一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下設(shè)備維護(hù)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)及方法。
【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(shí)均帶有保護(hù)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)的，在插拔的瞬間會產(chǎn)生很大的瞬時(shí)電壓和浪涌電流，如果不對這瞬間的浪涌電壓和電流進(jìn)行處理或限制，那么其對系統(tǒng)硬件的損害不可估量，嚴(yán)重時(shí)會直接燒壞系統(tǒng)硬件。
[0004]另外，對于大型水下裝備，當(dāng)其搭載的外圍設(shè)備較多時(shí)，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(gè)設(shè)備供電，但這種方法容易在設(shè)備間產(chǎn)生串?dāng)_，因?yàn)槟骋辉O(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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種在線監(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]本發(fā)明采用的技術(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(hù)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(hù)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(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，每個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源連接對應(yīng)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(hù)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(jì)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(hù)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(hù)、過流保護(hù)和電源緩啟動(dòng)保護(hù)，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(jī)，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(jī)的ADC端口，采樣單片機(jī)經(jīng)過計(jì)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]另一方面，一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的方法，包括以下步驟:
[0013]輸出電壓信號；
[0014]對電壓信號進(jìn)行濾波和防倒流；
[0015]對電壓信號進(jìn)行高低壓保護(hù)、過流保護(hù)、電源緩啟動(dòng)保護(hù)；
[0016]檢測電壓信號并計(jì)算轉(zhuǎn)換成剩余電量值；
[0017]根據(jù)剩余電量值的大小發(fā)出控制指令；當(dāng)剩余電量值大于或等于閾值時(shí)，開啟對應(yīng)的DC/DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源，外圍設(shè)備正常工作；當(dāng)剩余電量值小于閾值時(shí)，關(guān)閉對應(yīng)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。
[0018]采用本發(fā)明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(shí)時(shí)檢測電源電量，通過對電源的使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測與記錄，提高水下設(shè)備電源使用的安全性。
[0019]進(jìn)一步，該系統(tǒng)引入濾波防倒流模塊和保護(hù)模塊兩種保護(hù)，第一級保護(hù)為防倒流濾波電路，通過第一級保護(hù)后，浪涌電流和瞬時(shí)高壓得到了一定的抑制，第二級保護(hù)模塊提供過流、高壓、低壓保護(hù)和緩啟動(dòng)功能，確保輸入到后續(xù)電路的直流電源是絕對安全。
[0020]進(jìn)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(dú)立供電，每一路DC/DC轉(zhuǎn)換器對應(yīng)于一個(gè)外圍設(shè)備，設(shè)備之間互相隔離，減少串?dāng)_。
【附圖說明】
[0021]圖1為實(shí)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；
[0022]圖2為實(shí)施例1的保護(hù)模塊3的電路圖；
[0023]圖3為實(shí)施例1的電量檢測模塊4的電路圖；
[0024]圖4為實(shí)施例1的DC/DC轉(zhuǎn)換器陣列5的電路圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的一種在線監(jiān)測和管理水下設(shè)備電源電量的系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]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(hù)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(hù)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。
[0029]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(shí)高壓進(jìn)行一定的抑制，無論是高頻噪聲還是瞬時(shí)高壓均屬于高頻信號，其頻率成分多為10MHZ以上，同時(shí)為了保證系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，選取L值為1uH，C值為I OOuF，其諧振頻率為5KHZ左右，大于這個(gè)頻率的信號可以得到一定的抑制。
[0030]請參考圖2，保護(hù)模塊3由LM5069控制芯片和外圍電路組成，當(dāng)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(hù)，TVS管Dl為瞬態(tài)抑制二極管，當(dāng)發(fā)生過壓時(shí)，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(hù)電子線路的元器件，本發(fā)明選用的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(hù)、過流保護(hù)、電源緩啟動(dòng)功能，電源電壓經(jīng)過保護(hù)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(shí)高壓和浪涌電流對設(shè)備的影響。其中C2為緩啟動(dòng)時(shí)間調(diào)節(jié)電容，通過改變C2的容值設(shè)定保護(hù)模塊緩啟動(dòng)時(shí)間，Rl、R2、R3組成的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)用于設(shè)定高壓保護(hù)值和低壓保護(hù)值，R4為過流檢測電阻，Ql為控制開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)工作正常時(shí)，Ql打開，當(dāng)出現(xiàn)過壓、低壓和過流等異常情況時(shí)，Ql關(guān)閉，在電壓和電流恢復(fù)正常后，經(jīng)過一定延時(shí)，Ql重新打開。
[0031 ]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(jī)組成，具體實(shí)施時(shí)，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