本发明涉及自动探测器领域，特别是一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统。
背景技术：
随着国家经济的快速发展和对能源需求的日益增长，由于渗透性低、密封性好、安全稳定性高，地下盐岩溶腔被认为是油气储存和废物处置的理想场所。为了合理利用盐岩溶腔的存储空间，保证其经济、高效、环保等多重效益，必须首先进行溶腔结构形态和尺寸大小的测量。根据国内外经验，一般采用声纳检测技术实现，传统方式是利用电缆拖动声纳在盐岩溶腔中垂直上下移动，从而探测腔体形态，该方式对垂直型溶腔容易实施，但对直径在数十米乃至上百米、长度达数百米的水平型盐岩溶腔则无法使用。
技术实现要素：
针对上述存在的无法在长度过大的溶腔中使用的问题，本发明提出了一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，由探测器、控制器和地面监控主机组成。探测器由螺旋桨、电机和平衡吊索组成，螺旋桨安装在探测器尾部，由电机驱动，平衡吊索外挂于探测器底部，与其重心铅垂线方向一致。控制器包括C8051F020单片机、检测声呐、磁阻传感器、光耦隔离及功率放大模块、RS232模块及光纤转换器和供电电源。其特征在于：信号检测电路设计，检测声呐采用加拿大IMAGENEXTECHOLOGY公司的前视图像声纳881A，该声纳适用于水下勘测与检查。通过配套软件Win881A.exe设置声纳工作模式及扫描参数。声纳感测头获得溶腔的形态特征数据后，采用RS485信号经过光纤转换器进行长距离传输，上位机处理软件Win881A接收返回的特征数据，并对该数据进行处理获得详细的高精度三维图像。系统采用AMR传感器HMC1022测量地磁场，将磁场的变换转换成角度信息。HMC1022内部集成两个惠斯通电桥，分别对应于直角坐标系统的x轴和y轴输出。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，其特征在于：电机控制电路设计，采用3个24V/60W直流电机来控制探测器的推进运动、左转及右转，并采用PWM控制技术以及位置传感器构成直流电机闭环调速调速系统。PWM脉宽信号由C8051F020的捕捉/比较模块PCA产生，通过单片机的交叉开关将PCA模块的输出CEX0、CEX1、CEX2分别配置到P0.6、P0.7、P1.0引脚，PWM脉宽信号经过TLP521光耦隔离和TIP127功率放大，驱动直流电机，其中D11为续流二极管。CEXn引脚低电平有效，因此PCA模块输出的PWM波形占空比越小，电机绕组的电压均值越大，电机转速越快。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，其特征在于：串口通信电路，C8051F020内部有两个UART通信接口，通过交叉开关将输出引脚配置到P0.0、P0.1和P0.4、P0.5，其中UART1作为单片机与上位机系统通信接口。通过光纤转换器MWF201将RS232的信号转换成光信号传输。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，其特征在于：软件设计方案，系统上电复位后，完成各个模块的初始化设置，然后查询串口URAT1是否接收到上位机发送的命令。检测到命令后，对命令进行解析与处理，最后判断探测器要进行何种操作，然后分别进入相应的子程序处理模块。具体方式是：（1）模块初始化；（2）设置传感器信号采集次数N；（3）采集HML1022传感器的XY值；（4）信号调理放大，D/A转换；（5）中值滤波算法，得到方向角；（6）若方向角等于预设航向角，则返回（2），否则继续；（7）PID调节，PWM波形输出；（8）转子速度检测，若等于预设则继续，否则返回（6）；（9）下一次检测；（10）结束。
作为本发明的一种优选方案，电源电路部分可以采用LM324放大器集成芯片。
本发明的有益效果：探测器在腔体溶液中运动的同时采用声纳测量盐腔的几何形态，并将测量信息及时反馈回地面监控主机，可以再长度很大的溶腔中使用。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图中标记：1-电池组电量检测电路、2-功率放大电路、3-光耦隔离电路、4-螺旋桨、5-电机、6-上位机、7-光纤转换器、8-RS232模块、9-单片机、10-检测声呐、11-磁阻传感器、12-供电电池组。
