CN104713688A - 水下仪器舱水密性检测装置及水密性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下仪器舱水密性检测装置及水密性检测方法。水下仪器舱水密性检测装置，包括电压转换与稳压电路模块、AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、MCU复位电路模块、MCU仿真与程序下载端口模块、照度传感器、温湿度传感器；AVRMega16L MCU分别与RS232串口通信模块、照度传感器、温湿度传感器、MCU仿真与程序下载端口模块和MCU复位电路模块连接；电压转换与稳压电路模块分别连接到AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、照度传感器、温湿度传感器、MCU仿真与程序下载端口模块和MCU复位电路模块，为其提供工作电压。本发明结构简单、成本低廉、造价便宜、稳定可靠、调试方便，方便与其他数据采集模块的集成，可有效检测各类水下设备仪器舱的水密性。

Description

水下仪器舱水密性检测装置及水密性检测方法

技术领域

本发明涉及一种水下仪器舱水密性检测装置及水密性检测方法。

背景技术

水下仪器舱是为电子电路、电源等仪器单元提供安装空间的水密耐压设备，应用于海洋勘测开发、科学研究以及水下武器装备等海洋设备中。水密是所有水下仪器舱需要解决的关键技术，可靠的水密性能是水下设备正常工作的保障。现有的水密技术都是通过设计相对可靠的水密性机械结构保证水下仪器舱的水密性，然而由于机械结构设计的缺陷或者随着水压力的增加造成仪器舱耐压结构的变形，水下仪器舱不可避免存在泄露问题，等到泄露发现时往往会对舱内的电子元器件设备造成不可挽回的损失。为了实时监测仪器舱的水密性，发现泄露及时处理，本发明通过检测仪器舱内的温湿度和照度信息，通过对温湿度和照度信息的提取和判断实现对水密性的实时监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水下仪器舱水密性检测装置。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种水下仪器舱水密性检测方法。

对于水下仪器舱水密性检测装置，本发明采用的技术方案是：水下仪器舱水密性检测装置，包括电压转换与稳压电路模块、AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、MCU复位电路模块、MCU仿真与程序下载端口模块、电路板供电指示灯、照度传感器、温湿度传感器；

AVRMega16L MCU分别与RS232串口通信模块、照度传感器、温湿度传感器连接；

AVRMega16L MCU分别与MCU仿真与程序下载端口模块和MCU复位电路模块连接；

电压转换与稳压电路模块分别连接到AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、照度传感器、温湿度传感器、MCU仿真与程序下载端口模块和MCU复位电路模块，为其提供工作电压。

作为优选，MCU仿真与程序下载端口模块设有JTAG接口；电压转换与稳压电路模块与MCU仿真与程序下载端口模块的JTAG接口的VCC端口连接。

作为优选，电压转换与稳压电路模块采用LM7805芯片，将VCC+12V DC供电电压转化和稳压为+5V DC的VCC，提供稳定的工作电压和最大1A的输出电流。

作为优选，RS232串口通信模块采用MAX232ACPE，工作电压为+5VDC，其将MCU的RXD和TXD端口的TTL电平转换为RS232标准电平进行数据传输。

作为优选，温湿度传感器采用DHT11模块。

作为优选，照度传感器采用BH1750FVI，其通过检测仪器舱内的光照度来检测水下设备仪器舱的水密性。

作为优选，还包括电路板供电指示灯；电压转换与稳压电路模块与电路板供电指示灯连接。

作为优选，电路板供电指示灯由红色的发光二极管串联1个1K欧姆的电阻构成。

对于水下仪器舱水密性检测装置的水密性检测方法，本发明采用的技术方案是包括以下步骤：

(1)采用照度传感器并通过检测仪器舱内的光照度来检测水下设备仪器舱的水密性；采用温湿度传感器检测检测仪器舱内的温度和湿度；

(2)通过AVRMega16L MCU将获取的温度、湿度和照度信息按照定义的帧格式进行组帧处理，并通过串口进行数据发送。

本发明的有益效果是：

通过安装在水下仪器舱舱内的温湿度传感器和照度传感器采集仪器舱内的温湿度和照度信息并按照定义的数据通信格式进行数据打包，并通过串口通信模块进行输出。其可与其他带有RS232串口的数据采集模块相连，其他数据采集模块只需按设计的数据通信格式提取接收数据中对应的温湿度和照度值并进行水密性检测。其结构简单、成本低廉、造价便宜、稳定可靠、调试方便，方便与其他数据采集模块的集成，可有效检测各类水下设备仪器舱的水密性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的结构示意图。

