一个海洋声学接收声纳，与海洋拖曳线阵上的发射声波信息的声学鸟组成测距网络，本电路模块可接收声学鸟的声学信息并测距，此测距信息可以反映拖曳多线阵之间的间距和线阵轨迹。本电路模块具有自动横向控制功能，可根据被控制目标的间距情况，接收指令并调节被控目标达到指定间距。本电路模块各个部件采用模块化设计，安装简单、维修方便，功耗低；本电路模块集成度高、工作可靠。本电路模块采用电池供电，超低功耗，工作时间长。本电路模块接口简单、工作可靠、适合海洋作业环境；可以有效控制拖缆间距，保障地震采集作业顺利进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1为水平鸟工作原理连接框图；
[0056]图2为实施例一的电路模块的示意框图；
[0057]图3为实施例一中深度采集单元中采集子单元的电路示意图；
[0058]图4为电池组与连接器的连接示意图；
[0059]图5为连接器的引脚定义示意图；
[0060]图6为实施例一中电源供电单元的示意框图；
[0061]图7为实施例一中电池电流测量芯片的示意框图；
[0062]图8为实施例一中电池过流报警芯片的示意框图；
[0063]图9为实施例一中声学接收处理单兀的不意框图。
【具体实施方式】
[0064]下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
[0065]需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0066]用于拖缆多线阵的水平控制装置是一个声学测距声纳与横向控制的综合体，在其一个封闭的空间内集成了声纳测距和水平翼板角度的自动闭环控制，该装置由电池组进行供电工作。该水平控制装置实现了数据采集、拖缆间距测试工作、电源科学管理、通信以及翼板角度的控制等全部功能。由于在海里恶劣的环境下工作，要求内部电路必须具有低功耗性能和高度集成化。
[0067]水平控制装置挂载于地震拖缆外部，水平控制装置内部的电路模块可以通过线圈接收船载控制设备的配置管理、控制，执行测距等各项任务，水平控制装置的测距工作通过声学换能器来接收声学数据实现测距功能。水平控制装置需要实现的主要功能如下:
[0068](I)在水中拖曳航行时，通过改变翼板的攻角能够对拖缆的水平方向进行调节，并且在水中保持良好的姿态；
[0069](2)通过标准卡环挂接在电缆上，能够通过内置的线圈和双绞线与船上的控制器进行通信；
[0070](3)具有横向调节功能，内置深度传感器、声学测距装置和倾角传感器，可以接收声学鸟的测量数据，并且能够将这些数据传输给船上控制器，并根据船上控制器在对声学数据及导航数据进行处理后的控制指令进行横向调整；
[0071](4)电池采用锂亚硫硒氯类型电池，电池封装为A、B两组，延长装置的连续工作时间。
[0072]水平控制装置所要达到的技术指标:
[0073]通信形式采用FSK (频移键控)通信，通信距离无中继情况下6.4km ;通信波特率2400bps ；
[0074]深度测量范围:0?IOOm ;测量精度为:0.3% ；
[0075]倾角测量范围:-45°?+45°，测量精度±0.5° ；
[0076]声学测量:精度0.1ms ;分辨率0.05ms ;最大接收节点数量:8个；
[0077]电池组容量:26Ah。
[0078]本发明的实施例针对水平控制装置的上述特点，提供了一种电路模块。
[0079]实施例一、一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块，如图2所示，包括:
[0080]声学接收处理单元，用于获取声学鸟的声学数据，并根据所述声学数据生成测距时延信息；
[0081]姿态测量单元，用于获取所述水平控制装置的姿态数据；
[0082]深度采集单元，用于获取所述水平控制装置的深度数据；
[0083]温度采集单元，用于获取所述水平控制装置的温度数据；
[0084]电池供电单元，用于提供电能；
[0085]电机驱动与控制单元，用于驱动与所述水平控制装置的水平翼板相连的电机，并控制所述电机的启动、刹车和正、反转；
[0086]微处理器，用于接收所述姿态数据、深度数据及温度数据；控制所述电池供电单元及所述电机驱动与控制单元；从所述声学接收处理单元接收测距时延信息。
[0087]本实施例中，通过各个单元协调工作，能够使水平控制装置完成通信、采集、测量和控制等功能，以实现对三维地震采集系统的电缆展开控制，提高作业效率，优化数据质量。
[0088]本实施例中，所述深度采集单元具体可以包括:
[0089]压力传感器，用于将其膜片采集到的水平控制装置的深度压力量转化为电压变化的电信号；
[0090]采集子单元，用于对所述压力传感器转化得到的电信号进行量化。
