一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，包括電源模塊、防倒流濾波模塊、保護模塊，電量檢測模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列和ARM主控模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列包括若干個DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，每個DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源連接對應的外圍設(shè)備，電源模塊輸出的電壓依次經(jīng)過防倒流濾波模塊和保護模塊處理后輸出穩(wěn)定電壓給電量檢測模塊，電量檢測模塊用于檢測電壓信號并計算出電源模塊的剩余電量值，后將剩余電量值發(fā)送給ARM主控模塊；ARM主控模塊根據(jù)剩余電量值控制開啟或關(guān)閉DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源。本實用新型系統(tǒng)能夠在線實時監(jiān)測電源電量，通過對電源的使用情況進行實時的檢測與記錄，提高水下設(shè)備電源使用的安全性。
【專利說明】
一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及水下設(shè)備維護領(lǐng)域，尤其涉及一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對于大多數(shù)水下無纜的裝備，其能源的供給多數(shù)是通過自帶電池的方式解決，雖然電池在出廠時均帶有保護模塊，可以有效防止電池過放電，但是無法對電池電量的使用情況進行實時監(jiān)測和記錄。
[0003]—方面，水下裝備的上電/掉電方式大多數(shù)是通過外接水密插頭的插拔方式實現(xiàn)的，在插拔的瞬間會產(chǎn)生很大的瞬時電壓和浪涌電流，如果不對這瞬間的浪涌電壓和電流進行處理或限制，那么其對系統(tǒng)硬件的損害不可估量，嚴重時會直接燒壞系統(tǒng)硬件。
[0004]另外，對于大型水下裝備，當其搭載的外圍設(shè)備較多時，所需要的電源種類也各不相同，對于同種電源規(guī)格需求的設(shè)備，傳統(tǒng)的做法是單路電源供電并通過多路開關(guān)控制給多個設(shè)備供電，但這種方法容易在設(shè)備間產(chǎn)生串擾，因為某一設(shè)備在開與關(guān)的瞬間會對其它設(shè)備產(chǎn)生影響。
[0005]因此，一種能夠在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)研發(fā)尤顯重要。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實用新型提供了一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，解決了水下設(shè)備電源使用存在的安全問題。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)手段如下:一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，包括電源模塊、防倒流濾波模塊、保護模塊，電量檢測模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列和ARM主控模塊，其中，防倒流濾波模塊、保護模塊，電量檢測模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列和ARM主控模塊連接，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列包括若干個DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，每個DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源連接對應的外圍設(shè)備，電源模塊輸出的電壓依次經(jīng)過防倒流濾波模塊和保護模塊處理后輸出穩(wěn)定電壓給電量檢測模塊，電量檢測模塊用于檢測電壓信號并計算出電源模塊的剩余電量值，后將剩余電量值發(fā)送給ARM主控模塊;ARM主控模塊根據(jù)剩余電量值控制開啟或關(guān)閉DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源。
[0008]優(yōu)選地，防倒流濾波模塊包括單向二極管和LC濾波電路。
[0009]優(yōu)選地，保護模塊包括LM5069控制芯片和外圍電路，LM5069控制芯片提供高低壓保護、過流保護和電源緩啟動保護，所述外圍電路包括電容Cl、電容C2、TVS管Dl、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4和控制開關(guān)Q1。
[0010]優(yōu)選地，電量檢測模塊包括采樣電阻、電流檢測芯片和采樣單片機，電流檢測芯片檢測采樣電阻兩端的電壓，經(jīng)內(nèi)部處理放大后輸出模擬電壓，此模擬電壓輸入到采樣單片機的ADC端口，采樣單片機經(jīng)過計算將此模擬電壓轉(zhuǎn)換為剩余電量值，再輸出給ARM主控模塊。
[0011]優(yōu)選地，DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源包括第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器，第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出直流高電壓;第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出直流低電壓。
[0012]根據(jù)剩余電量值的大小發(fā)出控制指令；當剩余電量值大于或等于閾值時，開啟對應的DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，外圍設(shè)備正常工作；當剩余電量值小于閾值時，關(guān)閉對應的DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，全部或部分外圍設(shè)備停止工作。
