海洋渔用声纳遥控解锁系统 【技术领域】
一种海洋渔用声纳遥控解锁系统属于水声电子遥控设备领域。背景技术
在远洋深海捕捞作业中，经常需要将鱼网等捕捞设备沉入海底长达数日。然后在水面设置浮标进行定位，以便于寻找。为防止浮标、渔具被盗或绳索被过往船只缠绕损坏，渔船需要守侯等待。否则一旦发生意外，渔网沉入海底，不仅经济损失巨大，还会造成生态环境的严重破坏。此外，海面气候无常，有时船只遇到风暴放弃渔网而紧急撤离，事后再度寻找目标十分困难。发明内容
本发明的目的是为解决上述问题而提供的一种可以在水下对渔具进行控制的海洋渔用声纳遥控解锁装置。本发明的特征在于： 这是一种利用声纳技术来传输编码信号，实现对大型捕捞设备进行遥控的装置。系统由一台主机和多台带有接收器、机械解锁机构的分机—声纳浮标组成。其中主机含有依次串接的以单片机为核心构成的手持式遥控信号编码器、脉冲功率放大器、声纳发射换能器和主机供电、充电电源；分机由依次串联的声纳信号传感器、小信号放大器、频率变换电路、滤波整形电路、单片机构成的信号解码电路、功率驱动电路和受其控制的机械解锁机构组成。上述部件安装在密封的壳体内构成声纳遥控解锁装置，作为浮标置于海中。操作主机向水中分机发出遥控编码信号，可在3000米远400米深的范围内实现一点对多点的遥控。
所述的手持式遥控信号编码器含有单片计算机及与它相连的液晶显示器、EEPROM存储器和遥控操作按键键盘。
所述地主机工作电源所述的主机工作电源是由内部的蓄电池和经变压整流电路变成直流，既可为主机蓄电池充电也可通过外接插孔给分机电池充电的电源组成。
所述的分机中的机械解锁机构，它包含有：旋转式开锁的锁定机座；用定套螺母固定在机座上的定套；可在定套内相对滑动的拨盘芯轴；固定在拨盘芯轴上且分别开有两个相隔75度圆心角的豁槽的拨盘；紧缠在拨盘芯轴上且上下两端各经上下两个固定座分别固定在机座底面和拨盘上端面的扭簧；经连接柱和机座底相连接的定位盘；在固定于定位盘上拨叉座的中心孔内可相对转动的拨叉芯轴；一端可卡入拨盘上豁槽内的拨叉滚轮而另一端连接在拨叉芯轴上端的拨叉；两端分别固定在定位盘上端面和拨叉滚轮的小拉簧；固定在拨叉芯轴下端的摇臂；分别固定在定位盘上端面和拨盘下端面的开关和限位端子；动铁部分与摇臂相连而线圈固定在定位盘底面的衔铁；固定在机座上且用导线和衔铁相连的外接电源端子以及可插入拨盘芯轴上端开口处的拉环。
使用证明：本发明的上述系统实现了预期设计功能和达到了应用目的。附图说明
图1：海洋渔用声纳遥控解锁系统工作原理图
图2：主机结构框图
图3：主机手持式遥控信号编码器电路原理图
图4：脉冲功率放大器电路原理图
图5：声纳浮标结构纵向剖视图
图6：小信号放大器电路原理图
图7：频率变换与信号解码电路原理图
图8：电磁铁驱动电路原理图
图9：机械解锁机构机底视图
图10：械解锁机构纵向剖视图
图11：械解锁部分的底视图
图12：拨叉部件局部视图具体实施方式
图1中：23是渔船，24是渔网，25是浮标，26是铅坠，27是缆绳，30是声纳发射器。系统由一台主机发射器和多台带有接收器和机械执行机构的声纳浮标组成。主机发射器安放在渔船23上，由渔业人员操作。声纳浮标25在下网时随同捕捞用具一同沉入水下几十米深处，以避免水面风浪和过往船只干扰。需要起网时只要在距离分机几公里范围内操纵主机发射声纳遥控编码信号，被选择的分机声纳接收器输出开关信号驱动机械执行机构，打开锁具使声纳浮标由水下浮起，渔业人员即可顺着浮标连带的绳索找到水下目标进行起网作业。从而在3000米远400米深的范围内实现一点对多点的遥控。主机发射器的结构框图如图2所示。
本系统的主机由以单片机为核心构成的手持遥控编码器28、声纳发射换能器30依次串联构成，它们由主机机箱内的12伏蓄电池32供电。电池充电电路31由外部交流220伏供电，它既可向主机机箱内的12伏蓄电池32充电也可通过主机面板上的插孔同时为外部三个声纳浮标充电。遥控操作是通过主机上的手持式编码器完成，操作者可以通过面板上的按键和液晶显示器设置遥控地址编码。十个按键可预选十个分机，再通过A、B键分成两组可设置20个分机。分机的编码由八位地址码和一位校验码组成，共有256个地址码供选择。设置的参数存储在EEPOM之中具有掉电保存功能。遥控编码信号由单片机编程产生，此信号经手持遥控编码器28的电缆加到脉冲功率放大器29的输入端上。图3是主机的遥控编码发射电路，单片机采用AT89C52，EEPOM采用X25045，按键选用TP801B。图4是脉冲功率放大器电路，输入信号来自单片机P2.6引脚发出的编码信号。经功率放大和脉冲变压器升压产生数百伏的谐振电压输出。声纳发射换能器30通过电缆与主机的信号输出端口相连，放置在数米深的水下，在输出信号的激励下发出水声信号。
