CN116118984A - 用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法，应急系统包括检测电路，MCU芯片，自沉机构和数据自毁电路，检测电路，用于对水下无人潜航器的状态进行监控，输出检测信号，检测电路包括防拆检测电路；MCU芯片，与检测电路连接；自沉机构，与MCU芯片连接，用于接收第一控制信号，以实现自沉目的；数据自毁电路，与MCU芯片连接，用于接收第二控制信号，以销毁水下无人潜航器的数据。控制方法包括：接收检测电路对水下无人潜航器的状态进行监控输出的检测信号；根据检测信号输出第一控制信号至自沉机构，以实现水下无人潜航器的自沉；以及/或者根据检测信号输出第二控制信号至数据自毁电路，以实现水下无人潜航器的数据自毁。
Description
技术领域
本申请涉及水下设备领域，具体而言，涉及一种用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法。
背景技术
国内水下设备研究工作由于起步较晚，相比国外企业和研究机构，目前我国正处于比较落后的位置。近些年国内陆续有一些高校、科研院所和企业开始探索水下设备的相关研究，并且在一定专业方面也有了很大的进步，但是由于技术积累的不足，加上国外相关研究机构和政策的种种限制，国内的水下设备研究工作一直都是处于自我探索的阶段。
水下无人潜航器应用的范围很广，有民用潜航器也有军用潜航器，其中军用潜航器不仅对于设备的稳定性和可靠性有着很高的要求，在特殊敏感的作业任务中，有时会需要系统根据使用的实时环境进行判断甄别，使无人潜航器在上浮、特殊情况下，需要设备进行自毁、自沉的动作，实现不暴露的目的。
应急系统由于使用的需求比较特殊，特别是自毁自沉功能所造成的后果比较严重，所以应用的情景很少，成熟的方案也较少。此外，自毁自沉的触发条件比较复杂，一旦误触发，将会造成十分惨痛的损失；并且自毁的动作等级很重要，不同的情况下触发不同的自毁动作，可以在一定程度上降低损失。
应急系统目前的技术缺陷主要还是受限于应用场景，由于水下无人潜航器平台有着很高的成本，并且无人潜航器的种类和特点都各不相同，而自毁自沉的功能测试难度极高，所以自毁自沉的功能目前少有成熟的方案。
因此，需要提出一种用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法，解决目前水下设备自毁自沉的问题。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出一种用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法。
根据本申请的第一方面，提出一种用于水下无人潜航器的应急系统的控制方法，其特征在于，所述应急系统包括检测电路，MCU芯片，自沉机构和数据自毁电路，所述检测电路包括防拆检测电路，所述控制方法用于所述MCU芯片，所述控制方法包括：
接收所述检测电路对所述水下无人潜航器的状态进行监控输出的检测信号；
根据所述检测信号输出第一控制信号至自沉机构，以实现所述水下无人潜航器的自沉；以及/或者
根据所述检测信号输出第二控制信号至数据自毁电路，以实现所述水下无人潜航器的数据自毁；
接收所述防拆检测电路在水下无人潜航器内部光照强度和气压均变化的情况下，输出的第一信号；
根据所述第一信号，输出所述第二控制信号。
根据一些实施例，所述应急系统包括保护机构和外部通信机构，所述检测电路包括漏水检测电路，所述检测信号包括所述检测电路输出的变换信号，所述方法还包括：
根据所述变换信号的位置和数量，确定漏水故障点为非致命漏水故障点或者致命漏水故障点：
对于非致命漏水故障点，输出第三控制信号，以触发所述保护机构中的抛载机构，以实现上浮保护；
对于致命漏水故障点，在与所述外部通信机构正常通信的情况下，输出第五控制信号，以触发所述外部通信机构通信上报至所述水下无人潜航器，并输出所述第三控制信号，以触发所述抛载机构；
在与所述外部通信机构通信不正常但考虑所述水下无人潜航器回收的情况下，控制所述保护机构的超短基线定位系统发射信标信号，所述信标信号用于所述水下无人潜航器进行定位追踪；
在与水下无人潜航器系统所述外部通信机构通信不正常且不考虑所述水下无人潜航器回收的情况下，输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以实现所述水下无人潜航器的自沉和数据自毁。
根据一些实施例，所述应急系统包括充电电路，所述检测电路包括电量监测电路，所述方法还包括：
接收所述电量监测电路在所述应急系统的电池处于低电量的情况下发送的监测信号；
根据所述监测信号，输出所述第一控制信号和/或所述第二控制信号。
根据一些实施例，所述应急系统包括外部通信机构，所述方法还包括：
接收所述外部通信机构的第二信号；
根据所述第二信号输出所述第一控制信号和/或所述第二控制信号。
根据本申请的第二方面，提出一种用于水下无人潜航器的应急系统，包括：
检测电路，用于对所述水下无人潜航器的状态进行监控，输出检测信号；
MCU芯片，与所述检测电路连接，用于执行如第一方面中任一项所述的方法；
自沉机构，与所述MCU芯片连接，用于接收所述第一控制信号，以实现自沉目的；
数据自毁电路，与所述MCU芯片连接，用于接收所述第二控制信号，以销毁所述水下无人潜航器的数据。
根据一些实施例，所述检测电路包括至少一组漏水检测电路，所述漏水检测电路包括第一漏水检测线、第二漏水检测线、运放芯片、光电耦合器、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻，其中：
