專利名稱：一種用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板。
背景技術：
隨著勘探開發(fā)朝精細方向發(fā)展，地球物理勘探領域對三維高精度勘探的需求越來 越大，推動著高精度三維地震勘探技術的不斷發(fā)展。海上高精度地震勘探要求對水下拖纜 拖曳的姿態(tài)控制與定位越來越高。拖纜拖曳控制將向著高精度控制與定位方向發(fā)展，從拖 纜外掛發(fā)展到一體化控制，不但能精確控制拖纜深度，還能控制拖纜的水平位置，并且集聲 學定位為一體。對實時控制難度及數(shù)據處理能力等提出了新的挑戰(zhàn)。由于拖纜控制系統(tǒng)較為復雜，技術難度大，我國目前在海洋油氣田勘探中應用的 拖纜拖曳控制系統(tǒng)全部依賴國外進口，技術發(fā)展對系統(tǒng)的實時控制能力與數(shù)據處理能力又 提出了新要求，目前水下拖纜拖曳對姿態(tài)控制、聲學定位需要分別設立單獨系統(tǒng)，系統(tǒng)集成 度底、數(shù)據處理能力弱，且造價高且環(huán)節(jié)多，導致控制穩(wěn)定性差。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以系統(tǒng)集成度高、數(shù)據處理能力強且成本 低廉的水鳥通信控制板。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，包 括數(shù)據處理模塊，所述數(shù)據處理模塊分別通訊連接控制系統(tǒng)、存儲模塊、指令發(fā)送模 塊及數(shù)據傳輸模塊，所述數(shù)據處理模塊將所述控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令進行數(shù)據處理后發(fā) 送給所述指令發(fā)送模塊，并將所述數(shù)據傳輸模塊發(fā)送的數(shù)據進行處理后發(fā)送到所述控制系 統(tǒng)；存儲模塊，所述存儲模塊通訊連接所述數(shù)據處理模塊，并將所述數(shù)據處理模塊中 的數(shù)據進行緩存；指令發(fā)送模塊，所述指令發(fā)送模塊分別通訊連接所述數(shù)據處理模塊與接口模塊， 所述指令發(fā)送模塊將所述數(shù)據處理模塊發(fā)送來的控制指令進行調制處理后發(fā)送給所述接 口模塊；數(shù)據傳輸模塊，所述數(shù)據傳輸模塊分別通訊連接所述數(shù)據處理模塊與接口模塊， 所述數(shù)據傳輸模塊將所述接口模塊發(fā)送來的數(shù)據進行解調后發(fā)送到所述數(shù)據處理模塊；接口模塊，所述接口模塊分別通訊連接所述指令發(fā)送模塊、數(shù)據傳輸模塊及水鳥， 所述接口模塊在所述水鳥與所述指令發(fā)送模塊及數(shù)據傳輸模塊之間進行數(shù)據交互；供電模塊，所述供電模塊由所述控制系統(tǒng)獲得電源，并為所述數(shù)據處理模塊、指令 發(fā)送模塊及數(shù)據傳輸模塊供電。進一步，所述指令發(fā)送模塊包括第一隔離單元，所述第一隔離單元接收到所述數(shù)據處理模塊發(fā)送來的指令進行信號隔離后發(fā)送到調制單元；調制單元，所述調制單元將所述第一隔離單元發(fā)送來的信號進行調制后發(fā)送到第 一放大器；第一放大器，所述第一放大器將所述調制單元發(fā)送來的信號進行放大后發(fā)送到網 絡匹配單元；網絡匹配單元，所述網絡匹配單元將所述第一放大器發(fā)送來的信號進行網絡匹配 后發(fā)送到所述接口模塊。進一步，所述數(shù)據傳輸模塊包括第二放大器，所述第二放大器將所述水鳥發(fā)送來的數(shù)據進行放大后發(fā)送到濾波 器；濾波器，所述濾波器將所述第二放大器發(fā)送來的數(shù)據進行濾波后發(fā)送到第三放大 器；第三放大器，所述第三放大器將所述濾波器發(fā)送來的數(shù)據進行放大后發(fā)送到解調 單元；解調單元，所述解調單元將所述第三放大器發(fā)送來的數(shù)據進行解調后發(fā)送到第二 隔離單元；第二隔離單元，所述第二隔離單元將所述解調單元發(fā)送來的數(shù)據進行隔離后發(fā)送 到所述數(shù)據處理模塊。進一步，所述指令發(fā)送模塊與數(shù)據傳輸模塊之間還設置有切換模塊。進一步，調制單元包括FSK調制芯片R2206。進一步，解調單元包括FSK解調芯片)(R2211。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明同時采用指令發(fā)送模塊與數(shù)據傳輸模塊，可在同一控制板中實現(xiàn)指令發(fā) 送與數(shù)據傳輸，方便控制系統(tǒng)對水鳥進行實時控制，且環(huán)節(jié)少，穩(wěn)定性高，三維控制精度高。2、本發(fā)明中指令發(fā)送與數(shù)據采集進行調制解調，方便控制系統(tǒng)與水鳥之間實時通 訊，結構簡單、可靠，穩(wěn)定性高，故障率低。