图5是声纳浮标的结构剖示图。11是锁环、32是蓄电池、33是机械解锁机构、34是声纳信号传感器、35是浮标壳体、36是单片机接收器。单片机接收器由图6的小信号放大器、图7的信号变换与地址识别电路和图8的电磁铁驱动电路串联构成。接收器与机械解锁执行机构一起安装在声纳浮标壳体内。各个接收器设有不同的地址编码。
当声纳信号传感器34接收到遥控指令时，通过电容耦合到接收器36的小信号放大、信号变换与地址信号的识别后发出控制信号，经功率放大驱动声纳浮标内的电磁铁，打开机械解锁机构，使浮标脱离锁具的束缚而浮出水面。
小信号放大器由三级高性能低功耗运放器LF353级联，并加一级同相隔离器以增加驱动能力。适当的选择耦合电容可以使放大器在信号的中心频率附近有较高的增益而其他的干扰频率得到适当的抑制。见图6。
遥控编码信号采用频率为脉冲调制方式，遥控信号的“0”和“1”代码分别用频率为f1和f2的正弦信号表示。每组编码9位，前八位是数据位，第九是校验位。脉冲调制信号由单片机的定时器编程产生。
为进一步提高电路的抗干扰性和便于识别处理，经放大器输出的信号还要进行频率变换。通过对单片机的定时器进行初始化可使之输出一个频率为f0的方波脉冲，将此方波作为本地振荡信号与放大器输出的信号分别送入混频器进行混频，混频器实际上是一倒相开关，由CMOS模拟开关CD4066组成。分析表明上述两个信号混频会产生很多和频、差频及倍频等频率成分输出，因此还要进行选频。滤波整形电路由两个中心频率为信号差频的带通滤波器和具有施密特触发性能的与非电路CD4093组成，通过滤波整形电路输出的频率为F1＝f1-f0和F2＝f2-f0的差频信号是最终带有遥控信息的低频方波脉冲。低频方波脉冲加到单片机P87CLPC762的中断输入端，由软件来完成解码处理。进行编码识别的基本思路是利用定时器和中断技术进行脉冲频率鉴别，将鉴别出的F1或F2脉冲序列分别用“0”和“1”还原，与本地编码进行校验、比较和判决。当分机的本地码与接收码相符时输出控制信号实现解锁；如果信号的编码不符，三秒钟后单片机自动复位从新开始等待接收。
利用声纳信号接收电路中单片机具有的比较器输入功能可自动检测供电系统的电池电压，当电压低于某一值时可自动输出控制信号，使浮标自动及时解锁浮出水面，以免失控而滞留海底。整个信号变换与信号识别电路可见图7所示。
电磁铁驱动电路如图8，这里选用达林顿三极管TIP127作为驱动，最大电流可达3A以上。图9-图12是机械解锁执行机构的各视图，其连接关系如上所述。
把拉环11插入拨盘芯轴6上的开口处，顺时针旋转拨盘芯轴6约90度，带动拨盘17转动75度，此时拨盘17上的豁槽相应转动75度，使拨叉2卡入对应位置上的豁槽，限位端子14压住开关15，浮标内部电源接通开始工作，接收机处于待命状态。当解码成功后，输出信号使摇臂5随之沿衔铁(电磁铁)10吸合产生轴位移，使拨叉2以拨叉芯轴3为轴心旋转，拨叉滚轮1滑出拨盘17上的豁槽，使拨盘17在扭簧13作用下逆时针旋转复位，使锁环回位实现解锁。同时限位端子14与开关15脱开断开分机电源。这种结构使实现机械解锁时浮标体积不变，以保证在400米深的水下能可靠地工作。其中，4是拨叉座，5是摇臂，6是拨盘芯轴，7是定套螺母，8是扭簧下座，9是定位盘，10是衔铁，11是拉环，12是小拉簧，13是扭簧，14是限位端子，15是开关，16是连接柱，17是拨盘，18是扭簧上固定座，19外电源端子，20机座，21定套，22连接导线。本发明可在3000米半径远、400米深的范围内实现一点对多点的水中遥控。
工作水深：A型0～60米 B型0～100米 C型0～400米
遥控距离： 3000 米
连续工作时间： 300 小时
每台主机预置分机数： 1-20 个
分机编码地址： (OOH—OFFH) 256个
本发明的范围并不局限于此，凡是相似的结构均为本发明的保护之内。