用于海上地震勘探的控制设备的制作方法

本申请涉及石油天然气技术领域，特别涉及一种用于海上地震勘探的控制设备。

背景技术：

在海上地震勘探施工的过程中，通常需要使用控制设备，使授时设备、导航系统、气枪控制设备、以及地震采集设备之间进行数据传输和时间同步。其中，所述气枪控制设备可以用于放炮，以产生震源信号；所述地震采集设备可以用于采集由放炮所产生的地震波数据；所述授时设备可以为GPS授时设备。

例如，所述控制设备可以为同步控制器。所述同步控制器可以分别与授时设备、导航系统、气枪控制设备、以及地震采集设备相连接。在实际的海上勘探施工过程中，所述导航系统和所述气枪控制设备可以位于震源船上，所述地震采集设备可以位于仪器船或者仪器车上。如此，所述导航系统可以向所述同步控制器发送位置、方位等信息。所述同步控制器可以接收所述导航系统发来的位置、方位等信息，并可以结合授时设备发来的时间信息，在判断所述震源船到达指定放炮地点时，可以分别向所述气枪控制设备和所述地震采集设备发送触发信号，以使所述气枪控制设备放炮并产生震源信号，同时使所述地震采集设备采集地震波数据。

在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

在现有技术中，控制设备的RS232串口数量通常为一个，USB接口数量较多。而导航系统通常使用多个RS232串口与外部设备进行通信。因此，在与导航系统部进行连接时，通常需要借助于具有USB接口转串口功能的数据接口扩展设备，同时还需要在控制设备上安装与所述数据接口扩展设备相适应的驱动程序，造成与导航系统之间的连接十分不方便。并且，由于安装了较多了驱动程序，且转换接头较多，容易使控制设备与导航系统之间的数据传输不稳定。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种用于海上地震勘探的控制设备。所述控制设备具有多个RS232接口，便于与导航系统进行连接和数据传输。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种用于海上地震勘探的控制设备，包括：处理模块和与其相连接的串口模块；其中，所述串口模块与导航系统相连接，所述处理模块分别与气枪控制设备和地震采集设备相连接；所述串口模块具有多个RS232接口，用于接收所述导航系统发来信息，并将所述信息发送至所述处理模块；所述处理模块用于接收所述串口模块发来的信息，并根据所述信息分别向所述气枪控制设备和所述地震采集设备发送触发信号。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，与现有技术相比，本申请实施例的控制设备具有多个RS232接口。因此，本申请实施例的控制设备不需要借助于具有USB接口转串口功能的数据接口扩展设备，与导航系统进行连接。而是可以直接使用自身的多个RS232接口与导航系统进行连接。并且，与现有技术相比，本申请实施例的控制设备不需要安装较多的驱动程序，且转换接头较少，从而可以使控制设备与导航系统的数据传输更加稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种控制设备的功能结构示意图；

图2A为本申请实施例的处理模块一种接口示意图；

图2B为本申请实施例的处理模块另一种接口示意图；

图2C为本申请实施例的处理模块另一种接口示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

上述现有技术中，控制设备往往不具有TTL/闭合信号输入接口。这样，在向气枪控制设备发送触发信号后，通常无法直接接收气枪控制设备返回的启爆信号，从而无法得到气枪控制设备启爆信号的起跳时刻和峰值时刻。在实际的使用过程中，通常需要借助于具有TTL/闭合信号输入接口的信号采集设备，通过所述采集设备接收气枪控制设备返回的启爆信号，使得气枪控制设备与控制设备之间的数据传输十分不方便。

上述现有技术中，各大公司生产的控制设备与特定的导航系统相配套，无法与除所述特定的导航系统之外的其它主流导航系统相兼容，例如，无法与国内的Dolphin导航系统、以及国外的Gator导航系统相兼容。如此，用户在购买控制设备时也必须购买配套的导航系统，这样，给用户带来较大的经济负担，并且使得用户不能自由地选择导航系统。

请参阅图1。本申请实施例提供一种用于海上地震勘探的控制设备。所述控制设备可以用于海上地震勘探施工中，便于与导航系统进行数据传输、以及与气枪控制设备进行数据传输，且还可以与国内外的主流导航系统相兼容。所述控制设备具体可以包括串口模块11、电源模块12、授时模块13、以及处理模块14。

