CN112235893B - 一种水下照明控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人领域，更具体的说，涉及一种水下照明控制装置。本发明提出一种水下照明控制装置，包括控制单元、开关单元、整流桥和插座：所述控制单元，输出脉冲波形信号控制开关单元的通断，发送至整流桥；所述整流桥，通过插座与交流回路、灯组负载连接，将直流回路的开关单元通断信号串联到交流回路中，利用开关单元的通断信号实现对灯组负载的亮度控制。本发明提出的水下照明控制装置，能够实现软件精准对外部灯组负载的亮度调节控制，最终实现直流控制交流负载的目的，独立调节控制灯组负载的亮度，扩展性高，可以对过电压进行有效抑制，有效避免回路发热等问题，提升控制的精准率及可靠性。

Description

一种水下照明控制装置

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，更具体的说，涉及一种水下照明控制装置。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，占全球71％面积的海洋将是下一个世纪，也是未来人类赖以生存的环境，遥控水下机器人(Remote Operated Vehicle，ROV)是一种可在水下移动、具备视觉和感知系统，通过遥控或者自主的方式操作方式，使用机械手和其他工具去替代人工或者辅助人工去完成水下作业任务，是当今人类探索海洋环境和开发海洋资源的有力工具。

目前，因为深海作业装备因为工作需要，遥控水下机器人系统需要下潜至数千米的深度，水下黑暗的环境需要通过照明系统为水下作业探路，由于海域不同、季节不同，海水中的能见度对应发生变化。

随着摄像机的不同方向、不同角度，成像的清晰度要求不同，需要将照明灯的亮度进行调节，以实现精细操作，避免灯影互扰。

控制单板一般都是弱电，所用系统为24V电源控制系统。而外部的负载功率一般比较高，且用的是交流系统，因此，直流回路难以控制交流负载。

同时，由于感性负载的存在，控制过程中产生过电压的问题。

在控制MOSFET(场效应晶体管)开通和关断时，由于较大的漏极电流\漏极电压的影响，会导致MOSFET的源极S和漏极D两端产生过高的电压，甚至影响MOSFET等期间的安全运行，同时会对变压器其他支路电源产生干扰。

中国发明CN200810010981.2提出了一种水下灯调光系统，包括I/O采集及输出模块、主控计算机、水下灯调光装置，主控计算机通过以太网接收来自水面的I/O采集及输出模块的控制信号，将处理后的控制信号通过光纤送到水下的I/O采集及输出模块，水下的I/O采集及输出模块将电源控制信号和订光调节信号输出到模块化设置的水下灯调光装置，通过主控计算机中控制程序实现灯光的调整。由于上述发明采用隔离模块进行控制，电路复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下照明控制装置，解决现有技术的水下照明控制装置亮度调节智能化程度低、精确度低以及控制复杂的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种水下照明控制装置，包括控制单元、开关单元、整流桥和插座：

