CN110780317B - 用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置及控制方法。包括柔性太阳能板、北斗复合天线、无线电天线、太阳能电源管理与主/备电源切换单元、北斗定位与通讯单元；北斗复合天线和无线电天线放在动力浮标的天线支架上，柔性太阳能板放在天线杆和天线支架上；太阳能电源管理与切换单元、北斗定位与通讯单元放在北斗密封舱内；主控单元与主电池放在主控密封舱内。北斗密封舱、主控密封舱、柔性太阳能板和天线之间是通过防水电缆连接。本发明与传统的浮标相比，可实现在主控密封舱因漏水等故障导致不能继续工作恶劣情况下仍能继续向监控中心发送自身位置信息，方便找到因不能工作而失去联系的动力浮标。

Description

用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置及控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种应急示位装置，本发明也涉及一种应急示位装置的控制方法。

背景技术

动力浮标是一种不需要锚泊固定，自带蓄电池推进器，能够实现自主移动和定点停留的浮标。因此，相比于系泊式浮标，动力浮标具有更为复杂的控制电路，故而动力浮标放置电子元件和控制设备、电台等辅助设备的主控密封舱的防水极为重要。当主控密封舱发生渗漏水时，很容易造成电路或辅助设备的损坏，或者由于各种其他故障导致动力浮标不能正常工作，不能通过无线电上报自身位置以及各种状态信息，无法自主移动而在水上随波漂走。因此当浮标发生故障时，需要自动警觉并自动触发一定的应急保护措施，还能够继续自动向监控中心上报自身位置信息。

目前浮标通用的基于北斗定位的方法与应急示位方法均是采用单一电源供电，电源一般安装在密封舱中。若密封舱渗水较严重，会造成主控单元不能工作、电池故障、以及各种其他故障，导致浮标无法向监控中心上报各种信息与自主移动，从而使工作人员与浮标失去联系。由于系泊式浮标能被固定，不会随水流流动；而失去控制的动力浮标会随水流流动，导致工作人员很难找到失去联系的动力浮标。因此需要设计一种在控制电和动力电都失效的情况下，还能自动的通过北斗获取自身位置信息，并以短报文方式上报自身位置信息的应急示位电路和装置。并且在工作人员由于各种环境因素而不能及时找到失去自主移动的动力浮标时，应急示位装置的持续工作时间会受到其自身携带电池能量限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现在主控密封舱因漏水等故障导致不能继续工作恶劣情况下仍能继续向监控中心发送自身位置信息的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置。本发明的目的在于提供一种用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置的控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置，包括柔性太阳能板、北斗复合天线、无线电天线、太阳能电源管理与主/备电源切换单元、北斗定位与通讯单元，北斗复合天线和无线电天线安装在动力浮标的天线支架上，柔性太阳能板安装在动力浮标的天线杆和/或天线支架上，太阳能电源管理与主/备电源切换单元、北斗定位与通讯单元设置在北斗密封舱内，北斗密封舱安装在天线杆底部、浮标主体的上方，柔性太阳能板、北斗复合天线以及无线电天线与北斗密封舱和浮标主体的主控密封舱之间都通过防水电缆连接。

本发明的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置还可以包括：

1.所述太阳能电源管理与主/备电源切换单元中，继电器K1线圈回路连接北斗密封舱防水接口第3第4引脚，第二二极管D2与继电器K1线圈回路并联、分别连接主控密封舱的DC12V和12VGND端；继电器K1的两个动触点分别接电源分配模块U2的VCC和GND，继电器K1的两个常开触点分别接主控密封舱引入的电源DC12V和12VGND，继电器K1的两个常闭触电分接蓄电池BT1的BGND和第一二极管D1的输出端，第一二极管D1输入端经由开关S1连接到蓄电池BT1的正极BVCC上，开关S1用于调试；充电模块U4的输出端Vout+和Vout-接蓄电池BT1的BVCC和BGND，充电模块U4的输入端Win和Gnd接太阳能充电防水接口P2、通过防水线缆接柔性太阳能板；北斗密封舱防水接口第1引脚CAN-和第2引脚CAN+分别连接到北斗定位与通讯模块中的芯片U3第6和第7引脚上；电源分配模块U2的输出端分别为5V、3.3V和GND、为其他电路提供5V和3.3V电源。

