CN105529574B - 水下滑翔器低功耗电源管理装置及电源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下滑翔器低功耗电源管理装置及电源管理方法，所述装置包括三个处于水下滑翔器耐压舱外的水密接插件公头和位于水下滑翔器耐压仓内的水密接插件母头；所述水密接插件公头和水密接插件母头都分别包括三个引脚，当水密接插件公头插入水密接插件母头时，水密接插件公头的三个引脚与水密接插件的三个引脚一一对应连接；还包括多个双稳态继电器，并联在水密接插件母头的引脚上。本发明能够极大的减少水下滑翔器在进行电源管理时的功耗，通过一次瞬时上电即可完成总电源的打开，在水下滑翔器的长时间工作期间无需再耗电。

Description

水下滑翔器低功耗电源管理装置及电源管理方法

技术领域

本发明涉及水下滑翔器，具体涉及一种水下滑翔器用低功耗电源管理装置及电源管理方法。

背景技术

水下滑翔器是一种长续航，低功耗的自主水下机器人。水下滑翔器在水下依靠蓄电池进行工作，这就需要一套可靠的电源管理系统对各个部件进行供电的分配。目前对于机械式空气开关在开关时没有能耗的损耗，但是由于其体积较大并且不适合水下高压的环境所以并不适合到水下滑翔器中。相比于普通的继电器，需要对其进行打开时必须对其进行供电，这样对与水下滑翔器长时间工作来说是一个很大的损耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种水下滑翔器用低功耗电源管理装置及电源管理方法。

本发明的技术方案如下：

一种水下滑翔器低功耗电源管理装置，包括三个处于水下滑翔器耐压舱外的水密接插件公头和位于水下滑翔器耐压仓内的水密接插件母头；所述水密接插件公头和水密接插件母头分别都包括三个引脚，当水密接插件公头插入水密接插件母头时，水密接插件公头的三个引脚与水密接插件的三个引脚一一对应连接；

所述水密接插件公头包括电源开水密接插件、电源关水密接插件和水密接插件堵头；所述电源开水密接插件的第一引脚和第二引脚短接；所述电源关水密接插件的第二引脚和第三引脚短接；

还包括多个双稳态继电器；所述双稳态继电器包括三个输入端和两个输出端；若双稳态继电器的第一输入端得到低电平触发信号，则其第一输出端与第二输出端导通；若双稳态继电器的第三输入端得到低电平触发信号，则其第一输出端与第二输出端断开；双稳态继电器的第二输入端连接偏置电源；

多个双稳态继电器的第一输入端都与水密接插件母头的第一引脚连接，多个双稳态继电器的第三输入端都与水密接插件母头的第三引脚连接；水密接插件母头的第二引脚接地；双稳态继电器的第一输出端连接蓄电池的电源引脚，双稳态继电器的第二输出端连接电源分配端子。

其进一步的技术方案为：包括三个双稳态继电器，三个双稳态继电器的第一输出端分别连接蓄电池的24V电源引脚、12V电源引脚和5V电源引脚，三个双稳态继电器的第二输出端分别连接24V电源分配端子、12V电源分配端子和5V电源分配端子；所述双稳态继电器的第二输入端连接24V的偏置电源。

一种利用如上所述的水下滑翔器低功耗电源管理装置实现的电源管理方法，包括开启电源和关闭电源的方法；

所述开启电源的方法包括下述流程：

(1a)、将电源开水密接插件插入水密接插件母头，电源开水密接插件的三个引脚分别与水密接插件母头的三个引脚一一对应连接，则水密插接件母头的第一引脚和第二引脚短接；

(1b)、双稳态继电器的第一输入端与接地端短接，则双稳态继电器的第一输入端得到低电平触发信号，双稳态继电器的第一输出端与第二输出端导通；

(1c)、蓄电池电源引脚与电源分配端子连接，电源分配端子输出电压；

(1d)、将电源开水密接插件拔出水密接插件母头，将水密接插件堵头插入水密接插件母头；双稳态继电器的第一输出端与第二输出端保持导通，电源分配端子保持输出相应的电压的状态，水下滑翔器保持上电状态；

