CN103777536B - 一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路及控制方法，该电路包括开关单元，所述开关单元的输入端与电源相连接，输出端与稳压变换电路的输入端相连接，稳压变换电路的输出端与微控制器及设备其它用电单元相连接；该开关单元由相互并联的重力开关和电子开关组成，微控制器通过检测电路检测重力开关的通断、通过驱动电路控制电子开关的通断。本发明所公开的控制电路及控制方法，实现设备上下正置时通电，上下倒置超过一定时间时断电，不但可以方便的实现设备的通断电，而且不会因为增加额外的接口而破坏设备外壳的密封性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋探测领域，具体的说涉及该领域的一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路及控制方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，海洋变得越来越重要，要开发利用海洋，首先要了解海洋，需要对海洋进行各种探测。一部分探测设备本身就需要漂浮在海面上工作，例如各种小型监测浮标、指示浮标；另外，布放在海底或海水不同深度的探测设备，也往往需要在其漂浮到海面上时再利用与之连接的信标等装置辅助回收。无论是浮标还是信标，其内部能源多为蓄电池。
由于海面波浪起伏不定，上述的海面漂浮设备在工作过程中不可避免的存在晃动；而在运输和存储的过程中，并不需要海面漂浮设备工作，最好能断掉设备的电源，以节省电能。但海面漂浮设备为满足防水要求均为密封结构，无法像陆上设备一样通过直接插拔电缆或拨动开关等方式实现设备的上下电。
因此，如何能够做到既保证海面漂浮设备不受波浪晃动的影响稳定上电，又可以实现在需要的时候方便断电，是设备设计者必须要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路及控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路，该电路包括开关单元，所述开关单元的输入端与电源相连接，输出端与稳压变换电路的输入端相连接，稳压变换电路的输出端与微控制器及设备其它用电单元相连接；该开关单元由相互并联的重力开关和电子开关组成，微控制器通过检测电路检测重力开关的通断、通过驱动电路控制电子开关的通断。
在一个优选的实施例中，所述的重力开关为水银开关，并且在设备上下正置时导通、上下倒置时断开。
在一个优选的实施例中，所述的重力开关为内含空腔的机械开关，在机械开关的一侧空腔底部设置金属片，空腔内放入金属球；在设备上下正置时金属球与金属片相接触，重力开关导通、在设备上下倒置时金属球与金属片不相接触，重力开关断开。
在一个优选的实施例中，所述重力开关的输出端与稳压变换电路的输入端之间还正向连接有二极管。
在一个优选的实施例中，所述的检测电路为电阻分压电路、稳压电路或者专用集成电路。
在一个优选的实施例中，所述的驱动电路为晶体三极管电路、场效应管电路或者是集成于微控制器上的上述电路。
在一个优选的实施例中，所述的微控制器为内含计时单元的单片机、FPGA或者DSP；微控制器通过AD采样端获得检测电路的高低电平信号、通过I/O端口向驱动电路输出高低电平信号。
在一个优选的实施例中，所述的电子开关为场效应管。
一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制方法，使用上述的控制电路，包括如下控制逻辑：
（1）在设备上下倒置超过一定时间时，重力开关和电子开关均断开，此时设备电源断开；
（2）在设备上下正置时，重力开关导通，此时设备电源接通，微控制器上电并通过驱动电路控制电子开关导通，同时微控制器还通过检测电路检测重力开关的通断；
（3）如果微控制器通过检测电路检测到重力开关断开，则微控制器内部的计时单元开始计时，如果在一定时间内重力开关重新导通，则清空计时单元，此时电子开关一直保持导通，设备仍然稳定上电；如果在一定时间内重力开关没有重新导通，则微控制器通过驱动电路控制电子开关断开，此时设备电源断开。
在一个优选的实施例中，所述的一定时间为20秒；微控制器通过I/O端口向驱动电路输出高电平时电子开关导通、输出低电平时电子开关断开；微控制器通过AD采样端从检测电路获得高电平时表明重力开关导通、电压为0时表明重力开关断开。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的控制电路及控制方法，实现设备上下正置时通电，上下倒置超过一定时间时断电，不但可以方便的实现设备的通断电，而且不会因为增加额外的接口而破坏设备外壳的密封性。