2.所述的北斗定位与通讯单元中，北斗定位与通讯模块U5的Vcc和Gnd引脚分别连接太阳能电源管理与主/备电源切换单元的VCC和GND；北斗定位与通讯模块U5的通讯天线Send和Receive引脚分别连接同轴防水电缆防水接头P3和P4、然后通过防水同轴电缆连接北斗复合天线；北斗定位与通讯模块U5的数据发送引脚Txd和数据接收引脚Rxd分别连接从控制器U1的数据接收引脚Rxd和数据发送引脚Txd；从控制器U1由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源分配模块供电，从控制器U1的Vcc和Gnd引脚分别连接电源分配模块的3.3V和GND，从控制器U1的CanTx和CanRx引脚分别接CAN总线驱动器U3的TXD和RXD引脚；芯片U3由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源分配模块供电，芯片U3的Vcc和GND引脚分别连接电源分配模块的5V和GND，芯片U3的CANH和CANL引脚分别接北斗密封舱防水接口P1的第2和第1引脚、通过防水电缆与主控密封舱的主控制器相连，电阻R1并联在U3的CANH和CANL引脚之间，芯片U3的S引脚接GND、其vref引脚悬空，第一电容C1一端接U3的Vcc引脚、另一端接GND；第二电容C2一端接U3的RXD引脚、另一端接GND。

3.主控密封舱主控单元中DC12V、12VGND分别与电控密封舱防水接口第4和第3引脚口相连，由防水电缆接入北斗密封舱太阳能电源管理与主/备电源切换单元，主控制器CAN通讯线接到电控密封舱防水接口第2和第1引脚、然后经由防水电缆接入北斗密封舱中的北斗定位与通讯单元；主控制器与无线电台进行信息通讯，无线电台天线接到同轴防水接头P6，然后再通过防水同轴电缆与无线电天线相连。

本发明的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置的控制方法包括：

一、动力浮标开始工作后，主电池为所有模块供电，同时提供12V电源给北斗密封舱供电；

二、主控制器一边通过CAN总线接收北斗密封舱传来的浮标位置信息、一边实时检查浮标所有设备工作状态是否正常；

三、若全部正常，定时通过无线电台和电台天线向监控中心报告包含浮标位置在内的所有工作状态信息，同时通过CAN总线给北斗密封舱的从控制器发送表明工作正常的信息码；若主控制器发现类似主控密封舱内出现渗水问题或其他不严重故障时，且主控制器还能工作时，则立即通过无线电台和无线电天线向监控中心报告包含浮标位置在内的故障信息，同时通过CAN总线给北斗密封舱的从控制器发送表明故障的信息码；若发生主密封舱漏水严重，或其他严重故障时，主控制器不能正常工作导致无法与北斗密封舱的从控制器通讯，当从控制器发现主控制器不工作时，自动定时通过北斗卫星以短报文方式报告浮标位置信息；当主密封舱内出现严重故障导致不能为供电北斗密封舱时，太阳能电源管理与主/备电源切换单元自动切换北斗密封舱内备用蓄电池供电，备用蓄电池由太阳能板充电。

本发明采用太阳能为其蓄电池充电，使应急示位装置可以长时间工作，为工作人员救援工作提供持续浮标位置信息。

本发明具有以下优点：当动力浮标开始工作后，本发明可通过北斗卫星自动获取自身位置信息并与主控器制器进行双向通讯，采用定时方式自动检查主控制器是否正常工作，当发现主控制器不工作时，不需要主控制器干预，直接通过北斗卫星以短报文方式自动上报自身浮标的位置信息；而且在漏水严重或其他故障而导致主电池不正常工作情况下，还能自动切换到备用太阳能蓄电池上，长时间通过北斗卫星继续获取自身位置信息并发短报文上报给监控中心。