下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明圖1示出了本發(fā)明一種用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括數(shù)據處理模塊1、存儲模塊2、指令發(fā)送模塊3、數(shù)據傳輸模 塊4、接口模塊5及供電模塊6。本發(fā)明用于在控制系統(tǒng)7與水鳥8之間進行通訊。為方便 設置，本發(fā)明采用基于CPCI總線的設計，在CPCI總線機箱插卡10上插接前插卡11與后插 卡12。本發(fā)明采用標準的6U(233. 35mmX 160mm)尺寸。數(shù)據處理模塊1通過CPCI總線機箱插卡10上Jl接口連接控制系統(tǒng)7，接收控制 系統(tǒng)7發(fā)送來的控制指令。數(shù)據處理模塊1還分別通訊存儲模塊2、指令發(fā)送模塊3及數(shù)據 傳輸模塊4。數(shù)據處理模塊1將控制系統(tǒng)7發(fā)送的控制指令進行數(shù)據處理后發(fā)送給指令發(fā)送模塊3，并將數(shù)據傳輸模塊4發(fā)送的數(shù)據進行處理后發(fā)送到控制系統(tǒng)7。數(shù)據處理模塊1包括一塊現(xiàn)場可編程門陣列(Field-programmable gate array, 簡稱FPGA)，與水下水鳥8的通訊協(xié)議采用通用異步收/發(fā)協(xié)議(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,簡稱 UART)。存儲模塊2通訊連接數(shù)據處理模塊1，并將數(shù)據處理模塊1中的數(shù)據進行緩存。存 儲模塊2由SDRAM組成，完成數(shù)據處理模塊1處理過程中的大數(shù)據量的實時緩存。指令發(fā)送模塊3分別通訊連接數(shù)據處理模塊1與接口模塊5。指令發(fā)送模塊3將 數(shù)據處理模塊1發(fā)送來的控制指令進行調制處理后發(fā)送給接口模塊5。數(shù)據傳輸模塊4分別通訊連接數(shù)據處理模塊1與接口模塊5。數(shù)據傳輸模塊4將 接口模塊5發(fā)送來的數(shù)據進行解調后發(fā)送到數(shù)據處理模塊1。接口模塊5分別通訊連接指令發(fā)送模塊3、數(shù)據傳輸模塊4及水鳥8，接口模塊5 在水鳥8與指令發(fā)送模塊3及數(shù)據傳輸模塊4之間進行數(shù)據交互。接口模塊5包括三路同 軸電纜接口，分別通訊連接水下的三路水鳥8。供電模塊6通過CPCI總線機箱插卡10上Jl接口 +12V/_12V、5V/3. 3V管腳由控 制系統(tǒng)7取電，并為數(shù)據處理模塊1、指令發(fā)送模塊3及數(shù)據傳輸模塊4供電。數(shù)據處理模塊1、存儲模塊2及供電模塊6設置在前插卡11上，接口模塊5設置 在后插卡12上，指令發(fā)送模塊3與數(shù)據傳輸模塊4連接設置在前插卡11與后插卡12上。 供電模塊6與指令發(fā)送模塊3及數(shù)據傳輸模塊4的連接通過CPCI總線機箱插卡10上J5 接口實現(xiàn)。指令發(fā)送模塊3與數(shù)據傳輸模塊4上在前插卡11與后插卡12之間的通訊通過 CPCI總線機箱插卡10上J3接口實現(xiàn)。本發(fā)明同時采用指令發(fā)送模塊3與數(shù)據傳輸模塊4，可在同一控制板中實現(xiàn)指令 發(fā)送與數(shù)據傳輸，方便控制系統(tǒng)7對水鳥8進行實時控制，且環(huán)節(jié)少，穩(wěn)定性高，三維控制精度尚。本發(fā)明中，指令發(fā)送模塊3包括第一隔離單元31、調制單元32、第一放大器33及 網絡匹配單元34。其中第一隔離單元31、調制單元32及第一放大器33均設置在前插卡 11上；網絡匹配單元；34設置在后插卡12上。第一隔離單元31接收到數(shù)據處理模塊1發(fā)送來的指令進行信號隔離后發(fā)送到調 制單元32。調制單元32將第一隔離單元31發(fā)送來的信號進行調制后發(fā)送到第一放大器33。 調制單元32采用FSK (Frequency Shift Keying，頻移鍵控)。FSK調制芯片選用XR2206。 