所述关闭电源的方法包括下述流程：

(2a)、将电源关水密接插件插入水密接插件母头；电源关水密接插件的三个引脚分别与水密接插件母头的三个引脚一一对应连接，则水密插接件母头的第二引脚和第三引脚短接；

(2b)、双稳态继电器的第三输入端与接地端短接，双稳态继电器的第三输入端得到低电平触发信号，双稳态继电器的第一输出端与第二输出端断开；

(2c)、蓄电池电源引脚与电源分配端子断开，电源分配端子停止输出电压；

(2d)、将电源关水密接插件拔出水密接插件母头，将水密接插件堵头插入水密接插件母头；双稳态继电器的第一输出端与第二输出端保持断开，电源分配端子保持停止输出电压状态，水下滑翔器断电关闭。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明能够极大的减少水下滑翔器在进行电源管理时的功耗，通过一次瞬时上电即可完成总电源的打开，在水下滑翔器的长时间工作期间无需再耗电。

2、本发明能够减少开关部件的体积和重量，同时使之能够耐受1000米水深的压力，并且耐受海水的腐蚀。

3、本发明能够提高水下滑翔器控制系统对水下滑翔器部件的管理能力，同时减少在管理时所需要的功耗。

4、本发明采用水密接插件通过两个脚之间的短路连接作为电源的开关信号。使其能够应用到1000米水深。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是第一分电源管理模块的示意图。

图3是第二分电源管理模块的示意图。

图4是第三分电源管理模块的示意图。

具体实施方式

图1是本发明的示意图，如图1所示，本发明包括三个处于水下滑翔器耐压舱外10的水密接插件公头11～13和位于水下滑翔器耐压仓内20的水密接插件母头21。水密接插件公头11～13和水密接插件母头21都包括三个引脚，且水密接插件公头11～13和水密接插件母头21的互相匹配，当任何一个水密接插件公头插入水密接插件母头中时，水密接插件公头的三个引脚与水密接插件母头的三个引脚分别一一对应连接。

水密接插件公头11～13包括电源开水密接插件11、电源关水密接插件12和水密接插件堵头13，三个水密接插件公头可根据需要，取其一插入水密接插件母头21之中。

电源开水密接插件11的第一引脚11A和第二引脚11B短接。电源关水密接插件12的第二引脚12B和第三引脚12C短接。水密接插件堵头13的三个引脚不作处理，因为其无电源开关的功能，只做电源开关水密接插件拔除后的防水之用。三个水密接插件公头11～13都经过硫化处理使之防水耐压。

在本发明中，包括三个双稳态继电器22～24。双稳态继电器包括三个输入端和两个输出端。双稳态继电器的第一输入端得到低电平触发信号，则其第一输出端与第二输出端导通，双稳态继电器的第三输入端得到低电平触发信号，则其第一输出端与第二输出端断开，双稳态继电器的第二输入端连接偏置电压，在本发明中，双稳态继电器的第二输入端连接24V电压。

三个双稳态继电器的第一输入端22A、23A、24A都与水密接插件母头的第一引脚21A连接，三个双稳态继电器的第三输入端22C、23C、24C都与水密接插件母头的第三引脚21C连接，三个双稳态继电器的第二输入端22B、23B、24B都连接24V电压作为偏置电压。水密接插件母头21B的第二引脚21B接地。

三个双稳态继电器的第一输出端22D、23D、24D分别连接蓄电池的24V电源引脚、12V电源引脚、5V电源引脚，三个双稳态继电器的第二输出端22E、23E、24E分别连接电24V电源分配端子25、12V电源分配端子26、5V电源分配端子27。

本发明还公开了利用上述水下滑翔器低功耗电源管理装置实现的电源管理方法，即电源管理装置的工作原理，具体包括开启电源和关闭电源的方法。

开启电源的方法包括下述流程：

(1a)、将电源开水密接插件11插入水密接插件母头21，则电源开水密接插件的三个引脚11A、11B和11C分别与水密接插件母头的三个引脚21A、21B和21C一一对应连接，由于电源开水密接插件的第一引脚11A和第二引脚11B短接，则插入之后，使得水密插接件母头的第一引脚21A和第二引脚21B短接。又由于水密插接件母头的第二引脚21B接地，则相当于水密接插件母头的第一引脚21A接地。