[0091 ] 本实施例中，所述采集子单元还可以实现水平控制装置的电池电压、电池电流和电机电流等模拟参量的数字化。
[0092]本实施例中，所述压力传感器选用高稳定性和高可靠性的压阻式压力传感器和高性能的变送器专用电路，整体性能稳定可靠，并且具有短路保护和反极性保护功能。
[0093]所述压力传感器的技术指标如下:[0094]测量范围:0?100米；
[0095]精确度:优于0.3%FS ；
[0096]工作温度:_30°C?80°C；
[0097]供电电源:5(I 土2%) VDC ；
[0098]壳体:不锈钢316LC (三线)。
[0099]本实施例中，所述采集子单元如图3所示，可以但不限于包括:
[0100]TLC2543芯片，这是一个12位模-数转换器，有11个输入通道，供电电流仅需ImA(典型值);其中REF -和GND引脚接地(图3中的GNDcell), REF+引脚接参考电压；图3中I?20为该芯片的引脚编号；
[0101 ] 第一电容C5，一端接地，另一端与所述TLC2543芯片的VCC弓丨脚相连，并连接高电平；
[0102]第二电容C6，为电解电容，正极连接所述高电平，负极接地；
[0103]第三电容C102，一端接地，另一端连接与所述TLC2543芯片的CLK引脚相连；
[0104]第一电阻R22，第二电阻R23，均一端接地；
[0105]第三电阻R71，一端与所述TLC2543芯片的DATO弓丨脚相连，另一端与所述第二电阻R23不接地的一端相连；
[0106]第四电阻R70，一段与所述TLC2543芯片的EOC引脚相连，另一端与所述第一电阻R22不接地的一端相连。
[0107]其中，所述第一电容C5的大小可以为0.01 μ F，所述第二电容C6的大小可以为10UF，所述第三电容C102的大小可以为50pF ;所述高电平可以为直流5V (图3中的5Vad);所述参考电压可以也为5V (图3中的5Vref);所述第一、第二电阻的大小可以为10ΚΩ，所述第三、第四电阻的大小可以为5ΚΩ。
[0108]TLC2543芯片中，初始状态下CS (CS*引脚)应设为高，I/O时钟(CLK引脚)和DATA(DATIN引脚)使能，DATAOUT (DAT0引脚)输出高阻态。使CS置低，启动转换时序，DATA0UT按照系统时序要求进行转换。I/O周期由外部提供的I/O时钟定义为8、12或16个时钟周期，具体决定于设定的位数。转换周期由和I/O时钟同步的内部时钟控制。在转换周期内，设备对模拟输入电压进行连续的近似转换，EOC引脚在转换开始时被拉低，转换结束时被拉高，输出数据寄存器同时也被锁存。转换过程在I/O周期结束后启动(之前完成采样过程)，这样可以把外部数字噪音对转换精度的影响降到最小。
[0109]本实施例中，所述温度采集单元主要实现对水平控制装置内部的工作环境的实时监控，操作人员通过拖缆水平控制主机软件可以实时了解水平控制装置内部的工作环境。
[0110]所述温度采集单元可以但不限于采用数字化温度传感器DS18B20，该芯片是第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，DS1820接口方式比较简单，不占用系统硬件资源，且测量范围较宽，温度测量范围为-55°C?125°C，在-10°C?85°C内，精度为±0.5°C，该芯片支持3V?5V的电压范围，且采集工作时功耗为1mA，不工作时为IOOuA级。
[0111]DS18B20用12位存储温度值，其工作过程为:
[0112]初始化；
[0113]ROM操作命令；
[0114]存储器操作命令；[0115]时序操作。
[0116]本实施例中，所述电池供电单元可以但不限于采用高能锂电池ER34615M，该电池容量大(13Ah)、放电电流大(脉冲电流1.8A)。电池供电单元为整个系统正常工作提供能量，所述电池供电单元中可以包括两组电池(第一电池组、第二电池组)，每组电池为7.2伏；系统开始工作时，首先由第一电池组给系统供电，第二电池组处于断开状态。当第一电池组电量用完，系统自动切换到第二电池组，第一电池组和第二电池组同时给系统供电。
[0117]如图4所示，所述第一、第二电池组可以通过连接器与其它部件相连:
[0118]所述第一电池组的正极通过第一保险丝连接所述连接器的第一接头，负极连接所述连接器的第二接头；
[0119]所述第二电池组的正极通过第二保险丝连接所述连接器的第三接头，负极连接所述连接器的第二接头。
[0120]所述第一、第二保险丝的规格可以但不限于为2A。
[0121 ] 所述连接器可以选用与其它电池连接插头一致的连接器，使电池的接头连接器引脚定义一致，如图5所示，当连接器的6个孔的位置偏于连接器表面的右侧时，内侧的3个孔从上到下依次为所述第三接头VB+ (连接所述第二电池组的正极)，所述第一接头VA+ (连接所述第二电池组的正极)，及所述第二接头GND (连接所述第一、第二电池组的负极)。
