专利名称：排钩式深水金属沉积物探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及探测领域，具体涉及到一种基于CAN(控制器局域网)的排钩式深水金 属沉积物探测器。
背景技术：
目前，水下的金属探测方法有声纳，探磁仪，水下电视，潜水员，霍尔传感器，金属 探测器等。但是声纳无法辨别探测物体是否为金属；探磁仪在水下，特别是海水中无法辐 射(IOKHz的电磁波在海中每米衰减3dB)；水下电视在水质混浊的状态下探测范围相当有 限；潜水员在深水中人工探测，如果水流不稳定，或者水质混浊等等情况会对潜水员的生命 安全带来危险；金属探测器采用灵敏度极高的线性元件作为传感器，感应由于金属出现引 起的探测线，不会因为在水下的复杂情况而被干扰，从而提高了检测精度，适合在深水中使 用；霍尔传感器利用霍尔效应对磁场进行探测，可以对具有磁性的材料进行水下探测。
在信号传输方面采用CAN总线技术，以双绞线作为传输介质。因为装置须装载在 距离百米以上的两艘船之间，传输距离比较长，而CAN总线通信距离最远可达10km，并且有 较高的传输速度，适合长距离传输；因为装置中采用大量传感器节点，所以需要对每个传感 器数据进行区分，CAN总线协议可以达到要求。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将大量线性排列的金属探测器探测结果在 计算机上实时显示，同时并计算出探测到的金属物质的大概位置的传输及计算方法，使该 装置能在较深的水中进行金属物质的探测。
本发明所采用的技术方案是
将由单片机、总线和传感器组成的大量深水探测器模块相隔一定距离与横架在保 持一定距离的两船之间的主线路连接。主线路中的总线连接至船上的计算机上，从客户端 上显示出各个探测器的实时探测情况，并当检测到金属时发出警报并计算出大概的位置， 以方便打捞。
具体技术方案是.一种排钩式深水金属沉积物探测器，它由探测端和客户端共 同构成，所述的探测端是由单片机、总线和金属传感器组成的若干个深水金属探测器模块， 若干个深水金属探测器模块相隔的与横架在保持距离并列行驶的两船之间的主线路连接， 主线路中的总线连接至船上客户端的计算机上，在深水中利用金属传感器对金属物体进行 探测，金属传感器将探测到的信号通过总线传送至船上客户端的计算机上。
本发明的技术方案中，所述的总线的类型包括CAN总线，LIN总线或DALI总线，选 用的总线与线路和速度要求特点相适配。
本发明的技术方案中，客户端主要由单片机、总线控制器、总线收发器和计算机构 成；采用与总线类型相适配的总线控制器和总线收发器来控制和发送总线信号。
本发明的技术方案中，所述的主线路2由总线信号线、电源线和地线共3种线路构3成；主线路外部由尼龙外套紧紧包裹，以增加线路的韧性与防腐性。
本发明的技术方案中，其金属传感器主要由通电线圈和霍尔传感器构成。当通电 线圈的磁通量产生变化时，霍尔传感器可以检测到变化从而判断金属的存在。
本发明的技术方案中，对应采用不同的总线类型，制定不同的协议来保证数据传 输的准确性和高效性；CAN总线类型采用SJAE1939协议来制定数据包，LIN总线和DALI总 线采用相关的协议进行定义。
本发明的有益效果是可以大范围对金属物体进行探测，不受水质的影响，成本较 低。


图1排钩式深水金属沉积物探测器外部结构
图2排钩式深水金属沉积物探测器运行流程图
图3排钩式深水金属沉积物探测器原理图
图中1.船一，2.主线路，3.船二，4.浮漂，5.探测端，6.分线路，7.计算机。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
由图1可见本发明的外部结构示例图，主线路2长度250 2500米，两船之间的 间距100 1500米，金属探测器在总线路上每相隔3 10米安装一个，共安装16 1000 个金属探测器。
探测端5由金属探测器和处理模块(检波电路、放大电路、AD转换芯片、 MCU(Microprocessor Control Unit)、CAN 控制器、CAN 收发器)构成。
主线路2在尼龙外套的包裹内有CAN_H、CAN_L、CAN_SHLD、电源线和地线共5条线 路，以及用来使探测端5下沉的铅块。前三者为CAN信号线，由屏蔽双绞线(外层由铝泊包 裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射，价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困 难，须连接CAN_SHLD。)或者非屏蔽双绞线(外层无铝泊包裹，辐射减少程度不及屏蔽双绞 线，价格相对较低，不必连接CAN_SHLD。)作为物理介质。电源线(+5V)和地线由铜质线缆 作为物理介质。
客户端由计算机和USB-CAN模块构成。USB-CAN模块可以使CAN信号转换为计算 机可以处理的USB信号。