附图说明

图1动力浮标故障自动应急北斗示位节能装置示意图。

图2太阳能电源管理与主/备电源切换单元电路图。

图3北斗定位与通讯单元电路图。

图4主控单元电路示意图。

图5动力浮标故障自动应急北斗示位节能装置工作流程图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

结合图1，本发明主要包括包括柔性太阳能板、北斗复合天线、无线电天线、太阳能电源管理与主/备电源切换单元、北斗定位与通讯单元，本发明与浮标主体主控密封舱内的主控单元以及主电池相互配合。所述北斗复合天线是北斗和GPS的复合天线。

北斗复合天线和无线电天线安装在动力浮标的天线支架上，柔性太阳能板安装在天线杆和天线支架上；太阳能电源管理与切换单元、北斗定位与通讯单元设置在北斗密封舱内。与普通浮标一样，动力浮标能够浮在水面上，它的天线杆不容易被水浸没；因此在天线杆底部安装北斗密封舱，使北斗密封舱尽可能的露在水面上方，减少其漏水的机会。主控单元与主电池放置在主控密封舱内，主控密封舱安装在潜于水下的浮标主体内。北斗密封舱、主控密封舱、柔性太阳能板和天线之间都通过防水电缆连接。

正常的情况下，主控密封舱内的主电池为所有设备(包括推进器)供电，且作为北斗密封舱默认的供电电源。主控单元正常工作时，通过CAN总线与北斗密封舱内从控制器进行双向通讯，一方面接收北斗密封舱传来的浮标自身位置信息，另一方面定时向北斗密封舱发送是否正常工作等简洁信息。同时，主控单元通过无线电台和无线电天线，将浮标自身位置信息以及其他工作状态信息定时上报给监控中心。

北斗密封舱内的北斗定位与通讯单元，通过北斗复合天线接收浮标自身位置信息，一方面通过CAN总线，将浮标自身位置信息发送给主控密封舱；另一方面也接收主控密封舱传来的主控单元的是否正常工作等信息，如果信息表明主控单元工作正常，则每间隔较长的时间自动通过北斗卫星向监控中心发送短报文信息，以表明北斗定位与通讯单元工作正常。

当主控密封舱内的主控单元检测到本密封舱漏水或发现其他故障，且主控单元还能继续工作时，立刻通过无线电台发送故障信息，同时向北斗密封舱发送故障码等简洁信息；北斗定位与通讯单元收到故障码等简洁信息后，立刻通过北斗卫星向监控中心发送短报文信息，以进行发送信息备份。

当主控密封舱内漏水严重，或主电池以及其他故障严重，导致主控单元不工作时，北斗密封舱内的北斗定位与通讯单元在一段时间内接收不到主控单元发来的是否正常工作等简洁信息，则自动通过北斗卫星向监控中心发送短报文信息(包含浮标自身位置信息)，进行上报故障情况。如果主电池不能提供电源，北斗密封舱内的太阳能电源管理与主/备电源切换单元自动断开主电池供电，由北斗密封舱内的自带的备用蓄电池供电。

采用安装在天线支架和天线杆上的柔性太阳能板为备用蓄电池充电，使北斗密封舱内的北斗定位与通讯单元可以长时间(持续或断续)工作，为工作人员实施回收工作提供浮标位置信息。