(1b)、双稳态继电器的第一输入端与接地端短接，双稳态继电器的第一输入端得到低电平触发信号，双稳态继电器的第一输出端与第二输出端导通。

本发明包括三个双稳态继电器22～24。对于第一双稳态继电器22来说，第一双稳态继电器的第一输入端22A连接在水密接插件母头的第一引脚21A之上，即第一双稳态继电器22得到了低电平触发信号，第一双稳态继电器的第一输出端22D和第二输出端22E导通。

对于第二双稳态继电器23、第三双稳态继电器24，由于其第一输入端都连接在水密接插件母头的第一引脚21A之上，所以同理，其两个输出端也均分别导通。

(1c)、蓄电池电源引脚通过电源分配端子输出相应的电压。由于双稳态继电器的两个输出端分别连接电源引脚和电源分配端子，当两个输出端导通时，电源分配端子输出了蓄电池的电源引脚的电压。

在本发明中，三个双稳态继电器的第一输出端22D、23D、24D分别连接蓄电池的24V电源引脚、12V电源引脚、5V电源引脚，三个双稳态继电器的第二输出端22E、23E、24E分别连接电24V电源分配端子、12V电源分配端子、5V电源分配端子，则电源管理装置通过三个电源分配端子同时输出了24V电压、12V电压和5V电压，供水下滑翔器使用。

(1d)、将电源开水密接插件11拔出水密接插件母头21，将水密接插件堵头13插入水密接插件母头21。由于双稳态继电器本身的性质，三个双稳态继电器22～24的两个输出端都各自保持导通，电源分配端子保持输出24V、12V、5V电压的状态，水下滑翔器保持上电状态。

关闭电源的方法包括下述流程：

(2a)、将电源关水密接插件12插入水密接插件母头21，电源关水密接插件的三个引脚12A、12B、12C分别与水密接插件母头的三个引脚21A、21B、21C一一对应连接，则水密插接件母头的第二引脚21B和第三引脚21C短接。

(2b)、三个双稳态继电器的第三输入端22A、23A、24A都与接地端短接，即三个双稳态继电器的第三输入端22A、23A、24A都得到低电平触发信号，三个双稳态继电器22～24各自的两个输出端均断开；

(2c)、蓄电池电源引脚与电源分配端子断开，电源分配端子停止输出电压；

(2d)、将电源关水密接插件12拔出水密接插件母头21，将水密接插件堵头13插入水密接插件母头21。则三个双稳态继电器22～24的两个输出端均保持断开，电源分配端子保持停止输出电压的状态，水下滑翔器断电关闭。

本发明增加流程(1d)和流程(2d)中保持导通或者保持断开的做法可防止三个双稳态继电器在收到低电平触发信号后还一直工作耗电，而且水密接插件堵头13的插入可保持水下滑翔器的耐压仓的密封性，不因为打开电源或者关闭电源的过程而影响整个电源管理装置的水下耐压性能。

图2是第一分电源管理模块的示意图。图3是第二分电源管理模块的示意图。图4是第三分电源管理模块的示意图。图2、图3、图4是连接在本发明上的各系统分电源管理模块，目前水下滑翔器各个分系统所消耗的电流值可以化分为＜1A档、＜1.5A档、＜10A档，各个分系统所需要的电压值在24V以下。固态继电器没有机械运动部件寿命长、功耗低。本发明中依据各个分系统所需要的电流值，分别选用不同型号的继电器。

在图2中，继电器P17的型号为JGW-3M，其最大输出电流为1.5A。继电器P17的第一端口连接5V电源分配端子，第四端口连接24V电源分配端子，第二端口为信号输入端，第三端口连接输出端子P21。第一分电源管理模块还包括三极管Q7，三极管Q7的基极通过电阻R17连接控制器的电平信号，集电极连接继电器P17的信号输入端，发射极接地。

在图3中，继电器P18的型号为JGC-14M，其最大输出电流2A。继电器P18的第二端口为信号输入端，第三端口连接5V电源分配端子，第四端口连接输出端子P22，第六端口接地。第二分电源管理模块还包括三极管Q8，三极管Q8的基极通过电阻R18连接控制器的电平信号，发射极接地，集电极连接继电器P18的信号输入端。

