CN110017860B - 一种用于深海rov光电复合缆旋转计数的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置及方法，可用于检测6000米ROV在布放过程中记录光电复合缆旋转圈数。水下部分包括水下电子舱、深度计，高度计、深度计通过水密接插件与水下电子舱连接；水下电子舱内部安装了PC104嵌入式控制板、水下串口光端机、电子罗盘、电池、电源转换模块。水上部分包括工控机、水上串口光端机。方法包括工控机控制水下电子舱内的PC104嵌入式控制板采集方向角信息、高度信息、深度信息，实时计算光电复合缆的旋转计数。本发明可实时记录光电复合缆布放过程中的旋转圈数，对ROV安全可靠布放具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及深海ROV光电复合缆检测，具体的说是一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置及方法。
背景技术
海洋是生命的摇篮，也是人类社会可持续发展的宝贵资源。海洋存储着丰富的生物资源、矿产资源，是人类未来的粮仓，然而海洋又是一个复杂多变的水系。深海潜水器装备作为海洋资源勘探、开发利用不可或缺的手段，同时也是制约开展深海资源研究的瓶颈。
深海ROV在深海环境研究、资源勘探作业方面是不可或缺的技术手段。ROV通过光电复合缆与水面母船连接，具有作业能力强、作业时间不受能源限制、风险小等优点。光电复合缆担负着传输能源和信息的使命，在ROV布放的过程中，由于ROV受到水流的扰动，光电复合缆会发生旋转，如果旋转圈数过多，光电复合缆存在被拉断的风险。
深海ROV光电复合缆旋转计数装置可以实时检测光电复合缆的旋转圈数，方便操作人员观测光电复合缆的实时状态，有利于提高深海ROV布放、回收的安全性。
发明内容
针对现有深海ROV布放时光电复合缆存在被扯断的风险，本发明要解决的技术问题是提出一种适合于深海ROV光电复合缆旋转计数装置及方法，具有实时检测光电复合缆旋转状态的功能。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置，包括：水下单元、水上单元，之间通过光电复合缆连接；
所述水下单元，用于实时检测方向角信息、高度信息、深度信息并通过光电复合缆输出给水上单元的工控机；
所述水上单元，包括工控机、水上串口光端机，工控机连接水上串口光端机，水上串口光端机连接光电复合缆；工控机接收高度信息、深度信息、并根据接收的方向角信息实时计算光电复合缆的旋转计数。
所述水下单元包括：水下电子舱本体、PC104嵌入式控制板模块和与其分别连接的检测模块、水下串口光端机模块，以及电源模块；
所述水下电子舱本体，设置在光电复合缆上，用于内部固定安装PC104嵌入式控制板模块、水下串口光端机模块、电源模块、电子罗盘，且内部充满液压油；
所述检测模块包括电子罗盘、高度计、深度计，实时检测水下电子舱的方向角信息、水下电子舱距离海底的高度信息、水下电子舱的深度信息，并输出给PC104嵌入式控制板模块；
所述PC104嵌入式控制板模块接收并存储水下电子舱的方向角信息、高度信息、深度信息，再通过水下串口光端机模块输出给水上单元的工控机；
所述电源模块用于为上述各模块供电。
所述高度计、深度计设置在水下电子舱本体外的水域环境中，并且均通过水密接插件与水下电子舱密封连接。
所述水下电子舱本体与光电复合缆之间通过水密接插件密封连接。
所述PC104嵌入式控制板模块通过内部串口扩展板与所述检测模块、水下串口光端机模块之间通过RS232连接。
所述电源模块包括：电池和电源转换模块，所述电源转换模块将电池的36V电能分别转换为24V、12V、5V，所述24V提供给高度计；所述12V提供给深度计；所述5V提供给PC104嵌入式控制板模块、电子罗盘和水下串口光端机模块。
所述电池为磷酸铁锂电池。
所述水上单元的水上串口光端机通过RS232串口线连接工控机、通过光纤跳线连接光电复合缆的光纤。
一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的方法，包括以下步骤：
步骤1：工控机初始化串口，通过RS232串口输出采集控制指令给水下单元的PC104嵌入式控制板模块；
步骤2：PC104嵌入式控制板模块分别初始化与电子罗盘、高度计、深度计、水下串口光端机模块相连接的串口，采集水下电子舱的方向角信息、水下电子舱距离海底的高度信息、水下电子舱的深度信息；
步骤3：水下串口光端机模块转发其接收的方向角信息、高度信息、深度信息经过水上单元的水上串口光端机模块至工控机；