所述电源模块12可以分别与所述串口模块11、所述授时模块13、以及所述处理模块14相连接，以向所述串口模块11、所述授时模块13、以及所述处理模块14供电。

所述处理模块14可以分别与所述授时模块13、气枪控制设备16、地震采集设备17、串口模块11相连接。

所述串口模块11与导航系统15相连接。

在本实施例中，所述电源模块12可以具有升/降压功能，可以实现控制设备输入接口的降压功能、以及输出接口的升压功能。

在本实施例中，所述授时模块13可以与所述处理模块14相连接。所述授时模块13可以接收卫星授时信号，并根据所述卫星授时信号得到精确至1us的绝对时间值；可以根据所述绝对时间值产生PPS(Pulse Per Second)信号；可以将所述绝对时间值信号和所述PPS信号发送至所述处理模块14。具体地，所述授时模块13可以通过外接GPS天线，接收GPS卫星授时信号；可以根据所述GPS卫星授时信号计算绝对时间值信号；可以根据所述绝对时间值信号产生PPS信号；可以通过所述处理模块14的PPS(Pulse Per Second)信号接口将所述绝对时间值信号和所述PPS信号输出至所述处理模块14。所述处理模块14可以利用绝对时间值信号和所述PPS信号进行处理和计算，并根据计算结果分别向所述气枪控制设备16和所述地震采集设备17发送同步的TTL/闭合信号，以使所述气枪控制设备16和所述地震采集设备17的时间保持同步。其中，所述处理设备可以在TTL信号和闭合信号两种模式之间进行切换。

在本实施例中，所述串口模块11可以具有多个RS232串口。通过所述串口模块11，所述导航系统15可以与所述处理模块14进行通信。具体地，所述导航系统15可以向所述串口模块11发送位置、方位等信息。所述串口模块11可以接收发来的位置、方位等信息，并将所述位置、方位等信息发送至所述处理模块14。其中，所述位置、方位等信息可以用于标识震源船的位置。所述处理模块14可以接收所述串口模块11发来的位置、方位等信息，并根据所述位置、方位等信息，分别向所述气枪控制设备16和所述地震采集设备17发送触发信号，以实现对所述气枪控制设备16和所述地震采集设备17的同步控制。

所述串口模块11可以具有7个RS232串口。如此，基于所述串口模块11，所述处理模块14可以与支持RS232接口的各种外部设备进行通信。例如，GPS、测深仪、电罗经、RGPS、声学设备等。

在本实施例中，所述处理模块14为控制设备的核心部分，可以控制控制设备输入接口的信号输入功能、输出接口的信号输出功能。所述处理模块14可以基于ARM芯片实现。例如，可以基于ST公司(意法半导体)Cortex M3系列的STM32F103系列ARM芯片实现。

所述处理模块14可以具有系统时钟子模块、GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)接口、NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller，中断控制器)子模块、TIMER(计时器)子模块、ADC(Analog to Digital Converter，模拟/数字转换)子模块、以及USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步异步收发器)子模块。其中，所述GPIO接口可以包括6个TTL/闭合信号输出接口、2个TTL/闭合信号输入接口、2个ADC输入接口、PPS信号输入接口、以及USART接口；所述NVIC子模块可以包括TIMER子模块中断、PPS信号输入接口中断、GPIO接口中断、EXTI中断、以及USART的接收和发送中断等，并且定义了每个中断优先等级；所述TIMER子模块可以按照一定的周期、一定的计数值进行无限循环计时，可以实现us级别的时间控制；所述USART子模块定义了处理模块14与导航系统15之间的通讯接口、以及处理模块14与授时模块13之间的通讯接口。

所述处理模块14的软件部分可以采用Keil4开发环境，使用C语言进行编写。软件部分的主程序在原理上是一个无限循环，它实现了程序开机运行、关机结束。并且，该主程序会定时检测、扫描外部设备，并根据外部命令的要求，控制外部设备执行相应的功能。

