CN110797721B - 一种基于usb的多功能水下探测设备专用集成接口 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，包含五芯插头、数据传输模块、充电模块、入水检测模块和外接数据转换线，五芯插头为水密型航空插头，1号引脚和5号引脚分别与充电模块3电性连接，2号引脚和3号引脚分别与数据传输模块电性连接，4号引脚和5号引脚分别与入水检测模块，入水检测模块用以水下探测设备内部的自带电源对设备本身进行供电，充电模块在接入的外部电源时对水下探测设备进行供电和充电，且充电模块比入水检测模块的供电方式的优先级要高以保证对水下探测设备供电时的安全性；本发明一个接口端集成了入水检测、充电和数据传输三类不同的功能；设备设计巧妙、使用方便、实用性极强、适合大范围推广使用。

Description

一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口

技术领域

本发明涉及一种集成接口，尤其是一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，属于海洋测绘设备技术领域。

背景技术

水下探测也是海洋地质调查中的必要一环，它可以为各种海洋水下工程服务或进行水下探测和作业，在海洋探测和海洋工程技术中发挥了重要作用。深潜技术、水下机器人作业系统和饱和潜水技术是当前水下工程探测技术的研究重点和今后水下工程探测技术的主要发展方向。

水下探测离不开水下探测设备，水下探测设备表面都有多个裸露的接口，为了设备正常运行都要确定设备内部的水密性。目前，现有的水下探测设备使用的接口常用以下几种处理方案。第一种便是采用橡胶等防水材质的胶塞做接口塞来隔离外界的水体；再有就是通过旋帽塞的方式来隔离水体。但综合上述几种方式，其原理都是通过物理隔绝的方式来将外界的水体与内部的接口隔离从而实现隔离。鉴于这种原因，便造成接口在从水体中取出时必须去掉物理方式的外部防水措施才能与其他电气设备进行连接，同时这种连接的接口往往功能单一，无法实现单个接口的多功能利用，这使得水下设备上的接口在使用时显得极不方便。

在水下应用的环境中，相对湿度大于80%，是经常会引起电击穿的主要原因。潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散，容易使绝缘电阻降低到MΩ级以下，长期处在高湿环境下，会引起物理变形，分解、逸出生成物，产生呼吸效应及电解、腐蚀和裂纹。特别是在设备外部的电连接器，常常要考虑潮湿、水渗和污染的环境条件，这种情况下可以选用密封航空插头。航空插头是连接器的一种，源于军工行业，故得名，简称航插。航插对于水密、尘密型电连接器一般采用GB4208 的外壳防护等级来表示，其水密性完全能够满足水下水下探测设备的要求。

如果能够借鉴航空插头的优势，对水下探测离的外部接口进行升级改造，那么水密性问题将会轻松解决。因此，亟需研发出一种既可以不借助栓塞式结构物理防水的可以直接在出水时使用的，又能够集成多种的不同的功能的水下设备接口。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，将本发明的集成接口设置在水下设备的外表面，在水下设备从水中取出时可以仅仅经过简单的擦拭就可以接入其他电气设备，并且通过一个接口端集成了入水检测、充电和数据传输三大功能。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明的一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口， 包含五芯插头、数据传输模块、充电模块、入水检测模块和外接数据转换线；所述的五芯插头为水密型航空插头，所述的五芯插头共包含1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚和5号引脚共五根裸露在水下探测器外壳表面的金属接头并且五个引脚呈正五边形排列，所述的1号引脚和5号引脚分别与充电模块3电性连接，所述的2号引脚和3号引脚分别与数据传输模块电性连接，所述的4号引脚和5号引脚分别与入水检测模块，所述的入水检测模块用以水下探测设备内部的自带电源对设备本身进行供电和充电，所述的充电模块在接入的外部电源时对水下探测设备进行供电和充电，且充电模块比入水检测模块的供电方式的优先级要高以保证对水下探测设备供电时的安全性，所述的数据传输模块通过USB数据传输链路与水下探测设备内部的FPGA/DSP/MCU进行数据传输。