步骤4：工控机对接收的方向角信息、高度信息、深度信息进行效验，并根据方向角信息实时计算光电复合缆旋转圈数。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、水下旋转计数装置自带电池供电，在测试光电复合缆布放旋转状态时可以不带电布放，提高布放的安全性。
2、可实时显示光电复合缆布放时的旋转状态。
3、PC104嵌入式控制板控制程序具备数据存储功能，可在水下直接存储数据，有效防止光纤传输中断造成的数据丢失。
4、水下旋转装置采用的电池可以承受6000米水压，可以推广应用到其他海洋工程装备中。
附图说明
图1本发明装置电路原理图；
图2本发明PC104嵌入式控制板数据采集流程图；
图3本发明工控机旋转计数计算程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明一种6000米ROV光电复合缆旋转计数装置及方法，包括水上部分和水下部分。水上部分由工控机和水上串口光端机构成，工控机和水上串口光端机之间采用RS232串口线连接，水上串口光端机通过光纤跳线与光电复合缆连接。水上串口光端机实现了光信号与电信号之间的相互转换，工控机运行水面旋转计数程序，接收解析数据，并根据方向角的数据解算光电复合缆的旋转圈数，实时显示光电复合缆的状态。
工控机采用研华ARK-6320，集成了Mini-ITX母板，可以在恶劣环境中稳定可靠运行，具有体积小、功耗低、接口丰富的特点。水上串口光端机采用Prizm系列产品，该产品是穆格MOOG公司为深海ROV专业设计开发的光电转换产品。
水下部分由水下电子舱、高度计、深度计组成。高度计用于检测水下电子舱距离海底的高度，深度计用于测量水下电子舱布放的深度。高度计数据通讯端口为RS232，采用9针串口线与PC104嵌入式控制板串口2连接；深度计数据通讯端口为RS232，采用9针串口线与PC104嵌入式控制板串口3连接。水下电子舱内部的电源转换模块分别为高度计、深度计提供24VDC、12VDC的电能。
高度计选用Tritech新一代PA200高精度数字高度计，采用先进的Seaking声呐电子技术，具有设计紧凑、可靠性高的特点。深度计选用Sea-Bird公司的SBE50高精度数字深度计，具有精度高、功耗低的特点。
水下电子舱内部包括电池、电源转换模块、水下串口光端机、PC104嵌入式控制板、电子罗盘。电池与电源转换模块组成供电系统为水下电子舱内部用电设备提供电能。电源转换模块将电池输出的36VDC转换为24VDC、12VDC、5VDC。水下串口光端机完成电信号RS232与光信号的转换。水下串口光端机的RS232端口通过9针串口线与PC104嵌入式控制板串口4连接，水下串口光端机的光端口通过光线跳线与水密接插件I的光纤连接。电子罗盘数据通讯端口为RS232，通过9针串口线与PC104嵌入式控制板连接。PC104嵌入式控制板采集电子罗盘、深度计、高度计的数据，并将数据打包处理，通过串口4发送到水下串口光端机。
电池采用北京中新联科技股份有限公司的磷酸铁锂电池，电池输出电压24VDC，电池容量20AH，电池可承受6000米海水压力。
电源转换模块采用Vicor公司的VI-J36-24V、VI-J36-12V、VI-J36-5V模块搭建，VI-J系列的电源模块具有宽电压输入、输出功率高的特点。
水下串口光端机采用Prizm系列产品，该产品可以承受6000米海水的压力。
电子罗盘采用北京诺耕公司的COMPASS200，COMPASS200内置三轴磁场传感器和双轴倾角传感器。
PC104嵌入式控制板由杭州启杨智能科技有限公司的QY-9263S核心控制板和MOXA公司的CA-114串口扩展板组成，QY-9263S核心控制板安装了嵌入式Linux操作系统。
水密接插件I采用ODI公司的鹦鹉螺系列光电复合8芯连接器，其中2芯光纤，6芯电缆铜芯。
水密接插件II、III采用Subconn公司的DBH8F系列8芯水密连接器。
具体连接如下：
水上部分：研华工控机ARK-6320和水上串口光端机Prizm通过9针RS232串口线连接，水上串口光端机Prizm与光电复合缆通过光纤跳线连接。
水下部分：光电复合缆通过水密接插件I连接水下电子舱内部，高度计通过8芯水密接插件II连接水下电子舱内部，深度计通过8芯水密接插件III连接水下电子舱内部。电源转换模块输入端口连接电池输出端口。电源转换模块的VI-J36-24V连接水密接插件II，为高度计提供电能。电源转换模块的VI-J36-12V连接水密接插件III，为深度计提供电能。电源转换模块的VI-J36-5V连接电子罗盘、水下串口光端机、PC104嵌入式控制板的电源输入端口。CA-114串口扩展板的串口4连接水下串口光端机串口，CA-114串口扩展板的串口1连接电子罗盘串口，CA-114串口扩展板的串口2连接水密接插件II，为高度计提供通讯链路。CA-114串口扩展板的串口3连接水密接插件III，为深度计提供通讯链路。