XR2206是高品質的單片函數(shù)發(fā)生器，可以產生高質量、高穩(wěn)定、高精度的正弦波、方波，可方 便地實現(xiàn)調幅和FSK調頻，是理想的FSK調制器芯片。它由一個壓控振蕩器VC0、電流開關 和一個乘法器與正弦波調整器組成。第一放大器33將調制單元32發(fā)送來的信號進行放大后發(fā)送到網絡匹配單元34。網絡匹配單元34將第一放大器33發(fā)送來的信號進行網絡匹配后發(fā)送到接口模塊 5。本發(fā)明中，數(shù)據傳輸模塊4包括第二放大器41、濾波器42、第三放大器43、解調單 元44及第二隔離單元45。其中第二放大器41設置在后插卡12上；濾波器42、第三放大 器43、解調單元44及第二隔離單元45設置在前插卡11上。
第二放大器41將水鳥8發(fā)送來的數(shù)據進行放大后發(fā)送到濾波器42。第二放大器 41為數(shù)據傳輸模塊4中的前置放大。濾波器42將第二放大器41發(fā)送來的數(shù)據進行濾波后發(fā)送到第三放大器43。第三放大器43將濾波器42發(fā)送來的數(shù)據進行放大后發(fā)送到解調單元44。第三放 大器43為數(shù)據傳輸模塊4中的二級放大。解調單元44將第三放大器43發(fā)送來的數(shù)據進行解調后發(fā)送到第二隔離單元45。 解調單元44采用FSK (Frequency Shift Keying,頻移鍵控)。解調芯片采用FSK專用解調 芯片XR2211，該芯片供電范圍為4. 5V 20V，頻率解調范圍0. OlHz 300K Hz，動態(tài)范圍為 IOmV 3Vrms，可調整捕捉范圍 80%。XR2211的電路由基本鎖相環(huán)、正交鑒相器、內部參考源、FSK電壓比較器和鎖定檢 測比較器等部件組成。VCO中心頻率，環(huán)路帶寬和輸出延遲等性能由外接元件值決定。根 據具體信號的傳遞要求，一旦決定了信號“1”和“0”的頻率，VCO的中心頻率就確定了。據 此，就可確定)(R2211外接電阻、電容的值。當FSK信號加到)(R2211輸入端后，其鑒相器的 輸出通過由R3、C8組成的環(huán)路濾波器，輸出給由RF、C9組成的低通濾波器消除尖峰干擾等。 濾波后的電壓信號輸入到FSK比較器的輸入端，這個比較器的另一輸入(即門限電壓)由 內部參考電壓決定，這樣根據信號“1”和“0”的頻率就決定了 FSK比較器的輸出端的電平 高、低，達到了 FSK信號解調的目的。第二隔離單元45將解調單元44發(fā)送來的數(shù)據進行隔離后發(fā)送到數(shù)據處理模塊1。本發(fā)明中，指令發(fā)送模塊3與數(shù)據傳輸模塊4之間還設置有切換模塊9。該切換模 塊9可在指令發(fā)送與數(shù)據傳輸之間進行切換，以避免指令發(fā)送與數(shù)據傳輸之間相互干擾。本發(fā)明中指令發(fā)送與數(shù)據采集進行調制解調，方便控制系統(tǒng)與水鳥之間實時通 訊，結構簡單、可靠，穩(wěn)定性高，故障率低。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍， 因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā) 明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，其特征在于，包括數(shù)據處理模塊(1)，所述數(shù)據處理模塊(1)分別通訊連接控制系統(tǒng)(7)、存儲模塊O)、 指令發(fā)送模塊( 及數(shù)據傳輸模塊，所述數(shù)據處理模塊(1)將所述控制系統(tǒng)(7)發(fā)送的 控制指令進行數(shù)據處理后發(fā)送給所述指令發(fā)送模塊(3)，并將所述數(shù)據傳輸模塊(4)發(fā)送 的數(shù)據進行處理后發(fā)送到所述控制系統(tǒng)(7)；存儲模塊O)，所述存儲模塊( 通訊連接所述數(shù)據處理模塊(1)，并將所述數(shù)據處理 模塊(1)中的數(shù)據進行緩存；指令發(fā)送模塊(3)，所述指令發(fā)送模塊( 分別通訊連接所述數(shù)據處理模塊(1)與接口 模塊(5)，所述指令發(fā)送模塊( 將所述數(shù)據處理模塊(1)發(fā)送來的控制指令進行調制處理 后發(fā)送給所述接口模塊(5)；數(shù)據傳輸模塊，所述數(shù)據傳輸模塊(4)分別通訊連接所述數(shù)據處理模塊(1)與接口 模塊(5)，所述數(shù)據傳輸模塊(4)將所述接口模塊( 發(fā)送來的數(shù)據進行解調后發(fā)送到所述 數(shù)據處理模塊(1)；接口模塊(5)，所述接口模塊( 分別通訊連接所述指令發(fā)送模塊(3)、數(shù)據傳輸模塊 (4)及水鳥(8)，所述接口模塊( 在所述水鳥( 與所述指令發(fā)送模塊C3)及數(shù)據傳輸模 塊(4)之間進行數(shù)據交互；供電模塊(6)，所述供電模塊(6)由所述控制系統(tǒng)(7)獲得電源，并為所述數(shù)據處理模 塊(1)、指令發(fā)送模塊C3)及數(shù)據傳輸模塊(4)供電。