如图2所示，所述太阳能电源管理与主/备电源切换单元中双刀双掷继电器K1线圈回路连接北斗密封舱防水接口第3第4引脚，通过防水线缆分别接到主控密封舱的DC12V和12VGND，二极管D2与K1线圈回路并联，分别连接DC12V和12VGND端。继电器K1的两个动触点分别接电源分配模块U2的VCC和GND，继电器K1的两个常开触点分别接主控密封舱引入的电源DC12V和12VGND，继电器K1的两个常闭触电分接蓄电池BT1的BGND和二极管D1的输出端，二极管D1输入端经由开关S1连接到蓄电池BT1的正极BVCC上，开关S1用于调试。充电模块U4的输出端Vout+和Vout-接蓄电池BT1的BVCC和BGND，充电模块U4的输入端Win和Gnd接太阳能充电防水接口P2，通过防水线缆接柔性太阳能板。北斗密封舱防水接口第1引脚CAN-和第2引脚CAN+分别连接到北斗定位与通讯模块中的芯片U3(TJA050T)第6和第7引脚上。电源分配模块U2的输出端分别为5V、3.3V和GND，为其他电路提供5V和3.3V电源。

浮标系统正式启动工作后，开关S1应该处于闭合状态；主控密封舱内的主电池能正常提供电源时，通过防水电缆给P1接口提供12V电源和CAN总线通讯线路，DC12V和12VGND给双刀双掷继电器K1线圈通电，继电器K1的常开触点闭合，VCC接通DC12V，GND接通12VGND，即由主密封舱为北斗密封舱设备供电，备用蓄电池电源断开；当主控密封舱提供电源不能正常工作时，继电器K1线圈失电不能工作，继电器K1常闭触点闭合，继电器K1的VCC和GND连接到蓄电池BT1的供电线路上，断开主密封舱提供电源的供电线路；由继电器K1选择后的电源VCC和GND接入电源分配模块U2，U2输出5V和3.3V分别为北斗定位与通信单元中的U3和从控制器U1供电。柔性太阳能板通过防水电缆连接到太阳能防水接口P2上，然后通过充电模块U4为蓄电池BT1充电。

如图3所示，所述北斗定位与通讯单元中北斗定位与通讯模块U5工作电压范围为9V～30V，由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源供电，即北斗定位与通讯模块U5的Vcc和Gnd引脚分别连接太阳能电源管理与主/备电源切换单元的VCC和GND；北斗定位与通讯模块U5的通讯天线Send和Receive引脚分别连接同轴防水电缆防水接头P3和P4，然后通过防水同轴电缆连接北斗复合天线。北斗定位与通讯模块U5的数据发送引脚Txd和数据接收引脚Rxd分别连接从控制器U1

的数据接收引脚Rxd和数据发送引脚Txd。从控制器U1由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源分配模块供电，从控制器U1的Vcc和Gnd引脚分别连接电源分配模块的3.3V和GND，从控制器U1的CanTx和CanRx引脚分别接CAN总线驱动器U3(TJA050T)的TXD和RXD引脚。芯片U3由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源分配模块供电，芯片U3的Vcc和GND引脚分别连接电源分配模块的5V和GND。芯片U3的CANH和CANL引脚分别接北斗密封舱防水接口P1的第2和第1引脚，通过防水电缆与主控密封舱的主控制器相连，电阻R1并联在U3的CANH和CANL引脚之间，用于吸收高速CAN总线信号反射及回波。芯片U3的S引脚接GND，其vref引脚悬空。电容C1一端接U3的Vcc引脚，另一端接GND；电容C2一端接U3的RXD引脚，另一端接GND。电容C1、C2用于滤波。

通过北斗定位与通讯模块U5与北斗复合天线，从控制器U1既可以接收北斗卫星提供的自身位置信息，又可以发送短报文信息给监控中心。从控制器U1通过CAN总线驱动器U3，与主密封舱内主控制器进行双向通信。从控制器U1接收主控制器发来的主控制器工作状态信息码并回传应答信息，如果主控制器发来的信息说明浮标工作正常，则每间隔较长的时间(约10分钟或更长时间)通过北斗定位与通讯模块U5向监控中心发送短报文信息；如果主控制器发来的信息说明浮标发生故障，则立即向监控中心发送短报文信息报告故障信息；如果未在设定时间内接收到任何主控制器信息，则认为主控单元已不能正常工作，从控制器立即按照设定的时间周期不断向监控中心发送短报文信息，报告自身位置和工作状态信息。