本发明PC104嵌入式控制板数据采集方法，步骤如下：
系统启动；系统初始化；进入主函数；
初始化串口1，创建线程1，采集电子罗盘数据，进行数据校验，通过数据校验将数据存储到发送数组；
初始化串口2，创建线程2，采集高度计数据，进行数据校验，通过数据校验将数据存储到发送数组；
初始化串口3，创建线程3，采集深度计数据，进行数据校验，通过数据校验将数据存储到发送数组；
初始化串口4，计算发送数据累加校验和，赋值校验和数据位，调用发送数据函数。
工控机旋转计数方法，步骤如下：
系统启动；
初始化串口；
读取串口数据；
数据校验；
数据解析；
计算旋转圈数；
数据显示更新；
数据存储到数据文件。
Claims (6)
1.一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置，其特征在于，包括：水下单元、水上单元，之间通过光电复合缆连接；
所述水下单元，用于实时检测方向角信息、高度信息、深度信息并通过光电复合缆输出给水上单元的工控机；
所述水下单元包括：水下电子舱本体、PC104嵌入式控制板模块和与其分别连接的检测模块、水下串口光端机模块，以及电源模块；
所述水下电子舱本体，设置在光电复合缆上，用于内部固定安装PC104嵌入式控制板模块、水下串口光端机模块、电源模块、电子罗盘，且内部充满液压油；所述水下电子舱本体与光电复合缆之间通过水密接插件密封连接；
所述检测模块包括电子罗盘、高度计、深度计，实时检测水下电子舱的方向角信息、水下电子舱距离海底的高度信息、水下电子舱的深度信息，并输出给PC104嵌入式控制板模块；所述高度计、深度计设置在水下电子舱本体外的水域环境中，并且均通过水密接插件与水下电子舱密封连接；
所述PC104嵌入式控制板模块接收并存储水下电子舱的方向角信息、高度信息、深度信息，再通过水下串口光端机模块输出给水上单元的工控机；
所述电源模块用于为上述各模块供电；
所述水上单元，包括工控机、水上串口光端机，工控机连接水上串口光端机，水上串口光端机连接光电复合缆；工控机接收高度信息、深度信息、并根据接收的方向角信息实时计算光电复合缆的旋转计数。
2.按照权利要求1所述的一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置，其特征在于，所述PC104嵌入式控制板模块通过内部串口扩展板与所述检测模块、水下串口光端机模块之间通过RS232连接。
3.按照权利要求1所述的一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置，其特征在于，所述电源模块包括：电池和电源转换模块，所述电源转换模块将电池的36V电能分别转换为24V、12V、5V，所述24V提供给高度计；所述12V提供给深度计；所述5V提供给PC104嵌入式控制板模块、电子罗盘和水下串口光端机模块。
4.按照权利要求3所述的一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置，其特征在于，所述电池为磷酸铁锂电池。
5.按照权利要求1所述的一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的装置，其特征在于，所述水上单元的水上串口光端机通过RS232串口线连接工控机、通过光纤跳线连接光电复合缆的光纤。
6.一种用于深海ROV光电复合缆旋转计数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：工控机初始化串口，通过RS232串口输出采集控制指令给水下单元的PC104嵌入式控制板模块；
步骤2：PC104嵌入式控制板模块分别初始化与电子罗盘、高度计、深度计、水下串口光端机模块相连接的串口，采集水下电子舱的方向角信息、水下电子舱距离海底的高度信息、水下电子舱的深度信息；
步骤3：水下串口光端机模块转发其接收的方向角信息、高度信息、深度信息经过水上单元的水上串口光端机模块至工控机；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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