[0122]本实施例中，如图6所示，所述电池供电单元除了所述第一电池组、第二电池组以外还可以包括:
[0123]电池过流报警芯片；
[0124]电池电流测量芯片，用于测量所连接的电池组输出的电流是否超过额定电流，当超过时触发所述电池过流报警芯片向所述微处理器发出报警信号；
[0125]稳压供电输出芯片，通过所述电池电流测量芯片与电池组相连，用于将所连接的电池组输出的7.2V供电电压转换为5V电压输出给所述微处理器；
[0126]开关电路，用于导通或关断所述第二电池组与所述电池电流测量单元之间的连接。
[0127]只有在所述开关电路导通后，所述第二电池组的输出才能输送至电池电流测量单元。电池组的供电输出先输送至电池电流测量芯片，电池电流测量芯片输出经稳压供电输出芯片输送至微处理器，当电池组输出电流超过限定电流时，电池过流报警单元会向微处理器发出报警信号，以关断系统其他部分供电。
[0128]本实施例中，所述电池电流测量芯片如图7所示，可以但不限于包括:
[0129]精密电流传感放大器MAX471，该芯片内置35πιΩ精密传感电阻，可测量电流的上下限为±3Α ;并且其工作电流只有IOOuA,静态电流更低至18uA，极适合于电池供电系统；SIGN引脚通过一个IOOkQ的电阻输出逻辑供应电压(LOGIC SUPPLY)；
[0130]电压源，规格为3V?36V ;正极连接所述MAX471的RS+引脚，负极接地并连接所述MAX471的SHDN和GND引脚，并通过一个2k Ω的电阻与MAX471的OUT引脚相连。
[0131]本实施例中，所述电池过流报警芯片如图8所示，可以但不限于包括:
[0132]第五电阻R1、第六电阻R2 ;
[0133]低功耗轨至轨比较器LT1542CS8，其工作电压范围较宽为O?13V，且自带节电功能引脚；最大工作电流14uA，静态工作电流只有5uA，适合于低功耗应用系统。Vcc引脚连接高电平(5V)，Vss引脚接地；IN+引脚通过所述第五电阻Rl连接所述高电平，并通过所述第六电阻R2接地；
[0134]本实施例中，所述电机驱动与控制单元主要实现单片机对直流无刷电机的驱动及控制功能。通过对电机的控制，实现对水平控制装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运动的轨迹，从而达到对拖曳之间的距离的控制。
[0135]所述电机驱动与控制单元具体可以包括:
[0136]电机驱动升压电路，用于提供驱动源；
[0137]电机驱动电路，用于提供对电机的驱动电流及电压，采用PWM方式驱动电机启动、刹车以及正反转；检测电机电流并转换为电压发送给所述微处理器；当收到所述微处理器的关断指令时停止电机运转。
[0138]所述电机驱动升压电路可以但不限于采用MAX頂公司的高效率、可调整输出DC-DC升压转换器MAX1771芯片。该器件具有高达90%的转换效率，节电模式下低至5uA的功耗，输入电压范围2V到16.5V，开关频率高达300KHZ。
[0139]所述电机驱动电路可以但不限于选用专用电机驱动芯片LMD18200，该芯片是专用的H桥组件芯片，并且它具有温度报警和过热与短路保护功能，同时，它的峰值输出电流高达6A，连续输出电流达3A，工作电压高达55V，且同一芯片上集成有CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor),互补金属氧化物半导体)控制电路和DM0S(double-diffusedMOSFET,双扩散金属氧化物半导体场效应管)功率器件。
[0140]该芯片峰值输出电流高达6A，连续输出电流达3A，工作电压高达55V，TTL/CM0S兼容电平的输入，具有温度报警和过热与短路保护功能，具有良好的抗干扰性。该芯片有11个引脚，采用T0-220封装。
[0141]LMD18200内部集成了 4个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz左右的工作频率。可在第一引脚(B00T1引脚)、第十一引脚(B00T2引脚)外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。第二引脚(0UT1引脚)、第十引脚(0UT2引脚)接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从第二引脚到第十引脚；反转时电流的方向应该从第十引脚到第二引脚。电流检测输出第八引脚(lout引脚)可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过第九引脚(Tout引脚)输出，当结温达到145度时第九引脚有输出信号。