所述第一漏水检测线连接所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接所述运放芯片的负输入端；
所述第二漏水检测线连接所述运放芯片的正输入端，所述第一漏水检测线接地；
所述第九电阻的一端连接供电电源，另一端连接所述运放芯片的负输入端；
所述第十电阻的一端连接供电电源，另一端连接所述运放芯片的正输入端；
所述运放芯片的输出端连接所述光电耦合器的输入端的一端，所述光电耦合器的输入端的另一端连接所述第十一电阻后连接供电电源；所述光电耦合器的输出端的一端连接漏水检测信号输出端，另一端接地。
根据一些实施例，在所述水下无人潜航器出现漏水故障的情况下，所述运放芯片的正输入端输入低电平，所述运放芯片的输出端输出电平变化，所述漏水检测信号输出端输出变换信号；
所述MCU芯片用于采集所述变换信号，以对漏水故障进行判断。
根据一些实施例，所述自沉机构包括自沉电机，其中：
所述MCU芯片驱动所述自沉电机转动，以实现所述水下无人潜航器自沉。
根据一些实施例，所述应急系统还包括充电电路，所述数据自毁电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第三PMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管，连接器，其中：
所述第三PMOS管的源极连接所述充电电路的输出端口，漏极连接所述连接器的物理自毁信号输出端，栅极连接所述第十三电阻的一端，所述第十三电阻的另一端连接所述第二NMOS管的漏极；
所述第二NMOS管的源极接地，栅极连接所述MCU芯片的物理自毁控制信号输出端；
所述第十四电阻与所述第二NMOS管的源极和栅极并联；
所述第十二电阻与所述第三PMOS管的源极和栅极并联；
所述第三NMOS管的栅极连接所述MCU芯片的逻辑自毁控制信号输出端，源极接地，漏极连接所述连接器的逻辑自毁信号输出端；
所述第十五电阻与所述第三NMOS管的栅极和源极并联。
根据一些实施例，所述数据自毁电路的数据自毁包括物理自毁或者逻辑自毁，其中：
在所述MCU芯片选择所述物理自毁的情况下，所述物理自毁控制信号输出端输入低电平，所述第二NMOS管导通，所述第三PMOS管导通，所述物理自毁信号输出端输出信号，所述数据自毁电路工作；
在所述MCU芯片选择所述逻辑自毁的情况下，所述逻辑自毁控制信号输出端持续第一时间输入低电平，所述第三NMOS管导通，所述逻辑自毁信号输出端输出信号，所述数据自毁电路工作。
根据一些实施例，还包括保护机构，所述保护机构包括超短基线定位系统和抛载机构，其中：
所述超短基线定位系统与所述MCU芯片连接，用于接收所述MCU芯片的第三控制信号，以发出信标信号，所述信标信号用于所述水下无人潜航器进行定位追踪；
所述抛载机构与所述MCU芯片连接，用于接收所述MCU芯片的第四控制信号，为所述水下无人潜航器提供浮力。
根据一些实施例，所述应急系统还包括外部通信机构，与所述MCU芯片进行连接，用于对所述应急系统进行外部干预，以启用或者禁用所述自沉机构和所述数据自毁电路。
根据一些实施例，所述应急系统还包括上电电路，用于控制所述应急系统的开启与关断，所述上电电路包括上电头、断电头和硬件自锁电路，其中：
所述上电头与所述硬件自锁电路连接，用于激活所述硬件自锁电路，以开启所述应急系统；
所述断电头与所述硬件自锁电路连接，用于关断所述硬件自锁电路，以关断所述应急系统。
根据一些实施例，所述应急系统还包括充电电路，所述硬件自锁电路，包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一电容，其中：
所述第一PMOS管的源极连接所述充电电路的输出端口，漏极连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接输出电平信号端；
所述第七电阻的一端连接所述输出电平信号端，另一端接地；
所述第一电阻与所述第一PMOS管的源极和栅极并联；
所述第五电阻的一端连接所述第一PMOS管的栅极，另一端连接所述第一NMOS管的漏极；
所述第一NMOS管的栅极连接电源关闭信号正极端，源极接地；
所述第四电阻与所述第一NMOS管的栅极和源极并联；
所述第一电容与所述第四电阻并联；
所述断电头的电源关闭信号负极端连接所述第一NMOS管的源极；
所述第二电阻的一端连接所述上电头的电源开启信号负极端，另一端连接所述断电头的电源关闭信号正极端；
所述第二PMOS管的栅极连接所述第一PMOS管的栅极，源极连接所述第一PMOS管的源极，漏极连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述第一NMOS管的栅极；
所述上电头的电源开启信号正极端连接所述充电电路的输出端口。
根据一些实施例，包括：
在所述硬件自锁电路接入所述上电头的情况下，所述电源开启信号正极端和所述电源开启信号负极端短接，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管自锁，所述第一PMOS管导通，所述输出电平信号端输出高电平；
在所述硬件自锁电路接入所述断电头的情况下，所述电源关闭信号正极端和所述电源关闭信号负极端短接，所述第一PMOS管关断，所述输出电平信号端输出低电平。
根据一些实施例，所述上电电路还包括DCDC转换电路，与所述硬件自锁电路的输出电平信号端连接，其中：
在所述输出电平信号端输出高电平的情况下，所述DCDC转换电路工作，以开启所述应急系统；