在图4中，继电器P24的型号为JGX-0614M，其最大输出电流15A。继电器P24的第二端口通过电阻R11连接5V电压，第三端口连接三极管Q8的集电极，三极管Q8的基极通过电阻R18连接输出端子P23的第一端口。继电器P24的的第六端口和第七端口连接输出端子P23的第三端口，继电器P24的第五端口和第八端口连接输出端子P23的第二端口。

图2～图4中的各个继电器的输入信号由水下滑翔器控制器提供，由于水下滑翔器控制器提供的3.3V TTL电平信号还不足以可靠的驱动继电器的开合，在本发明中通过三极管来提高驱动能力。当输入高电平控制信号时，三极管的发射极和集电极导通，继电器的输入端得到开启信号，输出端引脚导通，所对应的分系统设备得电。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水下滑翔器低功耗电源管理装置，其特征在于：包括三个处于水下滑翔器耐压舱外的水密接插件公头和位于水下滑翔器耐压仓内的水密接插件母头；所述水密接插件公头和水密接插件母头分别都包括三个引脚，当水密接插件公头插入水密接插件母头时，水密接插件公头的三个引脚与水密接插件母头的三个引脚一一对应连接；

所述水密接插件公头包括电源开水密接插件、电源关水密接插件和水密接插件堵头；所述电源开水密接插件的第一引脚和第二引脚短接；所述电源关水密接插件的第二引脚和第三引脚短接；

还包括多个双稳态继电器；所述双稳态继电器包括三个输入端和两个输出端；若双稳态继电器的第一输入端得到低电平触发信号，则其第一输出端与第二输出端导通；若双稳态继电器的第三输入端得到低电平触发信号，则其第一输出端与第二输出端断开；双稳态继电器的第二输入端连接偏置电源；

多个双稳态继电器的第一输入端都与水密接插件母头的第一引脚连接，多个双稳态继电器的第三输入端都与水密接插件母头的第三引脚连接；水密接插件母头的第二引脚接地；双稳态继电器的第一输出端连接蓄电池的电源引脚，双稳态继电器的第二输出端连接电源分配端子。

2.如权利要求1所述的水下滑翔器低功耗电源管理装置，其特征在于：包括三个双稳态继电器，三个双稳态继电器的第一输出端分别连接蓄电池的24V电源引脚、12V电源引脚和5V电源引脚，三个双稳态继电器的第二输出端分别连接24V电源分配端子、12V电源分配端子和5V电源分配端子；所述双稳态继电器的第二输入端连接24V的偏置电源。

3.一种利用如权利要求1所述的水下滑翔器低功耗电源管理装置实现的电源管理方法，其特征在于：包括开启电源和关闭电源的方法；

所述开启电源的方法包括下述流程：

(1a)、将电源开水密接插件插入水密接插件母头，电源开水密接插件的三个引脚分别与水密接插件母头的三个引脚一一对应连接，则水密插接件母头的第一引脚和第二引脚短接；

(1b)、双稳态继电器的第一输入端与接地端短接，则双稳态继电器的第一输入端得到低电平触发信号，双稳态继电器的第一输出端与第二输出端导通；

(1c)、蓄电池电源引脚与电源分配端子连接，电源分配端子输出电压；

(1d)、将电源开水密接插件拔出水密接插件母头，将水密接插件堵头插入水密接插件母头；双稳态继电器的第一输出端与第二输出端保持导通，电源分配端子保持输出相应的电压的状态，水下滑翔器保持上电状态；

所述关闭电源的方法包括下述流程：

(2a)、将电源关水密接插件插入水密接插件母头；电源关水密接插件的三个引脚分别与水密接插件母头的三个引脚一一对应连接，则水密插接件母头的第二引脚和第三引脚短接；

(2b)、双稳态继电器的第三输入端与接地端短接，双稳态继电器的第三输入端得到低电平触发信号，双稳态继电器的第一输出端与第二输出端断开；

(2c)、蓄电池电源引脚与电源分配端子断开，电源分配端子停止输出电压；

(2d)、将电源关水密接插件拔出水密接插件母头，将水密接插件堵头插入水密接插件母头；双稳态继电器的第一输出端与第二输出端保持断开，电源分配端子保持停止输出电压状态，水下滑翔器断电关闭。