基于软件部分，所述处理模块14可以实现如下的功能。

1、授时算法。所述授时模块13锁定卫星之后，可以产生每秒一次的PPS脉冲信号。处理模块14可以接收来自所述授时模块13的PPS信号，在接收到PPS信号的瞬间触发NVIC中断消息，在中断消息中对接收到的时间信息包进行处理和校正，并对每次校正的误差值进行全局统计，按照最优算法进行改正，从而实现us级别的计时精度。

2.TIMER子模块算法。可以将TIMER计时器的单次计时设置为1us，62500次为一个循环周期。如此，每经历16个循环可以历时1s，从而实现us级别的时间控制。所述处理模块14可以具有至少一个TIMER子模块，每个TIMER子模块通道可以控制一个GPIO输出口。通过多通道循环中断、计数中断等，可以实现6路TTL/闭合信号的自定义输出，2路TTL/闭合信号的自定义输入。

3.USART子模块算法。基于USART接口、以及所述授时模块13，处理模块14可以与导航系统15进行数据通讯。采用USART中断发送和中断接收的方式，在实现内部数据通讯和命令通讯的同时，保证了实时性，也节省系统资源，提高了运行效率。

4.ADC检测算法。利用ADC模块对模拟信号进行实时检测，将每次检测到的模拟信号转化为数字信号，并存储于一个数组中。采用合理的拟合算法，可以计算出每一次模拟信号的精确起跳时间和峰值时间，为后期地震资料解释提供精确的时间基准。

图2A-图2C为所述处理模块14的接口部分原理图。

所述处理模块14的芯片引脚输出通常为3.3V。外部工业控制多采用8V电压作控制。因此，可以对芯片引脚做升压处理。

所述处理模块14的脉冲输入输出模式可以通过如下设置来实现。具体地，可以采用内部跳线连接BNC_OUT1_1与OUT1，以及BNC_OUT1_2与GND。如此，通过外部输入脉冲，可以触发处理模块14作出相应的动作，同时处理模块14对于外部的控制也将采用脉冲模式，保证了处理模块14输入输出的统一性。

所述处理模块14的闭合输入输出模式可以通过如下设置来实现。具体地，可以采用内部跳线连接BNC_OUT1_1与OUT_R01，以及BNC_OUT1_2与OUT_R02。如此，通过外部设备连接并形成闭合回路，相应的输入输出操作可以直接将对应为输出有效信号。

所述处理模块14的2路TTL输入与6路TTL输出均可以采用闭合输入输出模式，从而提高了控制设备功能的多样性，使得控制设备可以具有更好的兼容性。由此，所述控制设备可以实现TTL/闭合信号输出，从而可以与气枪控制设备和地震采集设备进行联机，实现导航系统15同时控制气枪控制设备16和地震采集设备17的目的，同时实现气枪控制设备16和地震采集设备17之间的时间同步。所述控制设备还可以实现TTL/闭合信号输入检测，从而通过气枪控制设备返回的FTB信号，利用ADC模数转换功能检测FTB信号(Field Time Break，启爆信号)，获取该FTB信号的起跳时刻和峰值时刻，为后期资料解释提供精确的时间参考。

在本实施例中，所述导航系统15可以为Dolphin、HydroPlus、OBCPos等导航系统。如此，控制设备无需配合使用特定的导航系统进行使用，而是可以配合Dolphin、HydroPlus、OBCPos等国内外主流导航系统进行使用。

本申请实施例的控制设备，可以具有如下的技术效果。

1、利用卫星高精度授时，可以精确地控制6路TTL/闭合信号输出接口进行自定义信号输出、2路TTL/闭合信号接口自定义信号输入、2路模拟信号的时间精确检测，控制时间精确至us级别，信号输出十分稳定，保证了导航系统、地震仪器、气枪控制设备三者之间的同步数据通讯、同步激发。

2、扩展了7路RS232串口，数据传输稳定，连接方式统一。

3、可以实现与Dolphin等国内主流导航系统的完全兼容。结合导航系统以及相应的导航软件，可以实现船队管理、网络监控、远程导航控制、枪阵数据质量监控等扩展功能。

在实际的使用过程中，控制设备可以通过网络电台接入施工网络，从而实现与导航系统、气枪控制设备、以及地震采集设备之间的连接。并且，通过网络电台，控制设备还可以与远程的另外一台控制设备进行同步通讯。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。