图2是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的RS232串口通信模块示意图。

图3是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的DB9串口连接模块示意图。

图4是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的Mega16L-8AI单片机及外围元件示意图。

图5是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的VCC和AVCC通过10uH电感连接示意图。

图6是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的复位模块电路图。

图7是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的外部供电接口示意图。

图8是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的外部8MHz晶振连接示意图。

图9是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的JTAG模块示意图。

图10是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的工作指示灯电路图。

图11是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的电压转换与稳压电路图。

图12是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的照度传感器连接模块示意图。

图13是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的温湿度传感器连接模块示意图。

图14是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的MCU信号采集流程图。

图15是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的MCU检测温湿度信号流程图。

图16是本发明水下仪器舱水密性检测装置实施例的MCU检测照度信号流程图。

具体实施方式

图1是一种水下仪器舱水密性检测装置，由电压转换与稳压电路模块(在图1中简写为电源模块)、AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、MCU复位电路模块、MCU仿真与程序下载端口模块(在图1中仅画出其中的JTAG口)、电路板供电指示灯、照度传感器、温湿度传感器组成。

除了电压转换与稳压电路模块，其余模块电路均安装在同一块电路板上，并在电路板上设有电路板供电指示灯。

电压转换与稳压电路模块与电路板供电指示灯连接，能够显示电路板是否正常供电。

电压转换与稳压电路模块为LM7805，其将VCC+12V DC供电电压转化和稳压为+5V DC的VCC，为电路板上的电子元件提供稳定的工作电压和最大1A的输出电流。

AVRMega16L-8AI MCU供电电压为+5V DC，其采集照度传感器、温度和湿度复合传感器的输出信号，转化为对应的照度、温度和湿度值，进行组帧后经RS232串口输出采集的传感器值。

RS232串口通信模块采用MAX232ACPE，工作电压为+5VDC，其将MCU的RXD和TXD端口的TTL电平转换为RS232标准电平进行数据传输；MCU复位电路模块用于MCU的复位测试。

预留MCU仿真与程序下载端口模块采用JTAG端口，用于数据采集程序的下载和程序调试。

温湿度传感器采用DHT11模块，其有三个引脚，其数据口连接MCU的一个数字IO口，其他两个口分别连接+5V电源和GND地线，用于检测仪器舱内的温湿度。

照度传感器采用BH1750FVI，其通过检测仪器舱内的光照度来检测水下设备仪器舱的水密性。完全黑暗密闭情况下的照度为0勒克斯(lx)，如果有泄流则光照度大于零。该水密性检测模块造价便宜、稳定可靠、调试方便，可有效检测各类水下设备仪器舱的水密性。

在图2的RS232串口通信模块中，C1、C2、C3、C4和C5的电容值为0.1uF。TX1连接Mega16L-8AI单片机的第10引脚，RX1连接Mega16L-8AI单片机的第9引脚。第15引脚连接数字地GND，第6引脚通过0.1uF的电容连接数字地GND。第13引脚RI1与DB9串口连接模块的第3引脚连接，第13引脚TO1与DB9串口连接模块(图3)的第2引脚连接，第16引脚连接数字电源VCC，第2引脚VDD通过0.1uF电容连接数字电源VCC。

在图4中，Mega16L-8AI单片机的第1引脚连接照度传感器BH1750FVI的数字信号IO口，第1引脚连接度传感器BH1750FVI的模拟信号输出口，第41引脚连接温湿度传感器的数字信号输出口，第9、10引脚分别连接RS232模块的第12和第11引脚，第4引脚连接复位电路的Reset信号端，低电平有效。第7、8引角连接外部8MHz晶振，第6，18，39引脚连接数字地GND，第19，20，21，22，23，34引脚分别连接JTAG端口的SCL、SDA、TCK、TMS、TDO和TDI信号端。第5，17，38引脚连接数字电源VCC端，第27引脚连接模拟电源端口AVCC，VCC和AVCC通过10uH电感进行连接(图5)。第29引脚AREF通过100pF的电容连接与数字地GND。第29引脚与数字地GND连接。其他引脚悬空。

