CN109059872A - 自主式水下低功耗复合定深电路模块及定深方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主式水下低功耗复合定深电路模块及定深方法，包括压力探测电路、主控电路与计时电路一体电路、深度选择电路、深度信号输出电路；压力探测电路向压力传感器芯片发出起始信号后，芯片开启待机模式，待机功率微瓦级；当主控芯片自主的情况下选择压力定深方式时，芯片IC2进入低功耗工作模式，低功耗功率毫瓦级。本发明可以在研究海洋资源的过程中对特定深度范围内的海洋资源长时间探测，效率高、成本低、设备体积小，便于操作。

Description

自主式水下低功耗复合定深电路模块及定深方法

技术领域

本发明涉及海洋定深领域的一种定深电路模块，具体涉及一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深电路模块。

背景技术

在开发并研究海洋资源的过程中常常需要对特定深度范围内的海洋资源进行实时人工探测或仪器探测，为了满足这一要求，需要相应的定深设备进行辅助工作。现阶段海洋探测产品种类较少，常用的定深设备有大型专用定深设备、小型通用定位设备、小型专用定深设备等。大型专用设备不利于工作人员的机动性探测，成本高，效率低，精度有限，例如探深杆技术领域的测深装置需外接测深锤、集线器、滑轮等零部件，模块化程度低，多依赖人工操作；小型通用定深设备方便探测人员携带，但成本高，功能不匹配，例如手持式测深仪，将探头置于水中时不能实时定位到指定深度，仅能探测得水面至水底深度；小型专用定深设备成本高，功能单一，且功耗较大，例如液位变送器，利用压力探测方式实时测量水下压力数值，再转换为深度，但由于内置压力传感器功耗较大，工作效率不高。

为了解决以上设备高成本、低精度、灵活性差、功能单一、效率不高、依赖人工操作等缺点，同时满足实时探测水下深度的要求，设计了一种基于时间/压力的动态自主式水下低功耗复合定深电路。其主要的优点有：成本低廉，专用型强，精度高，根据需要可与其它模块连接使用，灵活性高；可实现多点实时定深测量，16档定深且深度可调；自动化程度高，根据水下不同的环境自主选择计时或压力的定深方式；低功耗设计保证在单次探测水深电源总量一定时相较普通测深仪器探测距离更远，工作时间更长。

发明内容

1、发明目的。

本发明针对现有实时探测水下深度设备的不足，提出了一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深电路模块。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出了一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深电路模块，包括压力探测电路、主控电路与计时电路一体电路、深度选择电路、深度信号输出电路，

所述的压力探测电路将压力信号传输至主控电路与计时电路一体电路；

深度选择电路判断运动状态已知，主控电路与计时电路一体电路驱动计时电路工作、压力探测电路待机，定深电路模块按照深度选择电路预设时间运动，最后深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号；

深度选择电路判断运动状态未知，主控电路与计时电路一体电路中计时电路待机，压力探测电路将实时测量到的压力信号值传输到主控电路中与存储的压力信号值进行对比，当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

更进一步具体实施方式中，已知运动状态定深，主控芯片启用计时电路，利用晶振产生的计时脉冲传输进入主控芯片，产生时间信号，此时的压力探测电路未接收到主控芯片与之通信的起始信号，压力传感器芯片处于待机状态。

更进一步具体实施方式中，未知运动状态压力方式定深，主控芯片向压力传感器芯片输出通信的起始信号，使压力传感器芯片进入低功耗工作状态，压力探测电路开始工作，计时电路未接收到主控芯片的开启信号，处于待机状态。

更进一步具体实施方式中，还包括入水检测电路将入水瞬时信号传输至主控电路与计时电路一体电路，同时开启计时电路和压力探测电路。

更进一步具体实施方式中，所述的入水检测电路入水时开关闭合，电源直接给主控芯片上电，产生了上升沿入水信号，主控芯片得到该信号后为计时电路及压力探测电路提供起始信号。

更进一步具体实施方式中，深度选择电路为拨码开关设置多个预设深度档位，即在深度选择电路的管脚上产生高低电平的电信号传递给主控电路。

本发明提出的一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深探测方法，

设置已知运动状态探测和未知状态探测两种方式；

判断运动状态是否已知，如运动状态已知则计时电路工作，压力探测电路待机，定深电路模块按照深度选择电路预设时间运动，最后深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号；

如运动状态未知，则计时电路待机，压力探测电路将实时测量到的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值进行对比，当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

更进一步具体实施方式中，深度选择电路设置多个预设深度档位即通过拨码开关选择预期选定的深度，即在深度选择电路的管脚上产生高低电平，通过深度选择电路将高低电平的电信号传递给主控电路。