重力开关与电子开关相并联，在重力开关导通时微控制器控制电子开关导通，如果重力开关断开后在一定时间内重新导通，在这种情况下电子开关始终保持导通状态，使设备电源持续接通，实现了控制电路的上电自锁，有效避免了因波浪摇晃颠簸使重力开关频繁断开而导致断电的情况，保证了设备的稳定工作。
本发明所公开的控制电路简单可靠，能够非常方便的添加到海面漂浮设备中，使用成本低，适合在各类中小型海洋探测设备中使用。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开的控制电路的方框图；
图2是本发明实施例2所公开的控制电路的电路原理图；
图3是本发明实施例2所公开的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路，该电路包括开关单元1，所述开关单元的输入端与电源相连接，输出端与稳压变换电路2的输入端相连接，稳压变换电路的输出端与微控制器3及设备其它用电单元相连接；该开关单元由相互并联的重力开关11和电子开关12组成，微控制器通过检测电路4检测重力开关的通断、通过驱动电路5控制电子开关的通断。
在本实施例中，所述的重力开关为内含空腔的机械开关，在机械开关的一侧空腔底部设置金属片，空腔内放入金属球；在设备上下正置时金属球与金属片相接触，重力开关导通、在设备上下倒置时金属球与金属片不相接触，重力开关断开。所谓的上下正置是指漂浮在海面上的设备，在自由状态下受重力及浮力的共同作用所形成的位置状态，也即重心在下的状态，而上下倒置则是重心在上的状态。
在本实施例中，所述的检测电路可以是电阻分压电路、稳压电路或者专用集成电路。
在本实施例中，所述的驱动电路可以是晶体三极管电路、场效应管电路或者是集成于微控制器上的上述电路。
在本实施例中，所述的微控制器可以是内含计时单元的单片机、FPGA或者DSP；微控制器通过AD采样端获得检测电路的高低电平信号、通过I/O端口向驱动电路输出高低电平信号。
实施例2，本实施例与实施例1的区别在于：所述的重力开关为水银开关，并且在设备上下正置时导通、上下倒置时断开；所述重力开关的输出端与稳压变换电路的输入端之间还正向连接有二极管；所述的电子开关为场效应管。
具体的说，本实施例所公开的控制电路的电路原理如图2所示，水银开关S与二极管D1相连接；检测电路由分压电阻R1、R2，电容C1组成；电子开关为图中的场效应管Q1；驱动电路由场效应管Q2，偏置电阻R3、R4、R5、R6，旁路电容C2、C4，去耦电容C3、C5，二极管D2组成。
上述各器件的相互作用关系为：水银开关S与D1串联于电源和稳压变换电路之间，当水银开关S导通时设备上电，D1的作用是防止负载端电流回流；R1、R2串联，一端接在水银开关S后端，一端接地，从R1、R2中间引线接到微控制器AD采样端，R1、R2目的是分压，防止电源电压过大烧坏AD采样端，C1并联在R2两端，目的是去耦，使采样得到的电压稳定；若R1和R2阻值选择合适，使其中间引线电压位于逻辑电平的范围内，也可以直接使用逻辑信号的检测方法。Q1的源极和漏极并联于水银开关S两端，目的是导通后为电源提供通路，使其不受水银开关S通断的影响，R3、R4为Q1正常工作提供偏置，C3、C5为负载端提供去耦，使电源输出稳定。Q2栅极经过R5与微控制器I/O端口相连，通过I/O端口输出的高低电平控制Q2的通断，R5、R6为Q2正常工作提供偏置，C4稳定Q2栅极-源极电压，保证其稳定导通，D2为Q2关断时提供电流通路，快速稳定断电。
本实施例中，电源采用比较常见的7.4V锂电池，稳压变换电路采用LM2576-5和AMS1117-3.3等电源芯片，为微控制器和设备其它用电单元供电，微控制器可以采用市面上任何一种单片机或其他类似器件，本实施例中采用STM32F207。
如图3所示，本实施例所公开的控制电路的控制逻辑为：
（1）在设备上下倒置超过一定时间时，重力开关和电子开关均断开，此时设备电源断开；
（2）在设备上下正置时，重力开关导通，此时设备电源接通，微控制器上电并通过驱动电路控制电子开关导通，同时微控制器还通过检测电路检测重力开关的通断；
（3）如果微控制器通过检测电路检测到重力开关断开，则微控制器内部的计时单元开始计时，如果在一定时间内重力开关重新导通，则清空计时单元，此时电子开关一直保持导通，设备仍然稳定上电；如果在一定时间内重力开关没有重新导通，则微控制器通过驱动电路控制电子开关断开，此时设备电源断开。
所述的一定时间为20秒；微控制器通过I/O端口向驱动电路输出高电平时电子开关导通、输出低电平时电子开关断开；微控制器通过AD采样端从检测电路获得高电平时表明重力开关导通、电压为0时表明重力开关断开。