在图6所示的复位电路中，R5为10K欧姆的电阻，C13为电容值为0.1uF的电容，S1为四角按钮，R5的一端与VCC相连，另一端与Reset信号端相连。

在图7中，电源接口模块的第1引脚连接外部提供的12VDC电压，第2引脚连接数字地GND。

在图8中，8MHz晶振的第1、2引脚分别于Mega16L单片机的第7和第8引脚相连，并且通过22pF的电容与数字地相连。

在图9中，JTAG模块的第1，3，5，9引脚分别与单片机的21、23、22、24引脚相连；第4，6，10引脚分别与VCC、Reset、GND信号相连。

如图10所示，工作指示灯由一个1K欧姆的电阻串联一个红色的发光二极管组成，供电正常时二极管发红光。

在图11中，电压转换与稳压电路的核心芯片为LM7805，其将12VDC稳压输出为5V DC，其中C12为100uF，C14为1000uF，L2为100uH的电感，D1为5822二极管。

如图12所示的照度传感器连接模块，外部连接照度传感器BH1750FVI，I²C总线接口，其具有宽范围和高分解特性，检测范围为1～65535勒克斯。通过VCC为其供电，其第2、3引脚分别连接单片机第19和20引脚。

在图13中，温湿度传感器连接模块连接温湿度传感器DHT11，通过VCC为其供电，其第2引脚连接单片机第41引脚。

如图14所示，温湿度和照度信号检测流程为：

(1)AVRMega16L-8AI MCU上电后，首先进行内部寄存器初始化，设置寄存器的工作模式。单片机基准频率设置为外接8MHz晶振，对IO口和串口的工作状态进行设置，通过串口寄存器将串口通信频率设置为9600波特，将PC0和PC1口设置为I²C总线工作模式，将MCU的PB口设置为普通IO口工作模式，设置AREF参考电压为内部参考电压。

(2)MCU通过第41口向温湿度传感器发出检测温湿度信号，检测温湿度传感器的返回信息，获取返回信息后，提取温度和湿度信息；具体检测流程如图15所示。

MCU通过SCL和SDA端口向照度传感器发出检测照度信号，检测照度传感器的返回信息，获取返回信息后，提取照度信息；具体检测流程如图16所示。

(3)将获取的温度、湿度和照度信息进行组帧处理，帧的字段包括：帧头、序号、发送时间戳、湿度、温度、照度、CRC和帧尾。温度、湿度数值格式为**.**,照度传感器数值格式为*****，五位数，单位为勒克斯(lx)，前面不足补零处理，帧格式如下表所示：

帧的帧头和帧尾均由1个字节组成，序号占4个字节，发送时间戳为8个字节，温度信息占5个字节，湿度信息占5个字节，照度信息占5个字节，循环冗余占1个字节。

(4)将组装好的数据帧通过串口发送寄存器发送给RS232串口模块，等待100毫秒后，启动下一次检测。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：包括电压转换与稳压电路模块、AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、MCU复位电路模块、MCU仿真与程序下载端口模块、照度传感器、温湿度传感器；

所述AVRMega16L MCU分别与RS232串口通信模块、照度传感器、温湿度传感器、MCU仿真与程序下载端口模块和MCU复位电路模块连接；

所述电压转换与稳压电路模块分别连接到AVRMega16L MCU、RS232串口通信模块、照度传感器、温湿度传感器、MCU仿真与程序下载端口模块和MCU复位电路模块，为其提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：所述MCU仿真与程序下载端口模块设有JTAG接口；所述电压转换与稳压电路模块与MCU仿真与程序下载端口模块的JTAG接口的VCC端口连接。

3.根据权利要求1所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：所述电压转换与稳压电路模块采用LM7805芯片，将VCC+12V DC供电电压转化和稳压为+5V DC的VCC，提供稳定的工作电压和最大1A的输出电流。

4.根据权利要求1所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：所述RS232串口通信模块采用MAX232ACPE，工作电压为+5VDC，其将MCU的RXD和TXD端口的TTL电平转换为RS232标准电平进行数据传输。

5.根据权利要求1所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：所述温湿度传感器采用DHT11模块。

6.根据权利要求1所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：所述照度传感器采用BH1750FVI，其通过检测仪器舱内的光照度来检测水下设备仪器舱的水密性。

7.根据权利要求1所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：还包括电路板供电指示灯；所述电压转换与稳压电路模块与电路板供电指示灯连接。

8.根据权利要求7所述的水下仪器舱水密性检测装置，其特征在于：所述电路板供电指示灯由红色的发光二极管串联1个1K欧姆的电阻构成。

9.用于权利要求1所述水下仪器舱水密性检测装置的水密性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用照度传感器并通过检测仪器舱内的光照度来检测水下设备仪器舱的水密性；采用温湿度传感器检测检测仪器舱内的温度和湿度；

(2)通过AVRMega16L MCU将获取的温度、湿度和照度信息按照定义的帧格式进行组帧处理，并通过串口进行数据发送。