在所述输出电平信号端输出低电平的情况下，所述DCDC转换电路停止工作，以关断所述应急系统。
根据一些实施例，所述应急系统还包括充电电路，用于为所述应急系统进行充电。
根据一些实施例，所述充电电路包括转换电路和电池，其中：
所述转换电路与所述电池连接，用于给所述电池充电；
所述电池与所述硬件自锁电路连接，用于在所述硬件自锁电路输出低电平的情况下，给所述应急系统供电。
根据本申请的第三方面，提出一种水下无人潜航装置，包括：
如第二方面中任一项所述的用于水下无人潜航器的应急系统；
水下无人潜航器，与所述应急系统连接，进行第一信息交互；
岸上控制单元，与所述应急系统和所述水下无人潜航器分别连接，进行第二信息交互。
本申请提出一种用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法。通过检测电路与MCU芯片的配合，可以对漏水、异常拆卸、异常掉电等故障情况进行检测，并由抛载机构、数据自毁电路和自沉机构提供包括抛载、数据自毁、自沉等功能，实现对整体设备进行不同等级的自毁动作控制，以达到上浮、自毁和自沉的目的；提供独立于水下无人潜航器的充电电路，使得应急系统能够独立工作，不受无人潜航器本体电路的影响。并且低功耗的设计可以使得应急系统在水下无人潜航器上长时间工作，满足长航程水下设备的需求。
本申请设计的检测功能可以覆盖水下无人潜航器的多种特殊情况，如作业时的任务超时、系统漏水、驶入敏感位置等，还可以应用于回收后的异常拆卸情景，通过检测水下无人潜航器状态，在特殊情况下对整体数据进行销毁，水下作业时还可以实现自沉动作，防止设备落入他人之手。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，而不是对本申请的限制。
图1示出一示例性实施例的用于水下无人潜航器的应急系统示意图；
图2示出一示例性实施例的自沉机构示意图；
图3示出一示例性实施例的漏水检测电路示意图；
图4示出一示例性实施例的防拆检测电路示意图；
图5示出一示例性实施例的驱动控制电路示意图；
图6示出一示例性实施例的数据自毁电路示意图；
图7示出一示例性实施例的逻辑自毁驱动逻辑波形示意图；
图8示出一示例性实施例的硬件自锁电路示意图；
图9示出一示例性实施例的DCDC转换电路示意图；
图10示出一示例性实施例的转换电路示意图；
图11示出一示例性实施例的水下无人潜航器的应急系统的控制方法的流程图；
图12示出一示例性实施例的水下无人潜航装置。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
图1示出一示例性实施例的用于水下无人潜航器的应急系统示意图。
如图1所示，用于水下无人潜航器的应急系统包括检测电路101、MCU芯片102、自沉机构103和数据自毁电路104。
根据示例实施例，检测电路101包括漏水检测电路1011、防拆检测电路1013和电量监测电路1015，检测电路101用于对水下无人潜航器的漏水状态检测、防拆状态检测和电量检测进行监控，分别输出检测信号至MCU芯片102；其中：
漏水状态检测是漏水检测电路1011对于水下潜航器系统内部各漏水风险点的状态监控；在发生漏水的情况下，输出变换信号至MCU芯片102。
根据一些实施例，检测电路101包括至少一组漏水检测电路1011，设置于应急系统的不同位置，MCU芯片102可根据变换信号的数量和产生的位置确定漏水故障点为非致命漏水故障点或者致命漏水故障点。
防拆状态检测是针对应急系统的安全和保密性，若水下无人潜航器被他人非法打捞后进行拆机时，防拆检测电路1013会对状态进行判断，若判断水下无人潜航器被异常拆解，防拆检测电路1013会输出第一信号至MCU芯片102，MCU芯片102输出第二控制信号至数据自毁电路，对水下无人潜航器内部的关键数据进行销毁，避免无人潜航器的关键作业数据外泄。
根据一些实施例，防拆检测电路1013会对状态进行判断包括：采集水下无人潜航器舱内的光照强度和气压，在正常情况下，水下无人潜航器舱内的光照强度和气压恒定或者变化量较小；防拆检测电路1013以一定周期监控气压和光强参数，若在某一时刻光照强度和气压同时出现较大数据变化时，则会触发防拆保护，输出第一信号至MCU芯片102，MCU芯片102控制数据自毁电路执行数据自毁。
电量检测是为了确保应急系统在正常的工作周期内进行监控，在应急系统的电池处于低电量的情况下，电量监测电路1015发送监测信号；MCU芯片102根据监测信号，输出第一控制信号和/或第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号，以实现水下无人潜航器的自沉、数据自毁或者上浮。
根据一些实施例，在正常情况下，应急系统在低功耗状态下运行时间会达到半年以上；但是在应急系统的电池处于低电量时，根据作业任务前的配置，可以对于水下无人潜航器进行相关的动作控制，使电量监测电路1015发送监测信号。
根据示例实施例，以无刷电机为例，如图2所示，自沉机构103包括驱动控制电路1031、自沉电机1033和水密连接器1035，其中：驱动控制电路1031包括CAN收发器10311和电机驱动器10313，CAN收发器10311接收MCU芯片102的第一控制信号，通信控制电机驱动器10313，电机驱动器10313驱动自沉电机1033转动，自沉电机1033转动后作用于水密连接器1035，使得水下无人潜航器舱体进水，以实现水下无人潜航器进水。
根据一些实施例，针对有刷电机，MCU芯片直接连接自沉电机1033，控制自沉电机1033的电源即可。