更进一步具体实施方式中，判断运动状态是否已知前，还包括如下步骤:

入水检测电路将入水瞬时信号传输至主控电路与计时电路一体电路，同时开启计时电路和压力探测电路，压力传感器进入待机状态；

压力探测电路检测水下压力传输给主控电路与计时电路一体电路。3、本发明所产生的技术效果。

(1)本发明利用压力传感器测压与时间计时复合定深的方式，如已知运动状态定深，主控芯片启用计时电路，压力传感器芯片处于待机状态；如未知运动状态压力方式定深，压力传感器芯片进入低功耗工作状态，计时电路处于待机状态。压力探测电路向压力传感器芯片发出起始信号后，芯片开启待机模式，待机功率微瓦级；当主控芯片自主(未知)的情况下选择压力定深方式时，芯片I C2进入低功耗工作模式，低功耗功率毫瓦级。本发明由于设备的低功耗模式和可自由切换选档模式，适用性较强、产品的体积较小、可以在研究海洋资源的过程中对特定深度范围内的海洋资源长时间探测，效率高。

(2)本发明利用控制电路工作模式的方法减少了大功率元器件的工作时间，降低了电路整体功耗。

附图说明

图1为本发明的整体电路示意图。

图2为电源管理电路示意图。

图3为入水检测电路。

图4为压力探测电路。

图5为主控电路和计时一体电路。

图6为深度选择电路。

图7为深度信号输出电路。

图8为本发明的模块的工作流程图。

附图标记说明：

电源管理电路1，入水检测电路2，压力探测电路3，主控电路与计时电路一体电路4，深度选择电路5，深度信号输出电路6。

具体实施方式

实施例1

本发明针对现有实时探测水下深度设备的不足，提出了一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深电路模块。

如图1所示，本电路包括电源管理电路1，入水检测电路2，压力探测电路3，主控电路与计时电路一体电路4，深度选择电路5，深度信号输出电路6。主控芯片I C3型号为STM32F103C8T6，自带计时功能，作为计时电路。压力探测电路检测水下压力传输给主控电路，主控电路芯片同时带有计时功能，即主控电路与计时电路为一体电路，深度选择电路选择定深档位，将选择深度值传输给主控电路存储，主控电路根据模块在水下动态环境的具体情况，从时间与压力两种定深方式中自主选择合适的定深方式，模块下落运动状态已知情况下选择计时定深方式，模块下落运动状态未知情况下选择压力定深方式，将实时测量到的深度信号值与主控电路中存储的压力信号值进行对比，当当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

如图4所示，压力探测电路，包括：第四电阻R4，第五电阻R5，压力传感器芯片I C2型号为MS5803-01BA，第十八电容C18。

压力传感器芯片I C2的脚3与3.3V电压相连，同时与电容C18的一端相连；压力传感器芯片I C2的脚4与电容C18的另一端相连，同时与地相连；压力传感器芯片I C2的脚1与第五电阻R5的一端、微处理器I C3的脚21连接；压力传感器芯片I C2的脚2与第四电阻R4的一端、微处理器I C3的脚22连接；第四电阻R4、第五电阻R5的另一端与3.3V电源连接。

如图5所示，计时电路与主控电路，包括：嵌入式微处理器I C3型号为STM32F103C8T6，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，第九电阻R9，第三电容C3，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6，第七电容C7，第八电容C8，第九电容C9，第十电容C10，第十一电容C11，第十二电容C12，第十三电容C13，第一开关S1，第一晶振X1。

第三电容C3的一端、第七电容C7的阳极、微处理器I C3的脚48与3.3V电压连接，第七电容C7的另一端、第三电容C3的另一端与地连接；第四电容C4的一端、第八电容C8的阳极、微处理器I C3的脚36与3.3V电压连接，第八电容C8的另一端、第四电容C4的另一端与地连接；第五电容C5的一端、第九电容C9的阳极、微处理器I C3的脚24与3.3V电压连接，第九电容C9的另一端、第五电容C5的另一端与地连接；第六电容C6的一端、第十电容C10的阳极、微处理器I C3的脚9与3.3V电压连接，第十电容C10的另一端、第六电容C6的另一端与地连接；微处理器I C3的脚47、脚35、脚23、脚8与地连接；第六电阻R6的一端与微处理器I C3的脚44连接，第六电阻R6另一端与地连接；第七电阻R7的一端与微处理器I C3的脚20连接，第七电阻R7另一端与地连接；第十一电容C11与第一晶振X1的脚2及微处理器I C3的脚5连接，第十二电容C12与第一晶振X1的脚1及第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与微处理器I C3的脚6连接，第十一电容C11的另一端、第十二电容C12的另一端与地相连；第十三电容C13的一端、第八电阻R8的一端、第一开关S1的一端与微处理器I C3的脚7连接，第一开关S1的另一端、第十三电容C13的另一端与地连接，第八电阻R8的另一端与3.3V电压连接；第七电阻R7一端与微处理器I C3的脚31连接，另一端与串口电平转换芯片I C4的脚14连接；第八电阻R8一端与微处理器I C3的脚30连接，另一端与串口电平转换芯片I C4的脚13连接；微处理器I C3的脚1、脚2、脚3、脚4、脚10、脚11、脚12、脚19、脚25、脚26、脚27、脚28、脚29、脚30、脚31、脚32、脚33、脚34、脚37、脚38、脚39、脚40、脚41、脚42、脚43、脚45、脚46悬空。

