CN107741707A - 一种小型多接口水下观测接驳平台 - Google Patents

一种小型多接口水下观测接驳平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型多接口水下观测接驳平台，包括：包括多个并联的电源转换模块的电源转换单元，用于对输入复合缆提供的电压变换成对应需求电压，然后对通信转换中继单元、内部环境监控单元、接驳控制单元以及接入负载提供电压；通信转换中继单元，用于连接光电复合缆中的光纤或者普通复合缆中通信线，内部环境监控单元，用于采集密封腔体内的环境参数数据、每个电源转化模块的电压电流数据、每个接入负载的电压电流数据；包括多条并联的负载控制通路的接驳控制单元，用于通过每个负载控制通路单独对接入负载的供电和通信进行控制。该接驳平台体积小，易于布放；且采用独立控制器单独控制每一路负载，可降低各接入负载数据通路的耦合度。

Description

一种小型多接口水下观测接驳平台
技术领域
本发明涉及水下观测网络多仪器接口平台，尤其涉及一种小型多接口水下观测接驳平台。
背景技术
随着世界各国对海洋的研究，海底观测网正在不断发展。接驳平台是构成海底观测网的基本组成部分，目前已经有应用与深海观测网络的大功率、多级多接口的接驳平台，其大功率、高电压、大电流的特点一方面使得设备对外可提供高达数千瓦的功率，但同时内部功耗达到数百瓦；另一方面，大功率的设计使得设备尺寸达到直径近半米、长度超一米的程度，这对于水产养殖等普通民用、水质监测以及浮标供电系统而言，使用成本太高、安装不便以及携带和布放等操作困难。以上几点为限制其民用化的主要障碍。
发明内容
为解决现有海底观测网中接驳平台的体积大、重量重及能耗高的缺陷，本发明提出了一种小型、低功耗的多接口水下观测接驳平台。
本发明的技术方案为：
一种小型多接口水下观测接驳平台，包括：
包括多个并联的电源转换模块的电源转换单元，用于对输入复合缆提供的电压变换成对应需求电压，然后利用该需求电压对通信转换中继单元、内部环境监控单元、接驳控制单元以及接入负载提供对应所需电压；
通信转换中继单元，用于对上述复合缆与观测接驳平台之间的数据信号进行相应转化进而进行传输；
内部环境监控单元，用于采集密封腔体内的环境参数数据、每个电源转化模块的电压电流数据、每个接入负载的电压电流数据；
包括多条并联的负载控制通路的接驳控制单元，用于通过每个负载控制通路单独对接入负载的供电和通信进行控制。
本发明中，陆地控制中心通过复合缆对接驳平台提供电能和数据传递通路。多条并联负载控制通路实现各接入负载支路之间的供电电气隔离和数据通路隔离，能够更好实现各接入负载通断控制与故障隔离，降低各接入负载之间的控制与数据通路的耦合度。
作为优选，根据内外负载供电需求，电源转换单元采用对应的电源转换模块可以将复合缆提供的电压转换成负载所需求的供电电压。
作为优选，所述通信转换中继单元可以是用于连接光电复合缆的光电交换机或用于连接普通复合缆的普通二层交换机。其中，所述光电交换机光口通过光纤跳线熔接所述光电复合缆中的光纤，各以太网电口通过以太网线连接所述内部环境监控单元、接驳控制单元；所述普通二层交换机各电口通过以太网线与普通复合缆、内部环境监控单元、接驳控制单元相连。
作为优选，所述内部环境监控单元包括单片机数据采集板、多个与所述单片机数据采集板连接的电源转换模块电压电流采集电路以及连接所述单片机数据采集板的第一串口联网模块；所述第一串口联网模块通过以太网与通信转换中继单元连接，用于实现串口数据与以太网数据之间的交换。
作为优选，所述单片机数据采集板与温度传感器、湿度传感器、漏水检测环连接，采集密封腔体内的温度数据、湿度数据以及漏水数据。
作为优选，所述负载控制通路包括并联的负载供电电路和负载通信电路。
作为优选，所述负载供电电路包括控制接入负载供电通断的继电器，过流、短路保护电路。进一步地，所述过流、短路保护电路采用限流可编程的集成MOSFET实现。负载控制通路采用上述MOSFET和小型功率继电器串联共同控制，一方面利用MOSFET的us级响应弥补继电器ms级响应的缺点，另一方面利用继电器的机械通断实现完全电气隔离。