根据一些实施例，水下无人潜航器的作业数据存储于硬盘中，例如侧扫声呐类的图像数据记录着海洋地貌的信息，该类数据往往属于关键数据，还有水下无人潜航器的导航类信息也需要进行保护，在迫不得已的状况下，该类数据需要进行销毁方式落入他人手中。
目前的数据销毁功能主要包括：逻辑自毁和物理自毁。
MCU芯片102通过控制逻辑自毁驱动电路1041或者物理自毁驱动电路1043，驱动数据自毁电路104，以实现水下无人潜航器的数据自毁。
逻辑自毁数据一般为格式化硬盘，例如擦除数据单元等，此种自毁方式触发后硬盘的基本功能依然可以正常使用，硬盘可以重复利用，理论上有数据恢复的可能性。物理自毁数据一般为硬件烧毁，此种自毁方式一旦触发，不可恢复，硬板也不可重复利用。
根据示例实施例，应急系统针对突发的异常情况会触发保护措施，以提升设备的搜寻和回收的成功率，用于水下无人潜航器的应急系统还包括保护机构105，保护机构包括超短基线定位系统USBL1051和抛载电机1053、抛载机构1055，其中：
根据示例实施例，在水下无人潜航器出现异常情况时，MCU芯片102输出第三控制信号至超短基线定位系统USBL1051，以使超短基线定位系统USBL1051发出固定频率的信标信号，岸上控制单元依靠配套的USBL基阵对该频率的水下信标信号进行捕捉，进而对水下无人潜航器进行定位追踪。
根据一些实施例，异常情况包括检测电路检测到的漏水、被拆或者电量不足，也包括其他水下无人潜航器检测到的情况下，包括航行速度不足等，本申请仅以此为例。
根据示例实施例，在水下无人潜航器出现异常情况时，MCU芯片102输出第四控制信号至抛载电机1053，抛载电机1053驱动抛载机构1055，抛载机构1055可以通过抛出抛载块，为水下无人潜航器提供正浮力，使水下无人潜航器进行被动上浮。
根据示例实施例，应急系统还包括外部通信机构106，与MCU芯片102进行连接，用于对应急系统进行外部干预，以启用或者禁用自沉机构103和数据自毁电路104。
根据一些实施例，由于自毁自沉的功能较为敏感，在特殊情况下需要对该功能进行启用或禁用，此时可以通过本体通信1061或者卫星通信1062的形式，对应急系统进行干预，实现实时控制。
根据示例实施例，MCU芯片102根据变换信号的数量和产生的位置确定漏水故障点为非致命漏水故障点或者致命漏水故障点：
对于非致命漏水故障点，MCU芯片102输出第三控制信号，以触发保护机构105中的抛载机构1055，以实现上浮保护；
对于致命漏水故障点：在MCU芯片102与外部通信机构106正常通信的情况下，输出第五控制信号，以触发外部通信机构106通信上报至水下无人潜航器；并输出第三控制信号，以触发抛载机构1055；
在MCU芯片102与外部通信机构106通信不正常但考虑水下无人潜航器回收的情况下，控制保护机构105的超短基线定位系统1051发射信标信号，信标信号用于水下无人潜航器进行定位追踪；
在MCU芯片102与水下无人潜航器系统外部通信机构106通信不正常且不考虑水下无人潜航器回收的情况下，输出第一控制信号和第二控制信号，以实现水下无人潜航器的自沉和数据自毁。
根据示例实施例，应急系统还包括上电电路107，用于控制应急系统的开启与关断，上电电路107包括上电头1071、断电头1073和硬件自锁电路1075，其中：上电头1071与硬件自锁电路1075连接，用于激活硬件自锁电路1075，以开启应急系统；断电头1073与硬件自锁电路1075连接，用于关断硬件自锁电路1075，以关断应急系统。
根据一些实施例，应急系统的上电逻辑分为上电和断电两部分，上电和断电都使用同型号的水面连接器，应急系统通过上电头1071上电后，将会完成上电自锁功能，此时拔掉上电头1071，应急系统不会断电；只有在插入断电头1073后，应急系统才会断电。
根据示例实施例，使用上电自锁功能是因为应急系统中的状态监测包括防拆检测功能，是防止设备被他人恶意打捞后进行拆解获取内部的数据，故即使被人恶意拆除上电头后，应急系统仍然需要保持持续工作，可以实现触发数据自毁的功能。
根据示例实施例，应急系统还包括充电电路108，用于为应急系统进行充电，充电电路108包括转换电路1081和电池1083，其中：转换电路1081与电池1083连接，用于将水下无人潜航器系统电池的电转换给电池1083充电；电池1083与硬件自锁电路1075连接，用于在硬件自锁电路1075工作的情况下，给应急系统供电。
根据示例实施例，电池1083与电量监测电路1015连接，用于监测电池1083的电量，在应急系统的电池处于低电量时，发送监测信号至MCU芯片102。
根据示例实施例，应急系统整体独立于水下无人潜航器系统工作，并且在低功耗模式可以工作半年以上，将充电电路108连接至水下无人潜航器系统，在水下无人潜航器工作的过程中可以对应急系统电池进行充电，省去了需要定期更换应急系统电池的工作。
根据一些实施例，由于应急系统的功能重要，故使用独立的电池确保应急系统的功能不受水下无人潜航器的本体电源影响。
本申请提出一种用于水下无人潜航器的应急系统。通过检测电路与MCU芯片的配合，可以对漏水、异常拆卸、异常掉电等故障情况进行检测，并由抛载机构、数据自毁电路和自沉机构提供包括抛载、数据自毁、自沉等功能，实现对整体设备进行不同等级的自毁动作控制，以达到上浮、自毁和自沉的目的；提供独立于水下无人潜航器的充电电路，使得应急系统能够独立工作，不受无人潜航器本体电路的影响。并且低功耗的设计可以使得应急系统在水下无人潜航器上长时间工作，满足长航程水下设备的需求。
本申请设计的检测功能可以覆盖水下无人潜航器的多种特殊情况，如作业时的任务超时、系统漏水、驶入敏感位置等，还可以应用于回收后的异常拆卸情景，通过检测水下无人潜航器状态，在特殊情况下对整体数据进行销毁，水下作业时还可以实现自沉动作，防止设备落入他人之手。