[0142]电机在运行过程中，由于负载的变化，电机电流会发生变化，当电机电流过大时，会迅速导致电池电压的下降，最终会导致系统工作崩溃。因此，提供电机过流保护功能是相当必要的。利用LMD18200自带的电机电流检测引脚检测电机电流，并将检测到的电流转换成电压送给所述微处理器处理；当检测到的电压大于某一阈值，所述微处理器输出控制信号关断驱动的供电，同时置位LMD18200的第四引脚(BRAKE引脚)，停止电机运转，达到电机过流保护的功能。
[0143]本实施例中，所述微处理器具体可以包括:[0144]主控单片机，用于通过所述姿态采集单元采集姿态数据，通过所述温度采集单元采集温度数据，通过所述深度采集单元采集深度数据；以及控制所述电池供电单元；
[0145]辅控单片机，用于进行对电机驱动与控制单元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反馈量；
[0146]通讯单片机，用于接收拖缆水平控制主机下发的配置信息及控制指令并发送给所述声学接收处理单元，将所述主控单片机接收的水平控制装置的姿态数据、温度数据、深度数据、以及所述声学接收处理单元发送的测距时延信息上传给拖缆水平控制主机。
[0147]所述主控单片机还可以用于采集电压电流数据；所述辅控单片机还可以用于对编码进行控制。
[0148]本实施例中，所述微处理器中的主控、辅控、通讯单片机均可以选用MSP430系列的单片机MSP430F169，该单片机具有以下特点:
[0149]低电压，超低功耗，该单片机的在1.8~3.6V电压工作，在IMHz的时钟条件下，耗电电流小于400uA，休眠模式下只有几十微安。
[0150]本实施例中，所述姿态测量主要是实时测量水平控制装置的横滚、俯仰和航向角，达到对拖曳的轨迹实时监控。
[0151]所述姿态测量单元可以但不限于为磁罗盘，本实施例中可以将其电路集成嵌入设计在控制电路板上，同整个控制电路板设计成一体。
[0152]所述姿态测量 单元包括:
[0153]全固态三轴磁强计、MEMS (微机电系统)二轴加速度计、低通滤波器和微处理芯片芯片；这些部件均可采用目前已有的。其姿态性能指标为:
[0154]航向角测量范围:0°~360°
[0155]精度:倾斜角〈30。，土0.5。；倾斜角≥ 30°，±0.8。；
[0156]分辨力:0.1°
[0157]重复性:±0.1。
[0158]俯仰角:测量范围:±50° ;
[0159]精度:倾斜角〈30。，±0.3。；倾斜角≥30° ;±0.5。；
[0160]分辨力:0.1° ;
[0161]重复性:±0.1°；
[0162]横滚角:测量范围:±50° ;
[0163]精度:倾斜角〈30°，土0.3° ;倾斜角≥ 30°，±0.5° ；
[0164]分辨力:0.1° ;
[0165]重复性:±0.1° ；
[0166]本实施例中，所述声学接收处理单元如图9所示，具体可以包括:
[0167]电源管理子单元、接收换能器、通信接口 ；
[0168]电源接口，用于连接外部电源；
[0169]信号处理子单元，通过所述电源管理子单元连接所述电源接口 ；采用频移键控方式，通过所述通信接口接收拖缆水平控制主机的配置信息及控制指令；当接收到同步的指令时，按照所述配置信息通过所述接收换能器，选择不同时间接收不同频率接收声学数据；当接收到停止接收信号的指令时，停止所述接收换能器的接收，并计算出每个信道接收的声学数据的测距时延信息，将所述测距时延信息上传给所述微处理器。
[0170]声学接收处理单元和所述微处理器可以通过串口线和控制线连接，所述微处理器按照数据格式要求将所述测距时延信息发送给船上DMU，完成整个接收的工作过程。
[0171]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于拖曳多线阵的水平控制装置的电路模块，其特征在于，包括: 声学接收处理单元，用于获取声学鸟的声学数据，并根据所述声学数据生成测距时延信息； 姿态测量单元，用于获取所述水平控制装置的姿态数据； 深度采集单元，用于获取所述水平控制装置的深度数据； 温度采集单元，用于获取所述水平控制装置的温度数据； 电池供电单元，用于提供电能； 电机驱动与控制单元，用于驱动与所述水平控制装置的水平翼板相连的电机，并控制所述电机的启动、刹车和正、反转； 微处理器，用于接收所述姿态数据、深度数据及温度数据；控制所述电池供电单元及所述电机驱动与控制单元；从所述声学接收处理单元接收测距时延信息并发送给拖缆水平控制主机。
2.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述深度采集单元包括: 压力传感器，用于将其膜片采集到的水平控制装置的深度压力量转化为电压变化的电信号; 采集子单元，用于对所述压力传感器转化得到的电信号进行量化。