所述控制单元，输出脉冲波形信号控制开关单元的通断，发送至整流桥；

所述整流桥，通过插座与交流回路、灯组负载连接，将直流回路的开关单元的通断信号串联到交流回路中，利用开关单元的通断信号实现对灯组负载的亮度控制。

在一实施例中，所述水下照明控制装置，还包括电流检测单元，与开关单元、控制单元连接，检测电流过零点信息并反馈给控制单元。

在一实施例中，所述水下照明控制装置，还包括电压检测单元，与整流桥、控制单元连接，检测电压过零点信息并反馈给控制单元。

在一实施例中，所述控制单元，根据灯组负载的类型选择对应的控制方式，生成对应的输出脉冲波形信号，控制开关单元的开通关断频率。

在一实施例中，当灯组负载为LED灯组，控制单元选择电压过零点控制方式。

在一实施例中，当灯组负载为白炽灯，控制单元选择电流过零点控制方式。

在一实施例中，所述控制单元为24V直流电源控制系统，所述交流回路为110V交流电路。

在一实施例中，所述开关单元为场效应晶体管。

在一实施例中，所述电流检测单元，还包括过流保护模块，对过流异常进行保护。

在一实施例中，所述水下照明控制装置，还包括电阻电容吸收单元，与插座连接，对过电压进行抑制。

本发明提出的水下照明控制装置，能够实现软件精准对外部灯组负载的亮度调节控制，最终实现直流控制交流负载的目的。

本发明提供的水下照明控制装置，具体具有以下有益效果：

1)控制装置主电路采用MOSFET+整流桥+灯组负载模式，通过整流桥实现交直流互通的目的，每个通道可以单独控制，独立调节，扩展性高；

2)搭载电压检测电路和电流检测电路，结构简单，能够智能化精准控制输出调压脉冲波形，控制灯组负载的亮度；

3)具备过流保护功能，同时输入端并联RC电路单元，对不同外部负载可能产生的过电压进行有效抑制，从而有效避免回路发热等问题，提升控制的精准率及可靠性。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明一实施例的水下照明控制装置的电路原理图；

图2揭示了根据本发明一实施例的整流桥的电路原理图；

图3揭示了根据本发明一实施例的水下照明控制装置的控制流程图。

图中各附图标记的含义如下：

1 控制单元；

2 开关单元；

3 整流桥；

4 电流检测单元；

5 电压检测单元；

6 RC电路单元；

7 插座；

8 交流回路；

9 灯组负载。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1揭示了根据本发明一实施例的水下照明控制装置的电路原理图，在图1所示的实施例中，本发明提出的一种水下照明控制装置，包括控制单元1、开关单元2、整流桥3和插座7：

所述控制单元1，输出脉冲波形信号控制开关单元2的通断，将通断信号发送至整流桥3；

所述整流桥3，通过插座7与交流回路8、灯组负载9连接，将直流回路的开关单元2的通断信号，串联到交流回路8中，利用开关单元2的通断信号实现对灯组负载9的亮度控制。

在图1所示的实施例中，控制单元1为24V直流电源系统。

在图1所示的实施例中，开关单元2为场效应晶体管MOSFET，MOSFET可以进行软件智能化控制，而不采用现有技术中的可控硅方式，可控硅方式无法接受软件智能化控制。

在图1所示的实施例中，交流回路8为110V交流回路。

在图1所示的实施例中，灯组负载9为LED灯组负载或白炽灯负载。

在图1所示的实施例中，所述输出脉冲波形为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。

为实现对灯组负载9的亮度调节，在图1所示的实施例中，通过采用24V直流电源系统，输出脉冲波形信号用于控制MOSFET的通断，并通过整流桥3串接在110V交流回路中，从而实现对灯组负载9的亮度控制。

整流桥作为一种功率元器件，非常广泛的应用于各种电源设备，通常由两只或者四只整流二极管做桥式连接，两只的为半桥，四只的为全桥。

图2揭示了根据本发明一实施例的整流桥的电路原理图，如图2所示的实施例中，整流桥3为二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成桥式全波整流电路，实现把输入的交流电压AC转化为输出的直流电压DC。

在整流桥3的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，通过二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。

本实施例中，通过整流桥3实现直流交流互通，实现直流回路控制交流灯组负载的目的，解决了直流电路有效并入交流回路中控制交流灯组负载的问题，不再需要进行单独的隔离转换单元等控制单元，优化了控制方法，节约了控制空间。