如图6所示，深度选择电路，包括：第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，第五二极管D5，第三开关接口8421拨码开关接口J1。

第二二极管D2的阳极与第三开关接口8421拨码开关接口J1的脚4连接，第二二极管D2的阴极与微处理器I C3的脚17连接；第三二极管D3的阳极与第三开关接口8421拨码开关接口J1的脚3连接，第三二极管D3的阴极与微处理器I C3的脚16连接；第四二极管D4的阳极与第三开关接口8421拨码开关接口J1的脚2连接，第四二极管D4的阴极与微处理器I C3的脚15连接；第五二极管D5的阳极与第三开关接口8421拨码开关接口J1的脚1连接，第五二极管D5的阴极与微处理器I C3的脚14连接。

如图7所示，深度信号输出电路，包括：第六二极管发光二极管D6，第十电阻R10。

第十电阻R10的一端与微处理器I C3的脚18及输出端接口的引脚1连接，第十电阻R10的另一端与第六二极管发光二极管D6的阴极连接，第六二极管发光二极管D6的阳极与地连接。

实施例2

在实施例1的基础上，其中电源管理电路为本电路系统中各个电路提供电源供给，入水检测电路检测入水信号，为入水后的计时电路及压力探测电路提供开启信号。深度选择开关型号为8421拨码开关，提供16个档位深度选择。

如图2所示，电源管理电路，包括稳压芯片I C1型号为LM1117-3.3，第一电容C1，第二电容C2，第一电阻R1，第一二极管发光二极管D1。

外部5V电源接入I C1芯片的3脚及与第一电容C1的正极连接；稳压芯片I C1的输出端脚2输出3.3V的电压，同时与第一电阻R1的一端及第二电容C2的阳极连接；R1的另一端与发光二极管D1的阴极连接；第一电容C1的另一端、稳压芯片I C1的1脚、第二电容C2的另一端与发光二极管D1的阳极与地相连。

如图3所示，入水检测电路包括：第二电阻R2，第三电阻R3，第二开关S2。

第二电阻R2的一端与第三电阻R3的一端、第二开关S2的一端及微处理器I C3的脚13相连；第二开关的另一端、第二电阻R2的另一端与3.3V电压相连，第三电阻R3另一端与地相连。

模块入水一瞬间的冲击力将入水检测电路断开的S2闭合，使得3.3V电源直接给主控芯片I C3的管脚13上电，管脚产生了上升沿信号，该信号即入水信号，主控芯片得到该信号后为计时电路及压力探测电路提供起始信号，计时电路及压力探测电路准备开始工作。

如图8所示，模块入水前，通过8421拨码开关选择预期选定的深度，即在深度选择电路的第1管脚、第2管脚、第3管脚、第4管脚上产生高低电平，通过深度选择电路的J1接口将高低电平传递给主控电路的管脚14、管脚15、管脚16、管脚17。

模块入水一瞬间的冲击力将入水检测电路断开的S2闭合，使得3.3V电源直接给主控芯片I C3的管脚13上电，管脚产生了上升沿信号，该信号即入水信号，主控芯片得到该信号后为计时电路及压力探测电路提供起始信号，计时电路及压力探测电路准备开始工作。

当模块运动状态已知时，采用计时方式定深，主控芯片I C3启用计时电路，利用第一晶振X1产生的计时脉冲通过管脚5和管脚6传输进入主控芯片，产生时间信号，此时的压力探测电路未接收到主控芯片I C3与之通信的起始信号，压力传感器芯片I C2处于待机状态。