2.如權利要求1所述的用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，其特征在于所述指令 發(fā)送模塊( 包括第一隔離單元(31)，所述第一隔離單元(31)接收到所述數(shù)據處理模塊(1)發(fā)送來的指 令進行信號隔離后發(fā)送到調制單元(32)；調制單元(32)，所述調制單元(3 將所述第一隔離單元(31)發(fā)送來的信號進行調制 后發(fā)送到第一放大器(33)；第一放大器(33)，所述第一放大器(3 將所述調制單元(3 發(fā)送來的信號進行放大 后發(fā)送到網絡匹配單元(34)；網絡匹配單元(34)，所述網絡匹配單元(34)將所述第一放大器(3 發(fā)送來的信號進 行網絡匹配后發(fā)送到所述接口模塊(5)。
3.如權利要求1所述的用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，其特征在于所述數(shù)據 傳輸模塊(4)包括第二放大器(41)，所述第二放大器將所述水鳥(8)發(fā)送來的數(shù)據進行放大后發(fā)送 到濾波器(42)；濾波器(42)，所述濾波器0 將所述第二放大器Gl)發(fā)送來的數(shù)據進行濾波后發(fā)送 到第三放大器G3)；第三放大器(43)，所述第三放大器將所述濾波器0 發(fā)送來的數(shù)據進行放大后 發(fā)送到解調單元G4)；解調單元(44)，所述解調單元04)將所述第三放大器發(fā)送來的數(shù)據進行解調后 發(fā)送到第二隔離單元G5)；第二隔離單元(45)，所述第二隔離單元0 將所述解調單元G4)發(fā)送來的數(shù)據進行隔離后發(fā)送到所述數(shù)據處理模塊(1)。
4.如權利要求1所述的用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，其特征在于所述指令 發(fā)送模塊( 與數(shù)據傳輸模塊(4)之間還設置有切換模塊(9)。
5.如權利要求2所述的用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，其特征在于調制單元 (32)包括FSK調制芯片R2206。
6.如權利要求3所述的用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，其特征在于解調單元 (44)包括FSK解調芯片XR2211。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于拖纜拖曳控制的水鳥通信控制板，包括數(shù)據處理模塊將控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令進行數(shù)據處理后發(fā)送給指令發(fā)送模塊，并將數(shù)據傳輸模塊發(fā)送的數(shù)據進行處理后發(fā)送到控制系統(tǒng)；存儲模塊通訊連接數(shù)據處理模塊，并將數(shù)據處理模塊中的數(shù)據進行緩存；指令發(fā)送模塊將數(shù)據處理模塊發(fā)送來的控制指令進行調制處理后發(fā)送給接口模塊；數(shù)據傳輸模塊將接口模塊發(fā)送來的數(shù)據進行解調后發(fā)送到數(shù)據處理模塊；接口模塊在水鳥與指令發(fā)送模塊及數(shù)據傳輸模塊之間進行數(shù)據交互；供電模塊為數(shù)據處理模塊、指令發(fā)送模塊及數(shù)據傳輸模塊供電。本發(fā)明可在同一控制板中實現(xiàn)指令發(fā)送與數(shù)據傳輸，方便控制系統(tǒng)對水鳥進行實時控制，且環(huán)節(jié)少，三維控制精度高。
文檔編號G01V1/38GK102141781SQ201110020469
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月18日
發(fā)明者曾翔, 邱永成, 阮福明, 黃德友 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司