如图2所示本发明的工作流程。在对客户端和探测端5进行初始化之后，探测器 开始工作，当有探测器探测到金属物质，金属传感器(霍尔传感器)的信号就会产生变化， MCU此时就会产生中断，CAN控制器接受到中断就会产生CAN信号，通过CAN收发器将CAN 信号发送到CAN总线上，客户端就会接收到由USB-CAN模块转换而成的USB信号，分析后显 示出探测器的地址，并通过相应的算法算出金属物体的大概位置，以方便打捞。此处的算法 因为具体情况不同而采用不同的算法，要具体情况具体分析，故此处不再赘述。
图3为排钩式深水金属沉积物探测器电路结构。传感器采集到的数据经过一系列 的电路处理和优化进入模数转换芯片进行模数转换之后进入MCU进行数据处理，然后将信 号通过CAN控制器转换为CAN信号，经过电气隔离之后，通过CAN收发器将信号发出。CAN信号经过客户端CAN收发器的接受，通过MCU、CAN控制器和USB-CAN模块的处理进入计算 机的USB接口，客户端对信号进行处理。
要使本装置正常运作，还要对CAN总线的应用层协议进行设置。可以根据不用 的情况和要求，以CAN2. OB协议为基础自行建立标准，此处采用SAE J1939标准为例。 SAEJ1939的物理层和数据链路层是以CAN2. OB协议为基础的，CAN 2. OB包括两种消息格式 的规范标准帧和扩展帧。SAE J1939只使用扩展帧格式，全面定义了标准化的通信。CAN 扩展帧的格式包含一个单一的协议数据单元(PDU)，PDU包含7个预定义的场。这些场由应 用层提供的信息决定，包括优先级、保留位、数据页、PDU格式、特定PDU(目标地址、群扩展 或专用)、源地址和数据场。本设计要对每个探测端设置一个目标地址，以此来分辨每个探 测器的数据，其他的设置可以相同，其中SAE J1939/71协议要对常用物理参数的格式进行 定义，也就是数据场中的每一位的代表的确切数据含义的定义。
根据电磁理论，当金属物体被置于变化的磁场中时，金属导体内就会产生自行闭 合的感应电流，这就是金属的涡流效应。涡流要产生附加的磁场，与外磁场方向相反，削弱 外磁场的变化，据此，将一交流正弦信号接入绕在骨架上的空心线圈上，流过线圈的电流会 在周围产生交变磁场，当将金属靠近线圈时，金属产生的涡流磁场的去磁作用会削弱线圈 磁场的变化，金属的电导率越大，交变电流的频率越大，则涡电流强度越大，对原磁场的抑 制作用越强。故当有金属物靠近通电线圈平面附近时，无论是介质磁导率的变化还是金属 的涡流效应均能引起磁感应强度B的变化，金属探测器中的霍尔传感器可以检测到磁感应 强度的变化从而判断金属的存在。金属探测器就是利用以上的原理工作的。
权利要求
1.一种排钩式深水金属沉积物探测器，其特征是它由探测端和客户端共同构成，所 述的探测端是由单片机、总线和金属传感器组成的若干个深水金属探测器模块，若干个深 水金属探测器模块相隔的与横架在保持距离并列行驶的两船之间的主线路(2)连接，主线 路中的总线连接至船上客户端的计算机上，在深水中利用金属传感器对金属物体进行探 测，金属传感器将探测到的信号通过总线传送至船上客户端的计算机上。
2.根据权利要求1所述的一种排钩式深水金属沉积物探测器，其特征是所述的总线 的类型包括CAN总线，LIN总线或DALI总线，选用的总线与线路和速度要求特点相适配。
3.根据权利要求1所述的一种排钩式深水金属沉积物探测器，其特征是客户端主要 由单片机、总线控制器、总线收发器和计算机构成；采用与总线类型相适配的总线控制器和 总线收发器来控制和发送总线信号。
4.根据权利要求1所述的一种排钩式深水金属沉积物探测器，其特征有所述的主线 路O)由总线信号线、电源线和地线共3种线路构成；主线路外部由尼龙外套紧紧包裹，以 增加线路的韧性与防腐性。
5.根据权利要求1所述的一种排钩式深水金属沉积物探测器，其特征是其金属传感 器主要由通电线圈和霍尔传感器构成。
6.根据权利要求2所述的一种排钩式深水金属沉积物探测器，其特征是对应采用不 同的总线类型，制定不同的协议来保证数据传输的准确性和高效性；CAN总线类型采用SJA E1939协议来制定数据包，LIN总线和DALI总线采用相关的协议进行定义。
全文摘要
一种排钩式深水金属沉积物探测器，悬挂在并列行驶并相隔一定距离的两只船上，对深水金属物体进行探测，主要由探测端和客户端组成。探测端由金属探测器、AD转换模块、单片机、CAN控制器、CAN收发器等构成，对探测器采集到的信号进行处理并以CAN总线形式发送至客户端；客户端由USB-CAN模块、单片机、CAN控制器、CAN收发器等构成，将接受到的CAN信号转换为USB信号传入计算机，计算机进行信号处理并显示出来。
文档编号G01V3/11GK102033246SQ20101052494
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者吕植勇, 彭小玓 申请人:武汉理工大学