可选的，整流桥3可以选用常用的佑风YF系列等。

更进一步的，图1所示的水下照明控制装置，还包括电流检测单元4，与开关单元2、控制单元1连接，检测电流过零点信息并反馈给控制单元1。

更进一步的，图1所示的水下照明控制装置，还包括电压检测单元5，与整流桥3、控制单元1连接，检测电压过零点信息并反馈给控制单元1。

控制单元1，根据灯组负载9的类型选择不同的控制方式，采用电流过零点信息或电压过零点信息，提高控制精准度及电路可靠性，优化了负载类型识别。

本发明采用电压和电流结合的判断方式，每一路输出通道上具备电流检测以及电压检测，从而智能化控制每通道的亮度调节方法，可根据不同负载类型选择不同的调节方式。

调节方式分为电压过零点开通或关断以及电流过零点开通或关断。

更进一步的，同时电路有过流保护功能，所述电流检测单元，还包括过流保护模块，能够对过电流异常进行保护，提供及时准确可靠的保护处理，提升整体可靠性。

过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型。

短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。

电磁式电流脱扣器(或继电器)、熔断器常用作短路保护元件。

过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。

热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。

在没有太大冲击电流的情况下，熔断器也常用作过载保护元件。

更进一步的，图1所示的水下照明控制装置，还包括电阻电容吸收单元，电阻电容吸收单元为RC电路单元6，与插座7连接，能够对回路中产生的过电压产生有效抑制，确保MOSFET的安全运行，同时保障不对变压器的其他支路电源产生干扰，从而确保整个电路的稳定、可靠运行。

本实施例中，电流检测单元5和RC电路模块6，能够对电路实现多方位的异常保护，提高水下照明控制装置的可靠性

图3揭示了根据本发明一实施例的水下照明控制装置的控制流程图，如图3所示，本发明提出的水下照明控制装置的控制流程如下：

110V交流电源输入整流桥3；

电压检测单元5检测每周期的电压过零点反馈给控制单元1；

电流检测单元4检测电流过零点反馈给控制单元1；

控制单元1，结合外部的不同灯组负载9，通过软件智能化选择对应的控制方式；

当灯组负载9为LED灯组，控制单元1选择电压过零点控制方式；

当灯组负载9为白炽灯，控制单元1选择电流过零点控制方式；

控制单元1，通过软件选择相应的控制方式，生成对应的输出脉冲波形，控制MOSFET每个周期的开通关断频率，进行外部灯组负载9的亮度控制。

如图3所示，电流检测单元4以及电压检测单元5，智能化选择负载类型，能够实现对不同类型的照明灯组负载进行控制。

本发明提出的水下照明控制装置，能够实现软件精准对外部灯组负载的亮度调节控制，最终实现直流控制交流负载的目的。

本发明提供的水下照明控制装置，具体具有以下有益效果：

1)控制装置主电路采用MOSFET+整流桥+灯组负载模式，通过整流桥实现交直流互通的目的，每个通道可以单独控制，独立调节，扩展性高；

2)搭载电压检测电路和电流检测电路，结构简单，能够智能化精准控制输出调压脉冲波形，控制灯组负载的亮度；

3)具备过流保护功能，同时输入端并联RC电路单元，对不同外部负载可能产生的过电压进行有效抑制，从而有效避免回路发热等问题，提升控制的精准率及可靠性。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

结合本发明所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种水下照明控制装置，其特征在于，包括控制单元、开关单元、整流桥和插座：

所述控制单元，输出脉冲波形信号控制开关单元的通断，发送至整流桥；

所述开关单元，为场效应晶体管；

所述整流桥，通过插座与交流回路、灯组负载连接，将直流回路的开关单元的通断信号串联到交流回路中，利用直流回路的开关单元的通断信号实现对交流回路的灯组负载的亮度控制，所述灯组负载由交流回路供电。

2.根据权利要求1所述的水下照明控制装置，其特征在于，还包括电流检测单元，与开关单元、控制单元连接，检测电流过零点信息并反馈给控制单元。

3.根据权利要求2所述的水下照明控制装置，其特征在于，还包括电压检测单元，与整流桥、控制单元连接，检测电压过零点信息并反馈给控制单元。

4.根据权利要求3所述的水下照明控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据灯组负载的类型选择对应的控制方式，生成对应的输出脉冲波形信号，控制开关单元的开通关断频率。

5.根据权利要求4所述的水下照明控制装置，其特征在于，当灯组负载为LED灯组，控制单元选择电压过零点控制方式。

6.根据权利要求4所述的水下照明控制装置，其特征在于，当灯组负载为白炽灯，控制单元选择电流过零点控制方式。

7.根据权利要求1所述的水下照明控制装置，其特征在于，所述控制单元为24V直流电源控制系统，所述交流回路为110V交流电路。

8.根据权利要求2所述的水下照明控制装置，其特征在于，所述电流检测单元，还包括过流保护模块，对过流异常进行保护。

9.根据权利要求1所述的水下照明控制装置，其特征在于，还包括电阻电容吸收单元，与插座连接，对过电压进行抑制。

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