如图4所示，所述主控单元中主控密封舱主控单元中DC12V、12VGND分别与电控密封舱防水接口第4和第3引脚口相连，由防水电缆接入北斗密封舱太阳能电源管理与主/备电源切换单元，主控制器CAN通讯线接到电控密封舱防水接口第2和第1引脚，然后经由防水电缆接入北斗密封舱中的北斗定位与通讯单元；主控制器与无线电台进行信息通讯，无线电台天线接到同轴防水接头P6，然后再通过防水同轴电缆与无线电天线相连。

结合图5，动力浮标故障自动应急北斗示位节能装置的具体工作步骤为：

步骤1：整个浮标系统开始工作后，主电池为主控密封舱和北斗密封舱供电，太阳能电源管理与主/备电源切换单元选择主密封舱电源为北斗定位与通讯单元供电；太阳能板通过充电模块为备用蓄电池充电。

步骤2：北斗密封舱通过北斗卫星获取自身位置信息，发送给主密封舱；当主密封舱内出现严重故障导致不能为供电北斗密封舱时，太阳能电源管理与主/备电源切换单元自动切换北斗密封舱内备用蓄电池为北斗定位与通讯单元供电。

步骤3：主控制器接收北斗密封舱传来的浮标位置信息。同时实时检查浮标所有设备工作状态是否正常，即检查是否有漏水或其他故障。

步骤4：若发生主密封舱漏水严重，或其他严重故障，主控制器不能工作。当从控制器发现主控制器不工作时，自动定时通过北斗卫星以短报文方式报告浮标位置信息。

步骤5：主控制器能工作且没有出现任何故障时，定时通过无线电台向监控中心报告包含浮标位置在内的所有工作状态信息，并同时向从控制器发送表明工作正常的信息码，从控制器每间隔较长的时间通过北斗卫星向监控中心发送短报文信息。

步骤6：主控制器能工作但主密封舱出现渗水或其他故障时，则立即通过无线电台向监控中心报告包含浮标位置在内的故障信息，同时给从控制器发送故障信息码，从控制器则通过北斗卫星向监控中心发送短报文报告故障信息。重复执行步骤2-6。

Claims (4)

1.一种用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置，其特征是：包括柔性太阳能板、北斗复合天线、无线电天线、太阳能电源管理与主/备电源切换单元、北斗定位与通讯单元，北斗复合天线和无线电天线安装在动力浮标的天线支架上，柔性太阳能板安装在动力浮标的天线杆和/或天线支架上，太阳能电源管理与主/备电源切换单元、北斗定位与通讯单元设置在北斗密封舱内，北斗密封舱安装在天线杆底部、浮标主体的上方，柔性太阳能板、北斗复合天线以及无线电天线与北斗密封舱和浮标主体的主控密封舱之间都通过防水电缆连接；所述的北斗定位与通讯单元中，北斗定位与通讯模块(U5)的Vcc和Gnd引脚分别连接太阳能电源管理与主/备电源切换单元的VCC和GND；北斗定位与通讯模块(U5)的通讯天线Send和Receive引脚分别连接同轴防水电缆防水接头P3和P4、然后通过防水同轴电缆连接北斗复合天线；北斗定位与通讯模块(U5)的数据发送引脚Txd和数据接收引脚Rxd分别连接从控制器U1的数据接收引脚Rxd和数据发送引脚Txd；从控制器(U1)由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源分配模块供电，从控制器(U1)的Vcc和Gnd引脚分别连接电源分配模块的3.3V和GND，从控制器(U1)的CanTx和CanRx引脚分别接CAN总线驱动器(U3)的TXD和RXD引脚；CAN总线驱动器(U3)由太阳能电源管理与主/备电源切换单元的电源分配模块供电，CAN总线驱动器(U3)的Vcc和GND引脚分别连接电源分配模块的5V和GND，CAN总线驱动器(U3)的CANH和CANL引脚分别接北斗密封舱防水接口P1的第2和第1引脚、通过防水电缆与主控密封舱的主控制器相连，电阻R1并联在CAN总线驱动器(U3)的CANH和CANL引脚之间，CAN总线驱动器(U3)的S引脚接GND、其vref引脚悬空，第一电容(C1)一端接CAN总线驱动器(U3)的Vcc引脚、另一端接GND；第二电容(C2)一端接CAN总线驱动器(U3)的RXD引脚、另一端接GND。

