阅读说明：本技术 适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件及其控制方法 (Pulse control switch assembly suitable for underwater unmanned underwater vehicle and control method thereof ) 是由 周继昆 张�荣 王珏 黄海莹 张志旭 张平 苏秀红 甄文强 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件及其控制方法,开关组件包括固态继电器Ⅰ、固态继电器Ⅱ、固态继电器Ⅲ、光耦、DC/DC、CPLD；开关组件的控制方法,包括上电方法和断电方法；本申请通过脉冲发射装置发出相应的脉冲控制信号即可完成开关组件的导通与关断,从而实现舱内用电设备的上电与断电；开关组件采用固态继电器和光耦可以将开关组件控制端与内部功率电路隔离,在控制端入水后不会造成内部电路短路；设计了脉冲上电和断电的控制策略,通过CPLD对外部脉冲宽带进行判断,识别有效控制信号,提高开关组件的可靠性。(The invention discloses a pulse control switch component suitable for an underwater unmanned underwater vehicle and a control method thereof, wherein the switch component comprises a solid-state relay I, a solid-state relay II, a solid-state relay III, an optical coupler, a DC/DC and a CPLD; the control method of the switch assembly comprises a power-on method and a power-off method; according to the power-on and power-off control method and device, the pulse transmitting device sends out the corresponding pulse control signal to complete the on and off of the switch assembly, so that the power-on and power-off of the electric equipment in the cabin are achieved; the switch assembly adopts a solid relay and an optocoupler to isolate the control end of the switch assembly from an internal power circuit, and the internal circuit cannot be short-circuited after the control end enters water; a control strategy of pulse power-on and power-off is designed, an external pulse broadband is judged through the CPLD, effective control signals are identified, and the reliability of the switch assembly is improved.)

适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件及其控制方法

技术领域

本发明属于电气控制技术与嵌入式技术领域，具体涉及一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件及其控制方法。

背景技术

水下无人潜航器主要用于水下试验、测绘、环境监测等任务，潜航器入水前，可通过地面测发控装置向潜航器中的控制器装订参数，入水后，潜航器按照装订的参数展开工作，工作完成后上浮到水面。潜航器通常会搭载多种仪器设备(如：摄像机，声纳、数据采集系统等)，实现相关数据的采集。潜航器控制器和搭载的仪器都由潜航器内部的锂电池供电。

为了最大限度的提高锂电池的续航能力，在潜航器不工作时，控制器和其它仪器都处于断电状态，仅在准备入水工作之前装订参数时才能对控制器进行上电，潜航器完成任务上浮后还需要对其进行断电。由于水下潜航器是一个密闭的空间，锂电池和用电设备都置于密闭空间中，不能直接上电和断电，需采用间接控制的方式进行上电和断电。

因此急需研发出一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件及其控制方法来解决以上问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件及其控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件，包括：

固态继电器Ⅰ；

固态继电器Ⅱ；

固态继电器Ⅲ；电池分别与固态继电器Ⅰ的第一端、固态继电器Ⅱ的第一端、固态继电器Ⅲ的第一端电性连接；固态继电器Ⅱ的第二端和固态继电器Ⅲ的第二端均与舱内用电设备电性连接；

光耦；脉冲发射装置分别与光耦的第一顿和固态继电器Ⅰ的第二端电性连接；脉冲发射装置用于发送上电脉冲至固态继电器Ⅰ，发送断电脉冲至光耦；

DC/DC；光耦的第二端与DC/DC的第一端电性连接；固态继电器Ⅰ的第三端与DC/DC的第二端电性连接；DC/DC的第三端与CPLD的第二端电性连接；

用于对外部脉冲宽带进行判断，识别有效控制信号的CPLD；光耦第第三端与CPLD的第一端电性连接；固态继电器Ⅱ的第三端与CPLD的第三端电性连接；固态继电器Ⅲ的第三端与CPLD的第四端电性连接。