短路保护利用上述MOSFET对采样电流处理实现故障发生后的us级快速切断供电；过流保护利用上述MOSFET的采样电流转换为电压与基准电压进行比较，通过软件实现过流切断供电。过流故障发生后，经比较器比较输出高电平至第二嵌入式联网模块，经软件内部判断，拉低驱动电平，断开MOSFET和继电器；短路故障发生后，经上述MOSFET内部逻辑电路对采样电流处理，迅速拉低驱动电平，断开MOSFET，并锁定电平直至下次驱动电平到来。
作为优选，通过设置恰当的阈值，过流保护先于短路保护动作，实现MOSFET及时关断，软件锁定。
作为优选，所述负载通信电路包括依次连接的负载电压电流采集电路、第二串口联网模块，所述负载电压电流采集电路连接单片机数据采集板；所述第二串口联网模块通过以太网线与通信转换中继单元连接，且通过串口连接接入负载。
作为优选，所述负载电压电流采集电路采用线性光耦隔离方式，这样可以实现采样电路与被采集电路的电气隔离。
作为优选，所述第二串口联网模块对外提供232串口或485串口。
作为优选，所述电源转换单元还为温度传感器、湿度传感器、漏水检测环提供电能。
作为优选，本发明提供的接驳平台还包括：含有两个相对设置端盖的密封腔体；安装在一侧端盖上的输入复合缆入仓结构，安装在另一侧端盖上的若干输出水密接插件；以及安装在所述腔体内部的支撑架，所述电源转换单元、通信转换中继单元、内部环境监控单元以及接驳控制单元置于所述支撑架上。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
(1)本发明采用板载小型低功耗的单片机数据采集板、串口联网模块以及继电器，这大大降低了整个接驳平台体积与功耗，利用其体积小巧，简单可靠的特点节省体积，降低系统复杂度，提高可靠性。
(2)本发明采用包括多条并联的负载控制通路的接驳控制板连接接入负载，实现了各接入负载支路之间的供电电气隔离和数据隔离，能够更好实现各接入负载通断控制与故障隔离，降低各接入负载数据通路的耦合度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的接驳平台支撑架上部件之间的连接示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本实施例提供一种小型多接口水下观测接驳平台，包括：含有两个相对设置端盖的密封腔体；安装在一侧端盖上的输入复合缆入仓结构，安装在另一侧端盖上的若干输出水密接插件；以及安装在所述腔体内部的支撑架，支撑架上安装有电源转换单元、通信转换中继单元、内部环境监控单元以及接驳控制单元。
本实施例中，陆地控制中心通过复合缆对接驳平台和接入负载提供电能和数据传递通路。
图1所述是支撑架上电源转换单元、通信转换中继单元、内部环境监控单元以及接驳控制单元之间的连接示意图。
如图1所示，电源转换单元包含N个并联的电源转换模块，用于将复合缆提供的电压转换为接驳平台和负载需求对应的电压，其中电源转换模块的功率和输入输出电压等级由复合缆提供的电压以及负载所需电压和功率共同决定。
通信转换中继单元通过光纤或以太网线连接复合缆，并通过以太网线连接串口联网模块0、串口联网模块1、串口联网模块2、串口联网模块3以及串口联网模块4。
内部环境监控单元包括单片机数据采集板、N个与单片机数据采集板连接的电源转换模块电压电流采集电路以及连接单片机数据采集板的串口联网模块0。串口联网模块0通过以太网与通信转换中继单元连接，用于实现串口数据与以太网数据之间的交换。
单片机数据采集板与环境传感器组连接，环境传感器组包括温度传感器、湿度传感器、漏水检测环，采集密封腔体内的温度数据、湿度数据以及漏水数据。
接驳控制单元包括4条并联的负载控制通路。每条负载控制通路包括并联的负载供电电路与负载通信电路。以一条负载控制通路为例，负载供电电路包括继电器1和采用MOSFET1的过流、短路保护电路；负载通信电路包括负载电压电流采集电路和串口联网模块1，负载电压电流采集电路连接单片机数据采集板，串口联网模块1通过以太网与通信转换中继单元连接，且通过串口连接接入负载。
每条负载供电电路对外提供电源转换单元输出电压中任意一种供电电压。
负载控制通路采用小型功率MOSFET1和小型功率继电器1串联共同控制，一方面利用集成MOSFET1的us级响应弥补继电器1的ms级响应的缺点，另一方面利用继电器1的机械通断实现完全电气隔离。