当模块运动状态未知时，采用压力方式定深，主控芯片I C3向压力传感器芯片IC2输出通信的起始信号，使压力传感器芯片I C2进入低功耗工作状态，压力探测电路开始工作，此时的计时电路未接收到主控芯片I C3的开启信号，处于待机状态。

压力传感器芯片I C2型号为MS5803-01BA，该芯片有待机与低功耗两种工作模式，当芯片I C2得到压力探测电路起始信号后，芯片开启待机模式，待机功率微瓦级；当主控芯片自主选择压力定深方式时，芯片I C2进入低功耗工作模式，低功耗功率毫瓦级。

实施例3

如图8所示，一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深探测方法，按照如下步骤：设置已知运动状态探测和未知状态探测两种方式；

判断运动状态是否已知，如运动状态已知则计时电路工作，压力探测电路待机，定深电路模块按照深度选择电路预设时间运动，最后深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号；

如运动状态未知，则计时电路待机，压力探测电路将实时测量到的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值进行对比，当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

深度选择电路5设置多个预设深度档位即通过拨码开关选择预期选定的深度，即在深度选择电路的管脚上产生高低电平，通过深度选择电路将高低电平的电信号传递给主控电路。

实施例4

一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深探测方法，按照如下步骤进行：

入水检测电路将入水瞬时信号传输至主控电路与计时电路一体电路，同时开启计时电路和压力探测电路，压力传感器进入待机状态；

判断运动状态是否已知，如运动状态已知则计时电路工作，压力探测电路待机，定深电路模块按照深度选择电路预设时间运动，最后深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号；

如运动状态未知，则计时电路待机，压力探测电路将实时测量到的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值进行对比，当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

Claims (9)

1.一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深电路模块，其特征在于：包括压力探测电路、主控电路与计时电路一体电路、深度选择电路、深度信号输出电路，

所述的压力探测电路将压力信号传输至主控电路与计时电路一体电路；

深度选择电路判断运动状态已知，主控电路与计时电路一体电路驱动计时电路工作、压力探测电路待机，定深电路模块按照深度选择电路预设时间运动，最后深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号；

深度选择电路判断运动状态未知，主控电路与计时电路一体电路中计时电路待机，压力探测电路将实时测量到的压力信号值传输到主控电路中与存储的压力信号值进行对比，当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

2.根据权利要求1所述的定深电路模块，其特征在于：已知运动状态定深，主控芯片启用计时电路，利用晶振产生的计时脉冲传输进入主控芯片，产生时间信号，此时的压力探测电路未接收到主控芯片与之通信的起始信号，压力传感器芯片处于待机状态。

3.根据权利要求1所述的定深电路模块，其特征在于：未知运动状态压力方式定深，主控芯片向压力传感器芯片输出通信的起始信号，使压力传感器芯片进入低功耗工作状态，压力探测电路开始工作，计时电路未接收到主控芯片的开启信号，处于待机状态。

4.根据权利要求1所述的定深电路模块，其特征在于：还包括入水检测电路将入水瞬时信号传输至主控电路与计时电路一体电路，同时开启计时电路和压力探测电路。

5.根据权利要求4所述的定深电路模块，其特征在于：所述的入水检测电路入水时开关闭合，电源直接给主控芯片上电，产生了上升沿入水信号，主控芯片得到该信号后为计时电路及压力探测电路提供起始信号。

6.根据权利要求1所述的定深电路模块，其特征在于：深度选择电路为拨码开关设置多个预设深度档位，即在深度选择电路的管脚上产生高低电平的电信号传递给主控电路。

7.一种基于时间/压力的自主式水下低功耗复合定深探测方法，其特征在于：

设置已知运动状态探测和未知状态探测两种方式；

判断运动状态是否已知，如运动状态已知则计时电路工作，压力探测电路待机，定深电路模块按照深度选择电路预设时间运动，最后深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号；

如运动状态未知，则计时电路待机，压力探测电路将实时测量到的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值进行对比，当探测的压力信号值与主控电路中存储的压力信号值相当时，深度信号输出电路由主控电路控制输出深度信号。

8.根据权利要求7所述的定深探测方法，其特征在于：所述的深度选择电路设置多个预设深度档位即通过拨码开关选择预期选定的深度，即在深度选择电路的管脚上产生高低电平，通过深度选择电路将高低电平的电信号传递给主控电路。

9.根据权利要求7所述的定深探测方法，其特征在于判断运动状态是否已知前，还包括如下步骤:

入水检测电路将入水瞬时信号传输至主控电路与计时电路一体电路，同时开启计时电路和压力探测电路；压力探测电路检测水下压力传输给主控电路与计时电路一体电路。