所述的入水检测模块采用MOSFET开关电路，入水检测模块用以实现入水情况的快速判断。

所述的充电模块采用自主设计的MOSFET双电源选择电路，以确保其不会影响到水下探测设备，从而提高其安全性。

所述的外接数据转换线由五芯插座、数据线和USB接口依次电性连接构成，外接数据转换线用以实现水下探测设备与外部电源或者客户端之间进行供电或信息传输。

所述的1号引脚和5号引脚用以连接入外部电源，1号引脚是正极，5号引脚是负极，成对供电；2号引脚和3号引脚用以连接差分信号线；4号引脚和5号引脚用以进行入水检测判断。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的五芯插头外露的金属接头采用导电性良好的铜材料制成，以确保水下探测器内部的水下检测性能。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的USB接口8选择USB3.0高速接口，以提高数据传输速率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种科学的集成入水检测、充电、数据传输功能的水下设备接口设计方法，将这种接口设在在水下设备的外表面上，在水下设备从水中取出时可以仅仅经过简单的擦拭就可以接入其他电气设备，并且通过一个接口端集成了入水检测、充电和数据传输三类不同的功能；本发明采用五芯航空插头作为设备外接口，不借助任何栓塞式结构即可实现水下探测设备外接口的防水要求；设备设计巧妙、结构简单、使用方便、实用性极强、适合大范围推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的五芯插头的外部结构示意图。

图3为本发明的电路图。

图4为本发明的供电原理示意图。

图5为本发明的五芯插头与USB接口的引脚功能对应关系。

附图标记说明：1.五芯插头、2.数据传输模块、3.充电模块、4.入水检测模块、5.外接数据转换线；11. 1号引脚、12. 2号引脚、13. 3号引脚、14. 4号引脚、15. 5号引脚；51.五芯插座、52.数据线、53. USB接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图5，本发明涉及一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，包含五芯插头1、数据传输模块2、充电模块3、入水检测模块4和外接数据转换线5；所述的五芯插头1为水密型航空插头，所述的五芯插头1共包含1号引脚11、2号引脚12、3号引脚13、4号引脚14和5号引脚15共五根裸露在水下探测器外壳表面的金属接头并且五个引脚呈正五边形排列，所述的1号引脚11和5号引脚15分别与充电模块3电性连接，所述的2号引脚12和3号引脚13分别与数据传输模块2电性连接，所述的4号引脚14和5号引脚15分别与入水检测模块4，所述的入水检测模块4用以水下探测设备内部的自带电源对设备本身进行供电和充电，所述的充电模块3在接入的外部电源时对水下探测设备进行供电和充电，且充电模块2比入水检测模块4的供电方式的优先级要高以保证对水下探测设备供电时的安全性，所述的数据传输模块2通过USB数据传输链路与水下探测设备内部的FPGA/DSP/MCU进行数据传输。

所述的入水检测模块4采用MOSFET开关电路，入水检测模块4用以实现入水情况的快速判断。

所述的充电模块3采用自主设计的MOSFET双电源选择电路，以确保其不会影响到水下探测设备，从而提高其安全性。

所述的外接数据转换线5由五芯插座51、数据线52和USB接口53依次电性连接构成，外接数据转换线5用以实现水下探测设备与外部电源或者客户端之间进行供电或信息传输。

所述的1号引脚11和5号引脚15用以连接入外部电源，1号引脚11是正极，5号引脚15是负极，成对供电；2号引脚12和3号引脚13用以连接差分信号线；4号引脚14和5号引脚15用以进行入水检测判断。

所述的五芯插头1外露的金属接头采用导电性良好的铜材料制成，以确保水下探测器内部的水下检测性能。

所述的USB接口53选择USB3.0高速接口，以提高数据传输速率。

本发明的工作原理如下：

当水下探测器入水时，五芯插头1的五个引脚同时短路，该状态下入水检测模块4启动来进行判断，反馈给水下探测器已经入水的信息。当入水或者出水时入水检测模块4人为外部导通后，内部电池组电源接通，M2的1脚栅极被拉高，M2截止关断，水下探测器内部的电池组电源经过肖特基二极管输出至VCC，在这种情况下与外部USB供电VCC_USB不冲突。