图3示出一示例性实施例的漏水检测电路示意图。
如图3所示，漏水检测电路包括第一漏水检测线Test-、第二漏水检测线Test+、运放芯片U3、光电耦合器U2、第八电阻R4、第九电阻R3、第十电阻R2和第十一电阻R1，其中：第一漏水检测线Test-连接第八电阻R4的一端，第八电阻R4的另一端连接运放芯片的负输入端；第二漏水检测线Test+连接运放芯片U3的正输入端，第一漏水检测线接地；第九电阻R3的一端连接供电电源，另一端连接运放芯片U3的负输入端；第十电阻R2的一端连接供电电源，另一端连接运放芯片U3的正输入端；运放芯片U3的输出端连接光电耦合器U2的输入端的一端，光电耦合器U2的输入端的另一端连接第十一电阻R1后连接供电电源；光电耦合器U2的输出端的一端连接漏水检测信号输出端Signal，另一端接地。
根据一些实施例，在水下无人潜航器出现漏水故障的情况下，运放芯片U2的正输入端输入低电平，运放芯片U2的输出端输出电平变化，漏水检测信号输出端Signal输出变换信号；MCU芯片102采集变换信号，以对漏水故障进行判断。
根据一些实施例，多组漏水检测电路的组合使用，可以对漏水检测点进行定位并确定漏水故障点为非致命漏水故障点或者致命漏水故障点。
图4示出一示例性实施例的防拆检测电路示意图。
防拆检测电路包括光敏采集电路和气压检测电路，如图4所示，光敏采集电路包括光敏电阻R44和接插件P9，光敏电阻R44的一端连接供电电源，另一端连接接插件P9的1端，接插件P9的2端接地，利用光敏电阻R44将光信号转换为电信号，由接插件P9输出而产生变化信号。
根据一些实施例，气压检测电路可以由气压检测芯片实现，本申请不以此为限。
图5示出一示例性实施例的驱动控制电路示意图。
针对无刷电机，自沉机构103还包括驱动控制电路1031，其中，驱动控制电路1031包括CAN收发器10311和电机驱动器10313。
CAN收发器10311接收MCU芯片102的控制信号，从输出端CAN P与CAN N端输出电机驱动信号，以对自沉电机1033实现通信控制；MCU芯片102连接电机驱动器10313，ADC IN/IO引脚为电源反馈引脚，用于MCU芯片102判断自沉电机1033的电源当前状态是开启还是关闭，以对自沉电机1033实现电源控制。
图6示出一示例性实施例的数据自毁电路示意图。
如图6所示，数据自毁电路包括第十二电阻R6、第十三电阻R7、第十四电阻R8、第十五电阻R9、第三PMOS管Q1、第二NMOS管Q3和第三NMOS管Q4，连接器P2，其中：第三PMOS管Q1的源极连接充电电路的输出端口，漏极连接连接器P2的物理自毁信号输出端，栅极连接第十三电阻R7的一端，第十三电阻R7的另一端连接第二NMOS管Q3的漏极；第二NMOS管Q3的源极接地，栅极连接MCU芯片102的物理自毁控制信号输出端Phy Dertroy Ctrl；第十四电阻R8与第二NMOS管Q3的源极和栅极并联；第十二电阻R6与第三PMOS管Q1的源极和栅极并联；第三NMOS管Q4的栅极连接MCU芯片102的逻辑自毁控制信号输出端Logic Destroy Ctrl，源极接地，漏极连接连接器的逻辑自毁信号输出端；第十五电阻R9与第三NMOS管Q4的栅极和源极并联。
根据示例实施例，在MCU芯片102选择物理自毁的情况下，物理自毁控制信号输出端Phy Dertroy Ctrl输入低电平，第二NMOS管Q3导通，第三PMOS管Q1导通，物理自毁信号输出端输出信号，数据自毁电路工作。
根据示例实施例，在MCU芯片102选择逻辑自毁的情况下，逻辑自毁控制信号输出端Logic Destroy Ctrl持续第一时间输入低电平，第三NMOS管Q4导通，逻辑自毁信号输出端输出信号，数据自毁电路工作。
根据一些实施例，本申请以逻辑自毁控制信号输出端Logic Destroy Ctrl持续第一时间输入低电平，数据自毁电路才执行数据自毁为例，如图7所示，在3s内持续输入低电平，数据自毁电路开始销毁。若持续时间未满足3s，则数据自毁电路不工作。
图8示出一示例性实施例的硬件自锁电路示意图。
如图8所示，硬件自锁电路，包括第一PMOS管Q2、第二PMOS管Q5、第一NMOS管Q7、第一电阻R16、第二电阻R15、第三电阻R13、第四电阻R14、第五电阻R11、第六电阻R10、第七电阻R12和第一电容C8，其中：第一PMOS管Q2的源极连接充电电路的输出端口，漏极连接第六电阻R10的一端，第六电阻R10的另一端连接输出电平信号端ON/OFF；第七电阻R12的一端连接输出电平信号端ON/OFF，另一端接地；第一电阻R16与第一PMOS管Q2的源极和栅极并联；第五电阻R11的一端连接第一PMOS管Q2的栅极，另一端连接第一NMOS管Q7的漏极；第一NMOS管Q7的栅极连接电源关闭信号正极端Power OFF+，源极接地；第四电阻R14与第一NMOS管Q7的栅极和源极并联；第一电容C8与第四电阻R14并联；断电头的电源关闭信号负极端PowerOFF-连接第一NMOS管Q7的源极；第二电阻R15的一端连接上电头的电源开启信号负极端Power ON-，另一端连接断电头的电源关闭信号正极端Power OFF+；第二PMOS管Q5的栅极连接第一PMOS管Q2的栅极，源极连接第一PMOS管Q2的源极，漏极连接第三电阻R13的一端，第三电阻的另一端连接第一NMOS管Q7的栅极；上电头的电源开启信号正极端Power ON+连接充电电路的输出端口。