短路保护利用集成MOSFET1对采样电流处理实现故障发生后的us级快速切断供电；过流保护利用集成MOSFET1的采样电流转换为电压与基准电压进行比较，通过软件实现过流切断供电。过流故障发生后，经比较器比较输出高电平至嵌入式串口联网模块，经软件内部判断，拉低驱动电平，断开MOSFET1和继电器1；短路故障发生后，经集成MOSFET1内部逻辑电路对采样电流处理，迅速拉低驱动电平，关断MOSFET1，并锁定电平直至下次驱动电平到来。
本实施例中还设置了恰当的阈值，过流保护先于短路保护动作，实现MOSFET即时关断，软件锁定。
本实施例中，负载电压电流采集电路采用线性光耦隔离方式，这样可以实现采样电路与被采样电路的电气隔离。
本实施例提供的接驳平台，体积小、功耗低，且各接入负载支路之间互不影响，能够更好实现各接入负载通断控制与故障隔离，降低各接入负载数据通路的耦合度。
以上所述具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，包括：
包括多个并联的电源转换模块的电源转换单元，用于对输入复合缆提供的电压变换成对应需求电压，然后利用该需求电压对通信转换中继单元、内部环境监控单元、接驳控制单元以及接入负载提供对应所需电压；
通信转换中继单元，用于对上述复合缆与观测接驳平台之间的数据信号进行相应转化进而进行传输；
内部环境监控单元，用于采集密封腔体内的环境参数数据、每个电源转化模块的电压电流数据、每个接入负载的电压电流数据；
包括多条并联的负载控制通路的接驳控制单元，用于通过每个负载控制通路单独对接入负载的供电和通信进行控制。
2.如权利要求1所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述复合缆为用于远距离输电及传输信号的光电复合缆或复合供电与通信的普通电缆。
3.如权利要求1所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述通信转换中继单元为用于连接光电复合缆的光电交换机，或为连接普通电缆的普通二层交换机，其中，所述光电交换机光口通过光纤跳线熔接所述光电复合缆中的光纤，各以太网电口通过以太网线连接所述内部环境监控单元、接驳控制单元；所述普通二层交换机各电口通过以太网线分别与所述普通电缆、内部环境检测单元、接驳控制单元相连。
4.如权利要求3所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述内部环境监控单元包括单片机数据采集板、多个与所述单片机数据采集板连接的电源转换模块电压电流采集电路以及连接所述单片机数据采集板的第一串口联网模块；所述第一串口联网模块通过以太网线与所述通信转换中继单元连接，用于实现串口数据与以太网数据之间的转换。
5.如权利要求1所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述负载控制通路包括并联的负载供电电路和负载通信电路。
6.如权利要求5所述的小型的多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述负载供电电路包括控制接入负载供电通断的继电器，过流、短路保护电路。
7.如权利要求6所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述过流、短路保护电路采用限流可编程的集成MOSFET实现。
8.如权利要求5所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述负载通信电路包括依次连接的负载电压电流采集电路、第二串口联网模块，所述负载电压电流采集电路连接至单片机数据采集板；所述第二串口联网模块通过以太网线与所述通信转换中继单元连接，且通过串口连接接入负载。
9.如权利要求5所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述负载电压电流采集电路采用线性光耦隔离方式。
10.如权利要求1所述的小型多接口水下观测接驳平台，其特征在于，所述接驳平台还包括：含有两个相对设置端盖的密封腔体；安装在一侧端盖上的输入复合缆入仓结构，安装在另一侧端盖上的若干输出水密接插件；以及安装在所述腔体内部的支撑架，所述电源转换单元、通信转换中继单元、内部环境监控单元以及接驳控制单元置于所述支撑架上。
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