请参照图2，具体的说，漂浮在海面上的设备，在自由状态下恢复上下正置，水银开关S内的水银球由于重力落下导通两个金属片，水银开关S导通，设备电源接通，稳压变换电路工作，为设备各用电单元提供工作电压，微控制器上电，程序初始化，I/O端口输出高电平，同时启动AD采样端采样，进入主循环工作。由于I/O端口为高电平，Q2为N-MOS管，栅极-源极电压为+3.3V，大于开启电压，Q2源极-漏极导通，电源通过R3、R4、Q2和地形成回路，Q1为P-MOS管，R3两端的电压使Q1源极-漏极导通。Q1和水银开关S，二极管D1并联，由于二极管存在导通压降且Q1的导通电阻很小，所以上电后电流几乎通过Q1流过，这样水银开关S的通断对设备电源的通断没有影响。微控制器上电后AD采样端启动，监测水银开关S后端的电压，当S断开，电压为0，微控制器开始计时，若在20s内重新检测到电压，说明水银开关S受外界波浪等因素影响处于误关断状态，清空计时器，而电子开关Q1此时一直保持导通，设备仍然稳定上电；若超过20s电压一直为零，说明设备上下倒置，需要切断电源，此时微控制器的I/O端口输出低电平，Q2栅极-源极电压为0，Q2截止，R3端电压为0，Q1截止，这样两个通路都断开，电源和稳压变换电路之间的回路断开，设备电源断开。如果需要设备重新上电，把设备上下正置即可。
本实施例所公开的控制电路简单可靠，能够非常方便的添加到海面漂浮设备中，使用成本低，适合在各类中小型海洋探测设备中使用。
Claims (10)
1.一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制电路，其特征在于：该电路包括开关单元，所述开关单元的输入端与电源相连接，输出端与稳压变换电路的输入端相连接，稳压变换电路的输出端与微控制器及设备其它用电单元相连接；该开关单元由相互并联的重力开关和电子开关组成，微控制器通过检测电路检测重力开关的通断、通过驱动电路控制电子开关的通断，如果微控制器通过检测电路检测到重力开关断开，则微控制器内部的计时单元开始计时，如果在一定时间内重力开关重新导通，则清空计时单元，此时电子开关一直保持导通，设备仍然稳定上电；如果在一定时间内重力开关没有重新导通，则微控制器通过驱动电路控制电子开关断开，此时设备电源断开。
2.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述的重力开关为水银开关，并且在设备上下正置时导通、上下倒置时断开。
3.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述的重力开关为内含空腔的机械开关，在机械开关的一侧空腔底部设置金属片，空腔内放入金属球；在设备上下正置时金属球与金属片相接触，重力开关导通、在设备上下倒置时金属球与金属片不相接触，重力开关断开。
4.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述重力开关的输出端与稳压变换电路的输入端之间还正向连接有二极管。
5.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述的检测电路为电阻分压电路、稳压电路或者专用集成电路。
6.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述的驱动电路为晶体三极管电路、场效应管电路或者是集成于微控制器上的上述电路。
7.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述的微控制器为内含计时单元的单片机、FPGA或者DSP；微控制器通过AD采样端获得检测电路的高低电平信号、通过I/O端口向驱动电路输出高低电平信号。
8.根据权利要求1所述的电源稳定通断控制电路，其特征在于：所述的电子开关为场效应管。
9.一种用于海面漂浮设备中的电源稳定通断控制方法，使用上述权利要求1—8中任一项所述的控制电路，其特征在于，包括如下控制逻辑：
（1）在设备上下倒置超过一定时间时，重力开关和电子开关均断开，此时设备电源断开；
（2）在设备上下正置时，重力开关导通，此时设备电源接通，微控制器上电并通过驱动电路控制电子开关导通，同时微控制器还通过检测电路检测重力开关的通断；
（3）如果微控制器通过检测电路检测到重力开关断开，则微控制器内部的计时单元开始计时，如果在一定时间内重力开关重新导通，则清空计时单元，此时电子开关一直保持导通，设备仍然稳定上电；如果在一定时间内重力开关没有重新导通，则微控制器通过驱动电路控制电子开关断开，此时设备电源断开。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述的一定时间为20秒；微控制器通过I/O端口向驱动电路输出高电平时电子开关导通、输出低电平时电子开关断开；微控制器通过AD采样端从检测电路获得高电平时表明重力开关导通、电压为0时表明重力开关断开。
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