根据一些实施例，在硬件自锁电路接入上电头的情况下，电源开启信号正极端Power ON+和电源开启信号负极端Power ON-短接，第一NMOS管Q7和第二PMOS管Q5自锁，第一PMOS管Q2导通，输出电平信号端ON/OFF输出高电平；
在硬件自锁电路接入断电头的情况下，电源关闭信号正极端Power OFF+和电源关闭信号负极端Power OFF-短接，第一PMOS管Q2关断，输出电平信号端ON/OFF输出低电平。
根据一些实施例，外部的机械开关存在失效的可能，硬件自锁电路1075使得电路在开关失效的状态下还可以持续工作。硬件自锁电路1075的上电和断电提供一种可靠的开启和关断的方式，相比与软件开关，避免的软件程序的误触发可能，由于应急系统内部的自毁和自沉功能会导致设备作业失败甚至设备丢失，所以对于功能的确认需要经过硬件自锁电路的判断。
图9示出一示例性实施例的DCDC转换电路示意图。
根据示例实施例，上电电路还包括DCDC转换电路，连接于硬件自锁电路与MCU芯片之间，以开启或关断应急系统。
如图9所示，DCDC转换电路包括芯片U8，其中，芯片U8的5端输入电平信号ON/OFF。
根据示例实施例，在芯片U8的5端输入电平信号ON/OFF为高电平的情况下，DCDC转换电路工作，应急系统开启；在芯片U8的5端输入电平信号ON/OFF为低电平的情况下，DCDC转换电路停止工作，应急系统关断。
图10示出一示例性实施例的转换电路示意图。
如图10所示，转换电路包括隔离电源模块U5、电压转换模块U6，并联电阻R20，其中，水下无人潜航器的电源经过Sys_BAT端输入，经过隔离电源模块U5行电气隔离，防止模块前后级的电气耦合，避免应急系统的故障影响无人潜航器本体的电池正常工作；隔离后由电压转换模块U6行电压转换，最终转换出应急系统的电池P6的充电电压；并通过并联电阻R20对应急系统的电池P6进行限流充电。
图11示出一示例性实施例的水下无人潜航器的应急系统的控制方法的流程图。
S201，MCU芯片接收检测电路对水下无人潜航器的状态进行监控输出的检测信号。
根据示例实施例，检测电路对水下无人潜航器的状态进行监控包括漏水检测、防拆检测和电量监测：
漏水检测：在发生漏水的情况下，输出变换信号至MCU芯片。
防拆检测：采集水下无人潜航器舱内的光照强度和气压，在正常情况下，水下无人潜航器舱内的光照强度和气压恒定或者变化量较小；防拆检测电路以一定周期监控气压和光强参数，若在某一时刻光照强度和气压同时出现较大数据变化时，则会触发防拆保护，输出第一信号至MCU芯片。
电量监测：在应急系统的电池处于低电量的情况下，电量监测电路发送监测信号。
S202，根据检测信号输出第一控制信号至自沉机构和/或第二控制信号至数据自毁电路，以实现水下无人潜航器的自沉和/或数据自毁。
在发生漏水的情况下，输出变换信号至MCU芯片；MCU芯片可根据变换信号的数量和产生的位置确定漏水故障点为非致命漏水故障点或者致命漏水故障点。
对于非致命漏水故障点，MCU芯片输出第三控制信号，触发保护机构中的抛载机构，以实现上浮保护；
对于致命漏水故障点：在MCU芯片与外部通信机构正常通信的情况下，输出第五控制信号至外部通信机构，触发外部通信机构通信上报至水下无人潜航器；并输出第三控制信号，触发抛载机构；
在MCU芯片与外部通信机构通信不正常但考虑水下无人潜航器回收的情况下，控制保护机构的超短基线定位系统发射信标信号，信标信号用于水下无人潜航器进行定位追踪；
在MCU芯片与水下无人潜航器系统外部通信机构通信不正常且不考虑水下无人潜航器回收的情况下，输出第一控制信号和第二控制信号，以实现水下无人潜航器的自沉和数据自毁。
防拆检测：
防拆检测电路在判断水下无人潜航器被异常拆解的情况下，输出第一信号至MCU芯片，MCU芯片输出第二控制信号控制数据自毁电路执行数据自毁。
电量监测：
电量监测电路发送监测信号，MCU芯片根据监测信号，输出第一控制信号至自沉机构和/或第二控制信号至数据自毁电路、第三控制信号至USBL和第四控制信号至抛载机构，以实现水下无人潜航器的自沉、数据自毁或者上浮。
根据一些实施例，MCU芯片还接收外部通信机构发送的第二信号，并根据第二信号输出第一控制信号至自沉机构和/或第二控制信号至数据自毁电路，以实现水下无人潜航器的自沉、数据自毁。
本申请提出一种用于水下无人潜航器的应急系统的控制方法。通过检测电路与MCU芯片的配合，可以对漏水、异常拆卸、异常掉电等故障情况进行检测，并由抛载机构、数据自毁电路和自沉机构提供包括抛载、数据自毁、自沉等功能，实现对整体设备进行不同等级的自毁动作控制，以达到上浮、自毁和自沉的目的；提供独立于水下无人潜航器的充电电路，使得应急系统能够独立工作，不受无人潜航器本体电路的影响。并且低功耗的设计可以使得应急系统在水下无人潜航器上长时间工作，满足长航程水下设备的需求。
图12示出一示例性实施例的水下无人潜航装置。
如图12所示，水下无人潜航装置包括用于水下无人潜航器的应急系统1，水下无人潜航器2和岸上控制单元3，其中：
应急系统1根据检测判断水下无人潜航器2的状态，输出控制信号以实现对水下无人潜航器2的自沉或者数据自毁，以对水下无人潜航器2提供保护；
水下无人潜航器2与应急系统1连接，进行第一信息交互，将水下无人潜航器2内部的测量数据发送给应急系统1，使应急系统提供相应的保护；可以覆盖水下无人潜航器的多种特殊情况，如作业时的任务超时、系统漏水、驶入敏感位置等。
岸上控制单元3，与应急系统1和水下无人潜航器2分别连接，进行第二信息交互，岸上控制单元3可通过自行输出控制信号至应急系统1，以通过人为操控实现水下无人潜航器2保护。