3.如权利要求2所述的电路模块，其特征在于，所述采集子单元包括: TLC2543芯片，其中REF -和GND引脚接地，REF+引脚接参考电压； 第一电容，一端接地，另一端与所述TLC2543芯片的VCC引脚相连，并连接高电平； 第二电容，为电解电容，正极连接所述高电平，负极接地； 第三电容，一端接地，另一端连接与所述TLC2543芯片的CLK引脚相连； 第一电阻，第二电阻，均一端接地； 第三电阻，一端与所述TLC2543芯片的DATO引脚相连，另一端与所述第二电阻不接地的一端相连； 第四电阻，一段与所述TLC2543芯片的EOC引脚相连，另一端与所述第一电阻不接地的一端相连。
4.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述电池供电单元包括: 第一电池组、第二电池组、电池过流报警芯片； 电池电流测量芯片，用于测量所连接的电池组输出的电流是否超过额定电流，当超过时触发所述电池过流报警芯片向所述微处理器发出报警信号； 稳压供电输出芯片，通过所述电池电流测量芯片与电池组相连，用于将所连接的电池组输出的7.2V供电电压转换为5V电压输出给所述微处理器； 开关电路，用于导通或关断所述第二电池组与所述电池电流测量单元之间的连接。
5.如权利要求4所述的电路模块，其特征在于，所述电池电流测量芯片包括: 精密电流传感放大器MAX471，SIGN引脚通过一个IOkQ的电阻输出逻辑供应电压； 电压源，正极连接所述MAX471的RS+引脚，负极接地并连接所述MAX471的SHDN和GND引脚，并通过一个2k Ω的电阻与MAX471的OUT引脚相连； 所述电池过流报警芯片包括: 第五电阻、第六电阻；低功耗轨至轨比较器LT1542CS8，Vcc引脚连接高电平，Vss引脚接地；IN+引脚通过所述第五电阻连接所述高电平，并通过所述第六电阻接地。
6.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述电机驱动与控制单元包括: 电机驱动升压电路，采用DC-DC升压转换器MAX1771芯片，用于提供驱动源； 电机驱动电路，选用电机驱动芯片LMD18200，用于提供对电机的驱动电流及电压，采用PWM方式驱动电机启动、刹车以及正反转；检测电机电流并转换为电压发送给所述微处理器；当收到所述微处理器的关断指令时停止电机运转。
7.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于: 所述温度采集单元采用数字化温度传感器DS18B20。
8.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述微处理器包括: 主控单片机，用于通过所述姿态采集单元采集姿态数据，通过所述温度采集单元采集温度数据，通过所述深度采集单元采集深度数据；以及控制所述电池供电单元； 辅控单片机，用于进行对电机驱动与控制单元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反馈量; 通讯单片机，用于接收拖缆水平控制主机下发的配置信息及控制指令并发送给所述声学接收处理单元，将所 述主控单片机接收的水平控制装置的姿态数据、温度数据、深度数据、以及所述声学接收处理单元发送的测距时延信息上传给拖缆水平控制主机； 所述主控、辅控、通讯单片机选用MSP430系列的单片机MSP430F169。
9.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述姿态测量单元包括: 全固态三轴磁强计、MEMS 二轴加速度计、低通滤波器和微处理器芯片。
10.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述声学接收处理单元包括: 电源管理子单元、接收换能器、通信接口 ； 电源接口，用于连接外部电源； 信号处理子单元，通过所述电源管理子单元连接所述电源接口 ；采用频移键控方式，通过所述通信接口接收拖缆水平控制主机的配置信息及控制指令；当接收到同步的指令时，按照所述配置信息通过所述接收换能器，选择不同时间接收不同频率接收声学数据；当接收到停止接收信号的指令时，停止所述接收换能器的接收，并计算出每个信道接收的声学数据的测距时延信息，将所述测距时延信息上传给所述微处理器。
【文档编号】G01V1/38GK103760604SQ201410019411
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】王德亮, 段瑞芳, 康真威, 黄德友, 蒋国军, 阮福明, 沈锐, 肖仁彪, 任宏伟 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司, 中国船舶重工集团公司第七一○研究所