一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件的控制方法，包括上电方法和断电方法；

其中，上电方法包括以下步骤：

S1、脉冲发射装置发送上电脉冲至固态继电器Ⅰ，上电脉冲信号将固态继电器Ⅰ导通；其中，上电脉冲信号为具备第一电压、第一脉冲宽度的高电平脉冲信号，第一脉冲宽度大于固态继电器Ⅰ的设定脉冲宽度；

S2、锂电池输出加载到DC/DC模块，经DC/DC模块变换为第二电压，为CPLD供电；其中第二电压小于第一电压，第二电压为CPLD的工作电压；

S3、CPLD上电后启动内部的计时程序开始计时，当CPLD计时时间超过固态继电器Ⅰ的设定脉冲宽度后，则外部上电脉冲为有效信号；

S4、CPLD控制固态继电器Ⅱ和固态继电器Ⅲ导通；

S5、撤出脉冲发射装置的上电脉冲，固态继电器Ⅰ断开；固态继电器Ⅱ为CPLD提供供电通路，电池通过固态继电器Ⅱ为CPLD供电，电池通过固态继电器Ⅲ为舱内用电设备供电；

其中，断电方法包括以下步骤：

D1、脉冲发射装置发送断电脉冲至光耦，断电脉冲将光耦导通；其中，断电脉冲为具备第二脉冲宽度的高电平脉冲信号，断电脉冲宽度为大于光耦的设定脉冲宽度；

D2、光耦输出信号由高电平跳变至低电平，CPLD检测到跳变时开始计时，当CPLD检测到光耦输出具备第二脉冲宽度的低电平信号后，则外部断电信号有效，关断固态继电器Ⅱ和固态继电器Ⅲ，完成断电操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本申请通过脉冲发射装置发出相应的脉冲控制信号即可完成开关组件的导通与关断，从而实现舱内用电设备的上电与断电；开关组件采用固态继电器和光耦可以将开关组件控制端与内部功率电路隔离，在控制端入水后不会造成内部电路短路；设计了脉冲上电和断电的控制策略，通过CPLD对外部脉冲宽带进行判断，识别有效控制信号，提高开关组件的可靠性。

附图说明

图1本申请中开关组件的使用环境示意图；

图2本申请中开关组件的内部电路结构图；

图3本申请中的上电控制策略流程图；

图4申请中的断电控制策略流程图；

图中：1.脉冲发射装置，2.拖插，3.电池，4.开关组件，41.固态继电器Ⅰ，42.固态继电器Ⅱ，43.固态继电器Ⅲ，44.光耦，45.DC/DC，46.CPLD，5.舱内用电设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供以下技术方案：

如图1、2所示，一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件，包括：

固态继电器Ⅰ41；

固态继电器Ⅱ42；

固态继电器Ⅲ43；电池3分别与固态继电器Ⅰ41的第一端、固态继电器Ⅱ42的第一端、固态继电器Ⅲ43的第一端电性连接；固态继电器Ⅱ42的第二端和固态继电器Ⅲ43的第二端均与舱内用电设备5电性连接；

光耦44；脉冲发射装置1分别与光耦44的第一顿和固态继电器Ⅰ41的第二端电性连接；脉冲发射装置1用于发送上电脉冲至固态继电器Ⅰ41，发送断电脉冲至光耦44；

DC/DC45；光耦44的第二端与DC/DC45的第一端电性连接；固态继电器Ⅰ41的第三端与DC/DC45的第二端电性连接；DC/DC45的第三端与CPLD46的第二端电性连接；

用于对外部脉冲宽带进行判断，识别有效控制信号的CPLD46；光耦44第第三端与CPLD46的第一端电性连接；固态继电器Ⅱ42的第三端与CPLD46的第三端电性连接；固态继电器Ⅲ43的第三端与CPLD46的第四端电性连接。