具体实施方式
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，由探测器、控制器和地面监控主机组成。探测器由螺旋桨、电机和平衡吊索组成，螺旋桨安装在探测器尾部，由电机驱动，平衡吊索外挂于探测器底部，与其重心铅垂线方向一致。控制器包括C8051F020单片机、检测声呐、磁阻传感器、光耦隔离及功率放大模块、RS232模块及光纤转换器和供电电源。系统启动后，由电机驱动螺旋桨旋转，使探测器在腔体溶液中按照预先设定的方向和速度行进。通过检测声呐和导航系统进行腔体形态的全方位测量和信息反馈，并根据该检测结果和探测器当前运行状态，调整其运行方向和速度。同时控制器将该信息通过光纤连接至地
面监控系统。其特征在于：信号检测电路设计，检测声呐采用加拿大IMAGENEXTECHOLOGY公司的前视图像声纳881A，该声纳适用于水下勘测与检查。通过配套软件Win881A.exe设置声纳工作模式及扫描参数。声纳感测头获得溶腔的形态特征数据后，采用RS485信号经过光纤转换器进行长距离传输，上位机处理软件Win881A接收返回的特征数据，并对该数据进行处理获得详细的高精度三维图像。系统采用AMR传感器HMC1022测量地磁场，将磁场的变换转换成角度信息。HMC1022内部集成两个惠斯通电桥，分别对应于直角坐标系统的x轴和y轴输出。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，其特征在于：电机控制电路设计，采用3个24V/60W直流电机来控制探测器的推进运动、左转及右转，并采用PWM控制技术以及位置传感器构成直流电机闭环调速调速系统。PWM脉宽信号由C8051F020的捕捉/比较模块PCA产生，通过单片机的交叉开关将PCA模块的输出CEX0、CEX1、CEX2分别配置到P0.6、P0.7、P1.0引脚，PWM脉宽信号经过TLP521光耦隔离和TIP127功率放大，驱动直流电机，其中D11为续流二极管。CEXn引脚低电平有效，因此PCA模块输出的PWM波形占空比越小，电机绕组的电压均值越大，电机转速越快。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，其特征在于：串口通信电路，C8051F020内部有两个UART通信接口，通过交叉开关将输出引脚配置到P0.0、P0.1和P0.4、P0.5，其中UART1作为单片机与上位机系统通信接口。通过光纤转换器MWF201将RS232的信号转换成光信号传输。
一种水平盐穴储气库形态探测器控制系统，其特征在于：软件设计方案，软件设计采用结构化设计方案，将整个程序功能分为若干个程序模块，方便程序检查和调试。系统程序分为声纳信号采集传输模块、传感器信号采集处理及电机控制模块、电池电量信息处理模块系统上电复位后，完成各个模块的初始化设置，然后查询串口URAT1是否接收到上位机发送的命令。检测到命令后，对命令进行解析与处理，最后判断探测器要进行何种操作，然后分别进入相应的子程序处理模块。具体方式是：（1）模块初始化；（2）设置传感器信号采集次数N；（3）采集HML1022传感器的XY值；（4）信号调理放大，D/A转换；（5）中值滤波算法，得到方向角；（6）若方向角等于预设航向角，则返回（2），否则继续；（7）PID调节，PWM波形输出；（8）转子速度检测，若等于预设则继续，否则返回（6）；（9）下一次检测；（10）结束。系统软件程序采用C语言在KeilUvsion3集成环境中编写、编译、调试，最后通过SILIONLABORATORIES仿真器下载到C8051F020单片机中运行。经过多次实验调试，由磁阻传感器的x、y轴输出计算的角度信息以及其对应的PWM输出波形占空比。为了提高运算速度，将不同x、y值计算出的方位角以及不同方位角对应的PWM占空比存储在程序存储器中，方便使用时直接调用。
作为本发明的一种优选方案，电源电路部分可以采用LM324放大器集成芯片。