本申请提出一种用于水下无人潜航装置。通过检测电路与MCU芯片的配合，可以对漏水、异常拆卸、异常掉电等故障情况进行检测，并由抛载机构、数据自毁电路和自沉机构提供包括抛载、数据自毁、自沉等功能，实现对整体设备进行不同等级的自毁动作控制，以达到上浮、自毁和自沉的目的；提供独立于水下无人潜航器的充电电路，使得应急系统能够独立工作，不受无人潜航器本体电路的影响。并且低功耗的设计可以使得应急系统在水下无人潜航器上长时间工作，满足长航程水下设备的需求。
本申请设计的检测功能可以覆盖水下无人潜航器的多种特殊情况，如作业时的任务超时、系统漏水、驶入敏感位置等，还可以应用于回收后的异常拆卸情景，通过检测水下无人潜航器状态，在特殊情况下对整体数据进行销毁，水下作业时还可以实现自沉动作，防止设备落入他人之手。
应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (19)
1.一种用于水下无人潜航器的应急系统的控制方法，其特征在于，所述应急系统包括检测电路，MCU芯片，自沉机构和数据自毁电路，所述检测电路包括防拆检测电路，所述控制方法用于所述MCU芯片，所述控制方法包括：
接收所述检测电路对所述水下无人潜航器的状态进行监控输出的检测信号；
根据所述检测信号输出第一控制信号至自沉机构，以实现所述水下无人潜航器的自沉；以及/或者
根据所述检测信号输出第二控制信号至数据自毁电路，以实现所述水下无人潜航器的数据自毁；
接收所述防拆检测电路在水下无人潜航器内部光照强度和气压均变化的情况下，输出的第一信号；
根据所述第一信号，输出所述第二控制信号。
2.如权利要求1的控制方法，其特征在于，所述应急系统包括保护机构和外部通信机构，所述检测电路包括漏水检测电路，所述检测信号包括所述检测电路输出的变换信号，所述方法还包括：
根据所述变换信号的位置和数量，确定漏水故障点为非致命漏水故障点或者致命漏水故障点：
对于非致命漏水故障点，输出第三控制信号，以触发所述保护机构中的抛载机构，以实现上浮保护；
对于致命漏水故障点，在与所述外部通信机构正常通信的情况下，输出第五控制信号，以触发所述外部通信机构通信上报至所述水下无人潜航器，并输出所述第三控制信号，以触发所述抛载机构；
在与所述外部通信机构通信不正常但考虑所述水下无人潜航器回收的情况下，控制所述保护机构的超短基线定位系统发射信标信号，所述信标信号用于所述水下无人潜航器进行定位追踪；
在与水下无人潜航器系统所述外部通信机构通信不正常且不考虑所述水下无人潜航器回收的情况下，输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以实现所述水下无人潜航器的自沉和数据自毁。
3.如权利要求1的控制方法，其特征在于，所述应急系统包括充电电路，所述检测电路包括电量监测电路，所述方法还包括：
接收所述电量监测电路在所述应急系统的电池处于低电量的情况下发送的监测信号；
根据所述监测信号，输出所述第一控制信号和/或所述第二控制信号。
4.如权利要求1的控制方法，其特征在于，所述应急系统包括外部通信机构，所述方法还包括：
接收所述外部通信机构的第二信号；
根据所述第二信号输出所述第一控制信号和/或所述第二控制信号。
5.一种用于水下无人潜航器的应急系统，其特征在于，包括：
检测电路，用于对所述水下无人潜航器的状态进行监控，输出检测信号；
MCU芯片，与所述检测电路连接，用于执行如权利要求1-4中任一项所述的方法；
自沉机构，与所述MCU芯片连接，用于接收所述第一控制信号，以实现自沉目的；
数据自毁电路，与所述MCU芯片连接，用于接收所述第二控制信号，以销毁所述水下无人潜航器的数据。
6.如权利要求5所述的应急系统，其特征在于，所述检测电路包括至少一组漏水检测电路，所述漏水检测电路包括第一漏水检测线、第二漏水检测线、运放芯片、光电耦合器、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻，其中：
所述第一漏水检测线连接所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接所述运放芯片的负输入端；
所述第二漏水检测线连接所述运放芯片的正输入端，所述第一漏水检测线接地；
所述第九电阻的一端连接供电电源，另一端连接所述运放芯片的负输入端；
所述第十电阻的一端连接供电电源，另一端连接所述运放芯片的正输入端；
所述运放芯片的输出端连接所述光电耦合器的输入端的一端，所述光电耦合器的输入端的另一端连接所述第十一电阻后连接供电电源；所述光电耦合器的输出端的一端连接漏水检测信号输出端，另一端接地。
7.如权利要求6所述的应急系统，其特征在于：
在所述水下无人潜航器出现漏水故障的情况下，所述运放芯片的正输入端输入低电平，所述运放芯片的输出端输出电平变化，所述漏水检测信号输出端输出变换信号；
所述MCU芯片用于采集所述变换信号，以对漏水故障进行判断。
8.如权利要求5所述的应急系统，其特征在于，所述自沉机构包括自沉电机，其中：
所述MCU芯片驱动所述自沉电机转动，以实现所述水下无人潜航器自沉。
9.如权利要求5所述的应急系统，其特征在于，所述应急系统还包括充电电路，所述数据自毁电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第三PMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管，连接器，其中：
所述第三PMOS管的源极连接所述充电电路的输出端口，漏极连接所述连接器的物理自毁信号输出端，栅极连接所述第十三电阻的一端，所述第十三电阻的另一端连接所述第二NMOS管的漏极；