本实施例中，电池3一般选择为锂电池3。

本实施例中，开关组件4与锂电池3、舱内用电设备5置于封闭的潜航器中，潜航器的控制端通过拖插2引出固定到潜航器外壳上，脉冲发射装置1通过地面电缆与拖插2连接，然后向开关组件4发出相应的脉冲控制信号即可完成开关组件4的导通与关断，从而实现舱内用电设备5的上电与断电。

一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件的控制方法，包括上电方法和断电方法；

其中，上电方法包括以下步骤：

S1、脉冲发射装置1发送上电脉冲至固态继电器Ⅰ41，上电脉冲信号将固态继电器Ⅰ41导通；其中，上电脉冲信号为具备第一电压、第一脉冲宽度的高电平脉冲信号，第一脉冲宽度大于固态继电器Ⅰ41的设定脉冲宽度；

S2、锂电池3输出加载到DC/DC45模块，经DC/DC45模块变换为第二电压，为CPLD46供电；其中第二电压小于第一电压，第二电压为CPLD46的工作电压；

S3、CPLD46上电后启动内部的计时程序开始计时，当CPLD46计时时间超过固态继电器Ⅰ41的设定脉冲宽度后，则外部上电脉冲为有效信号；

S4、CPLD46控制固态继电器Ⅱ42和固态继电器Ⅲ43导通；

S5、撤出脉冲发射装置1的上电脉冲，固态继电器Ⅰ41断开；固态继电器Ⅱ42为CPLD46提供供电通路，电池3通过固态继电器Ⅱ42为CPLD46供电，电池3通过固态继电器Ⅲ43为舱内用电设备5供电；

其中，断电方法包括以下步骤：

D1、脉冲发射装置1发送断电脉冲至光耦44，断电脉冲将光耦44导通；其中，断电脉冲为具备第二脉冲宽度的高电平脉冲信号，断电脉冲宽度为大于光耦44的设定脉冲宽度；

D2、光耦44输出信号由高电平跳变至低电平，CPLD46检测到跳变时开始计时，当CPLD46检测到光耦44输出具备第二脉冲宽度的低电平信号后，则外部断电信号有效，关断固态继电器Ⅱ42和固态继电器Ⅲ43，完成断电操作。

如图3、4所示，示出了一种适用于水下无人潜航器的脉冲控制开关组件4的控制方法的实施例；开关组件4上电流程如图3所示：脉冲发射装置1向开关组件4发送上电脉冲，上电脉冲信号为5V高电平脉冲信号，脉冲宽度为大于500ms，上电脉冲信号将固态继电器Ⅰ41导通，锂电池3输出加载到DC/DC45模块，经DC/DC45模块变换为3.3V，为CPLD46供电，CPLD46上电后启动内部的计时程序开始计时，当CPLD46计时时间超过500ms后，表示外部上电脉冲为有效信号，控制固态继电器Ⅱ42和固态继电器Ⅲ43导通，这时，外部的上电脉冲已经撤出，固态继电器Ⅰ41断开，由固态继电器Ⅱ42为CPLD46提供供电通路，锂电池3通过固态继电器Ⅲ43为后端用电设备提共电源，完成舱内用电设备5上电操作。

水下潜航器完成工作，上浮回收后，需要及时对其内部用电设备断电，脉冲控制开关组件4的断电流程图如图4所示：首先通过拖插2将地面脉冲发射装置1与水下潜航器连接，脉冲发射装置1向开关组件4发送断电脉冲，断电脉冲为高电平脉冲信号，脉冲宽度为大于500ms，断电脉冲将组件内的光耦44导通，光耦44输出由高电平跳变至低电平，CPLD46检测到跳变时开始计时，当CPLD46检测到光耦44输出500ms的低电平后，认为外部断电信号有效，立刻关断固态继电器Ⅱ42和固态继电器Ⅲ43，完成断电操作。

本申请中，脉冲上电和断电的控制策略具有较强的抗烦扰能力，通过CPLD46对外部脉冲时间进行计时，脉冲宽度超过一定的宽带才判定有效，否则不执行任何动作。

本申请也适用于其它密闭空间中用电设备的上电与断电。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。