[0013]采用本實用新型所提供的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，能夠在線實時檢測電源電量，通過對電源的使用情況進行實時的檢測與記錄，提高水下設(shè)備電源使用的安全性。
[0014]進一步，該系統(tǒng)引入濾波防倒流模塊和保護模塊兩種保護，第一級保護為防倒流濾波電路，通過第一級保護后，浪涌電流和瞬時高壓得到了一定的抑制，第二級保護模塊提供過流、高壓、低壓保護和緩啟動功能，確保輸入到后續(xù)電路的直流電源是絕對安全。
[0015]進一步地，該系統(tǒng)引入DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列，輸出多路直流電源接口，給外圍連接設(shè)備獨立供電，每一路DC/DC轉(zhuǎn)換器對應于一個外圍設(shè)備，設(shè)備之間互相隔離，減少串擾。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為實施例1的防倒流濾波模塊2的電路圖；
[0018]圖3為實施例1的保護模塊3的電路圖；
[0019]圖4為實施例1的電量檢測模塊4的電路圖；
[0020]圖5為實施例1的DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列5的電路圖。
【具體實施方式】
[0021]以下對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實施例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0022]實施例1:
[0023]請參考圖1，一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，包括電源模塊1、防倒流濾波模塊2、保護模塊3，電量檢測模塊4，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列5和ARM主控模塊6，防倒流濾波模塊2、保護模塊3，電量檢測模塊4，和ARM主控模塊6連接，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列5還分別ARM主控模塊6和外接設(shè)備7連接。
[0024]防倒流濾波模塊2將電源輸出的電壓過濾，防倒流處理，防倒流濾波模塊由單向二極管、LC濾波電路組成。由LC組成的濾波電路可以很有效的對插拔瞬間產(chǎn)生的高頻噪聲、浪涌電流、瞬時高壓進行一定的抑制，無論是高頻噪聲還是瞬時高壓均屬于高頻信號，其頻率成分多為1MHZ以上，同時為了保證系統(tǒng)有較好的動態(tài)響應，選取L值為I OuH，C值為I OOuF，其諧振頻率為5KHZ左右，大于這個頻率的信號可以得到一定的抑制。
[0025]請參考圖2，保護模塊3由LM5069控制芯片和外圍電路組成，當電源電壓經(jīng)過防倒流濾波模塊之后，再經(jīng)過電容Cl濾波和TVS管Dl過壓保護，TVS管Dl為瞬態(tài)抑制二極管，當發(fā)生過壓時，利用雪崩擊穿原理，將高阻變成低阻，吸收浪涌功率，從而保護電子線路的元器件，本實施例選用的TVS管型號為SMAJ51A，其鉗位電壓約為80v，最后經(jīng)過LM5069控制芯片后輸出穩(wěn)定的電壓，LM5069控制芯片可以提供高低壓保護、過流保護、電源緩啟動功能，電源電壓經(jīng)過保護模塊后可以有效的消除掉上電和掉電過程中產(chǎn)生的瞬時高壓和浪涌電流對設(shè)備的影響。其中C2為緩啟動時間調(diào)節(jié)電容，通過改變C2的容值設(shè)定保護模塊緩啟動時間，R1、R2、R3組成的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)用于設(shè)定高壓保護值和低壓保護值，R4為過流檢測電阻，Ql為控制開關(guān)，當系統(tǒng)工作正常時，Ql打開，當出現(xiàn)過壓、低壓和過流等異常情況時，Ql關(guān)閉，在電壓和電流恢復正常后，經(jīng)過一定延時，Ql重新打開。
[0026]請參考圖3，電量檢測模塊4主要由采樣電阻R5、電流檢測芯片MAX4080、采樣單片機組成，具體實施時，電流檢測芯片MAX4080通過檢測采樣電阻R5兩端的電壓，經(jīng)內(nèi)部處理放大后輸出模擬電壓，此模擬電壓再輸入到采樣單片機的ADC端口，單片機經(jīng)過計算將此模擬電壓轉(zhuǎn)換為相應的消耗的電量值，再通過RS232串口輸出給ARM主控系統(tǒng)。采樣單片機為MEGA16單片機。電量檢測模塊通過測量采樣電阻Rl兩端的電壓值來計算出電池電量的實際使用情況，并將剩余電量通過RS232串口發(fā)送給ARM主控模塊。
[0027]請參考圖4，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列5是由若干個DC/DC開關(guān)電源芯片組成，可分為兩級電壓輸出，由DC/DC轉(zhuǎn)換器LM5069組成的第一級轉(zhuǎn)換為直流高電壓輸出，如24v或12v，可給高電壓設(shè)備供電。由DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS54335組成的第二級轉(zhuǎn)換為低電壓直流輸出，可給低電壓設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部供電如3V。每一路電源開關(guān)只給一個外圍設(shè)備供電，即每個外圍設(shè)備之間互相獨立，互不干擾。且每一路開關(guān)電源的開啟或關(guān)閉由ARM主控系統(tǒng)發(fā)出的控制信號控制。
[0028]ARM主控模塊5主要負責整個系統(tǒng)端口的控制，信息的采集和存儲與上傳。具體實施時，電量檢測模塊將剩余電量信息按照規(guī)定的格式通過RS232串口發(fā)送給ARM主控系統(tǒng)，ARM主控模塊將接收到的信息存在本地SD卡里，再通過網(wǎng)絡(luò)上傳。同時，ARM主控模塊通過I/O總線控制DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列的開啟和關(guān)閉，ARM主控模塊的I/O端口通過I/O驅(qū)動電路與DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列里的DC/DC開關(guān)電源芯片的輸入端口連接。