当水下探测器从水中取出时，经过简单的擦拭去五芯插头1的五个引脚表面的水分之后，可以直接接入外部电源，此时充电模块3启动来进行判断，该接口便变成充电接口；若接入的是数据传输线，此时数据传输模块2启动进行判断，该接口便变成数据传输口。出水后入水检测模块4使得内部电池组电源与VCC_5V_USB断开，因为M2-P沟道功率场效应管的1脚栅极无输入电压，且通过R2下拉到地GND，所以M2侧2、3脚导通，输出VCC是由外部USB供电VCC_USB。

该电路实现了内部电池组电源的优先级高于外部USB供电，同时水下探测器入水后VCC_USB为0V ，且USB的数据链路供电电压来自于VCC_USB，从而保证了USB的数据链路电路无电源供电，进一步保证了与之连接的数据线USB-和USB+即使接入水中也是安全的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，包含五芯插头、数据传输模块、充电模块、入水检测模块和外接数据转换线，其特征在于，所述的五芯插头为水密型航空插头，所述的五芯插头共包含1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚和5号引脚共五根裸露在水下探测器外壳表面的金属接头并且五个引脚呈正五边形排列，所述的1号引脚和5号引脚分别与充电模块电性连接，所述的2号引脚和3号引脚分别与数据传输模块电性连接，所述的4号引脚和5号引脚分别与入水检测模块电性连接，所述的入水检测模块用以水下探测设备内部的自带电源对设备本身进行供电和充电，所述的充电模块在接入外部电源时对水下探测设备进行供电和充电，且充电模块比入水检测模块的供电方式的优先级要高以保证对水下探测设备供电时的安全性，所述的数据传输模块通过USB数据传输链路与水下探测设备内部的FPGA/DSP/MCU进行数据传输；

所述的五芯插头的1号引脚和5号引脚用以连接外部电源，1号引脚是正极，5号引脚是负极，成对供电；2号引脚和3号引脚用以连接差分信号线；4号引脚和5号引脚用以进行入水检测判断；

所述的入水检测模块采用MOSFET开关电路，入水检测模块用以实现入水情况的快速判断；

所述的充电模块采用MOSFET双电源选择电路，以确保其不会影响到水下探测设备，从而提高其安全性；

所述的外接数据转换线由五芯插座、数据线和USB接口依次电性连接构成，外接数据转换线用以实现水下探测设备与外部电源或者客户端之间进行供电或信息传输；

所述的充电模块采用MOSFET双电源选择电路实现双电源选择的功能，双电源供电一部分由USB接口的VCC_USB供电，另一部分由设备内部电池组BATTERY供电；当选为VCC_USB供电时，MOSFET开关管M2部分的1脚栅极无输入电压，同时通过下拉电阻R2接地，此时MOSFET开关管M2的2脚与3脚导通，输出VCC即为VCC_USB供电；当选为设备内部电池组BATTERY供电时，MOSFET开关管M2的1脚栅极被拉高导致MOSFET开关管M2截止关断，MOSFET开关管M2的2脚与3脚无法导通，此时输出VCC即为设备内部电池组供电；

所述的USB接口的1号引脚连接电源正极并且5号引脚连接电源负极用以实现电源输入功能，2号引脚和3号引脚分别连接差分信号的负极和正极用以实现信号传输的功能，4号引脚连接ID信号，所述的USB接口的引脚编号与所述的五芯插头的引脚编号相互对应。

2.根据权利要求1所述的一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，其特征在于，所述的五芯插头外露的金属接头采用导电性良好的铜材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种基于USB的多功能水下探测设备专用集成接口，其特征在于，所述的USB接口选择USB3.0高速接口。

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