2.根据权利要求1所述的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置，其特征是：所述太阳能电源管理与主/备电源切换单元中，继电器(K1)线圈回路连接北斗密封舱防水接口第3第4引脚，第二二极管(D2)与继电器(K1)线圈回路并联、分别连接主控密封舱的DC12V和12VGND端；继电器(K1)的两个动触点分别接电源分配模块(U2)的VCC和GND，继电器(K1)的两个常开触点分别接主控密封舱引入的电源DC12V和12VGND，继电器(K1)的两个常闭触电分接蓄电池(BT1)的BGND和第一二极管(D1)的输出端，第一二极管(D1)输入端经由开关(S1)连接到蓄电池(BT1)的正极BVCC上，开关(S1)用于调试；充电模块(U4)的输出端Vout+和Vout-接蓄电池(BT1)的BVCC和BGND，充电模块(U4)的输入端Win和Gnd接太阳能充电防水接口(P2)、通过防水线缆接柔性太阳能板；北斗密封舱防水接口第1引脚CAN-和第2引脚CAN+分别连接到北斗定位与通讯模块中的CAN总线驱动器(U3)第6和第7引脚上；电源分配模块(U2)的输出端分别为5V、3.3V和GND、为其他电路提供5V和3.3V电源。

3.根据权利要求1或2所述的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置，其特征是：主控密封舱主控单元中DC12V、12VGND分别与电控密封舱防水接口第4和第3引脚口相连，由防水电缆接入北斗密封舱太阳能电源管理与主/备电源切换单元，主控制器CAN通讯线接到电控密封舱防水接口第2和第1引脚、然后经由防水电缆接入北斗密封舱中的北斗定位与通讯单元；主控制器与无线电台进行信息通讯，无线电台天线接到同轴防水接头(P6)，然后再通过防水同轴电缆与无线电天线相连。

4.一种权利要求1所述的用于动力浮标故障自动应急的北斗示位装置的控制方法，其特征是：

(1)、动力浮标开始工作后，主电池为所有模块供电，同时提供12V电源给北斗密封舱供电；

(2)、主控制器一边通过CAN总线接收北斗密封舱传来的浮标位置信息、一边实时检查浮标所有设备工作状态是否正常；

(3)、若全部正常，定时通过无线电台和电台天线向监控中心报告包含浮标位置在内的所有工作状态信息，同时通过CAN总线给北斗密封舱的从控制器发送表明工作正常的信息码；若主控制器发现主控密封舱内出现渗水问题或其他不严重故障时，且主控制器还能工作时，则立即通过无线电台和无线电天线向监控中心报告包含浮标位置在内的故障信息，同时通过CAN总线给北斗密封舱的从控制器发送表明故障的信息码；若发生主密封舱漏水严重，或其他严重故障时，主控制器不能正常工作导致无法与北斗密封舱的从控制器通讯，当从控制器发现主控制器不工作时，自动定时通过北斗卫星以短报文方式报告浮标位置信息；当主密封舱内出现严重故障导致不能为北斗密封舱供电时，太阳能电源管理与主/备电源切换单元自动切换北斗密封舱内备用蓄电池供电，备用蓄电池由太阳能板充电。

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