[0029]如圖5，一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)的工作流程，其特征在于:包括以下步驟:
[°03°]輸出電壓信號；
[0031 ]對電壓信號進行濾波和防倒流；
[0032]對電壓信號進行高低壓保護、過流保護、電源緩啟動保護；
[0033]檢測電壓信號并計算轉(zhuǎn)換成剩余電量值；
[0034]根據(jù)剩余電量值的大小發(fā)出控制指令；當剩余電量大于或等于閾值時，開啟對應的DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，外圍設(shè)備正常工作；當剩余電量小于閾值時，關(guān)閉對應的DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，全部或部分外圍設(shè)備停止工作。
[0035]綜上所述，采用本實用新型所提供的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，具有幾大優(yōu)點:
[0036](I)能夠在線實時檢測電源電量，通過對電源的使用情況進行實時的檢測與記錄，當電源在使用過程中出現(xiàn)問題或者某一負載出現(xiàn)故障導致電量消耗過快時，均可記錄下來，甚至發(fā)出報警信號。
[0037](2)引入濾波防倒流模塊和保護模塊兩種保護，第一級保護為防倒流濾波電路，通過第一級保護后，浪涌電流和瞬時高壓得到了一定的抑制，若沒有第一保護，則上電時產(chǎn)生的瞬時高壓有可能會直接打壞保護模塊里的保護芯片;第二級保護模塊提供過流、高壓、低壓保護和緩啟動功能，確保輸入到后續(xù)電路的直流電源是絕對安全的?？偠灾ㄟ^限制系統(tǒng)在上電和掉電過程中產(chǎn)生的浪涌電流和瞬時高壓，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0038](3)引入DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列，輸出多路直流電源接口，給外圍連接設(shè)備獨立供電，每一路DC/DC轉(zhuǎn)換器對應于一個外圍設(shè)備，設(shè)備之間互相隔離，減少串擾。另外，選用不同型號的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可高壓或低壓直流輸出。
[0039](4)ARM主控模塊控制操作簡單，負責系統(tǒng)的全局控制，包括DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列輸入端口的控制，電量信息的接收與上傳。
[0040](5)本實用新型系統(tǒng)所有元器件均經(jīng)過壓力測試，可耐高壓，可穩(wěn)定運用于全海深領(lǐng)域。
[0041]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，其特征在于:包括電源模塊、防倒流濾波模塊、保護模塊，電量檢測模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列和ARM主控模塊，其中，防倒流濾波模塊、保護模塊，電量檢測模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列和ARM主控模塊連接，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列包括若干個DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，每個DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源連接對應的外圍設(shè)備，所述電源模塊輸出的電壓信號依次經(jīng)過防倒流濾波模塊和保護模塊處理后輸出穩(wěn)定電壓給電量檢測模塊，所述電量檢測模塊用于檢測電壓信號并計算出電源模塊的剩余電量值，后將剩余電量值發(fā)送給ARM主控模塊;所述ARM主控模塊根據(jù)剩余電量值控制開啟或關(guān)閉DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，其特征在于:所述防倒流濾波模塊包括單向二極管和LC濾波電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，其特征在于:所述保護模塊包括LM5069控制芯片和外圍電路，所述LM5069控制芯片提供高低壓保護、過流保護和電源緩啟動保護，所述外圍電路包括電容Cl、電容C2、TVS管Dl、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4和控制開關(guān)Q1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，其特征在于:所述電量檢測模塊包括采樣電阻、電流檢測芯片和采樣單片機，電流檢測芯片檢測采樣電阻兩端的電壓，經(jīng)內(nèi)部處理放大后輸出模擬電壓，此模擬電壓輸入到采樣單片機的ADC端口，采樣單片機經(jīng)過計算將此模擬電壓轉(zhuǎn)換為剩余電量值，再輸出給ARM主控模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)，其特征在于:所述DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源包括第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器，第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出直流高電壓;第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出直流低電壓。
【文檔編號】G01R31/36GK205450223SQ201521125747
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】蔡篤思, 陳俊, 李俊, 高懷寧, 張艾群
【申請人】中國科學院深海科學與工程研究所