所述第二NMOS管的源极接地，栅极连接所述MCU芯片的物理自毁控制信号输出端；
所述第十四电阻与所述第二NMOS管的源极和栅极并联；
所述第十二电阻与所述第三PMOS管的源极和栅极并联；
所述第三NMOS管的栅极连接所述MCU芯片的逻辑自毁控制信号输出端，源极接地，漏极连接所述连接器的逻辑自毁信号输出端；
所述第十五电阻与所述第三NMOS管的栅极和源极并联。
10.如权利要求9所述的应急系统，其特征在于，所述数据自毁电路的数据自毁包括物理自毁或者逻辑自毁，其中：
在所述MCU芯片选择所述物理自毁的情况下，所述物理自毁控制信号输出端输入低电平，所述第二NMOS管导通，所述第三PMOS管导通，所述物理自毁信号输出端输出信号，所述数据自毁电路工作；
在所述MCU芯片选择所述逻辑自毁的情况下，所述逻辑自毁控制信号输出端持续第一时间输入低电平，所述第三NMOS管导通，所述逻辑自毁信号输出端输出信号，所述数据自毁电路工作。
11.如权利要求5所述的应急系统，其特征在于，还包括保护机构，所述保护机构包括超短基线定位系统和抛载机构，其中：
所述超短基线定位系统与所述MCU芯片连接，用于接收所述MCU芯片的第三控制信号，以发出信标信号，所述信标信号用于所述水下无人潜航器进行定位追踪；
所述抛载机构与所述MCU芯片连接，用于接收所述MCU芯片的第四控制信号，为所述水下无人潜航器提供浮力。
12.如权利要求5所述的应急系统，其特征在于，所述应急系统还包括外部通信机构，与所述MCU芯片进行连接，用于对所述应急系统进行外部干预，以启用或者禁用所述自沉机构和所述数据自毁电路。
13.如权利要求5所述的应急系统，其特征在于，所述应急系统还包括上电电路，用于控制所述应急系统的开启与关断，所述上电电路包括上电头、断电头和硬件自锁电路，其中：
所述上电头与所述硬件自锁电路连接，用于激活所述硬件自锁电路，以开启所述应急系统；
所述断电头与所述硬件自锁电路连接，用于关断所述硬件自锁电路，以关断所述应急系统。
14.如权利要求13所述的应急系统，其特征在于，所述应急系统还包括充电电路，所述硬件自锁电路，包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一电容，其中：
所述第一PMOS管的源极连接所述充电电路的输出端口，漏极连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接输出电平信号端；
所述第七电阻的一端连接所述输出电平信号端，另一端接地；
所述第一电阻与所述第一PMOS管的源极和栅极并联；
所述第五电阻的一端连接所述第一PMOS管的栅极，另一端连接所述第一NMOS管的漏极；
所述第一NMOS管的栅极连接电源关闭信号正极端，源极接地；
所述第四电阻与所述第一NMOS管的栅极和源极并联；
所述第一电容与所述第四电阻并联；
所述断电头的电源关闭信号负极端连接所述第一NMOS管的源极；
所述第二电阻的一端连接所述上电头的电源开启信号负极端，另一端连接所述断电头的电源关闭信号正极端；
所述第二PMOS管的栅极连接所述第一PMOS管的栅极，源极连接所述第一PMOS管的源极，漏极连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述第一NMOS管的栅极；
所述上电头的电源开启信号正极端连接所述充电电路的输出端口。
15.如权利要求14所述的应急系统，其特征在于，包括：
在所述硬件自锁电路接入所述上电头的情况下，所述电源开启信号正极端和所述电源开启信号负极端短接，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管自锁，所述第一PMOS管导通，所述输出电平信号端输出高电平；
在所述硬件自锁电路接入所述断电头的情况下，所述电源关闭信号正极端和所述电源关闭信号负极端短接，所述第一PMOS管关断，所述输出电平信号端输出低电平。
16.如权利要求15所述的应急系统，其特征在于，所述上电电路还包括DCDC转换电路，与所述硬件自锁电路的输出电平信号端连接，其中：
在所述输出电平信号端输出高电平的情况下，所述DCDC转换电路工作，以开启所述应急系统；
在所述输出电平信号端输出低电平的情况下，所述DCDC转换电路停止工作，以关断所述应急系统。
17.如权利要求13所述的应急系统，其特征在于，所述应急系统还包括充电电路，用于为所述应急系统进行充电。
18.如权利要求17所述的应急系统，其特征在于，所述充电电路包括转换电路和电池，其中：
所述转换电路与所述电池连接，用于给所述电池充电；
所述电池与所述硬件自锁电路连接，用于在所述硬件自锁电路输出低电平的情况下，给所述应急系统供电。
19.一种水下无人潜航装置，其特征在于，包括：
如权利要求5-18中任一项所述的用于水下无人潜航器的应急系统；
水下无人潜航器，与所述应急系统连接，进行第一信息交互；
岸上控制单元，与所述应急系统和所述水下无人潜航器分别连接，进行第二信息交互。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310409751.8A CN116118984B (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 用于水下无人潜航器的应急系统、装置及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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