CN205721253U - 水下设备光纤控制开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下设备光纤控制开关，涉及开关技术领域。所述光纤控制开关包括水上控制终端、水下输出终端、连接光纤。所述水上控制终端包括：单片机、光纤发送模块、光纤接收模块、供电模块、状态指示模块、按键开关和壳体。所述水下输出终端包括：单片机、光纤发送模块、光纤接收模块、供电模块、K1开关晶体管、K2开关晶体管、切换开关、水密接头和密封壳体。使用本实用新型对水下设备进行控制，可有效隔绝水面上的电磁干扰，保证设备正常工作；控制信号通过光纤传输，信号衰减小，控制距离长；本实用新型成本低廉，部署与操作简便，易于推广使用。

Description

水下设备光纤控制开关

技术领域

本实用新型涉及开关技术领域，尤其涉及一种水下设备光纤控制开关。

背景技术

在海洋研究、开发和利用活动中，需要大量设备在水下作业，操作人员在水面上对设备进行控制，最常用的为设备开关控制。由于电磁波在水中衰减极强，无线控制开关无法在水下正常工作，目前常用的控制开关为电缆控制开关和水声应答开关。电缆控制开关简便易行，但信号衰减较大而影响了控制距离，同时会将水面上的电磁干扰引入到水下，在很多应用场合会影响设备的正常工作。水声应答开关控制效果较好，但是造价高昂，其实用性受到限制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种水下设备光纤控制开关，所述控制开关具有成本低廉，部署与操作简便，易于推广使用的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种水下设备光纤控制开关，其特征在于：包括水上控制终端、水下输出终端和连接光纤，所述水上控制终端与水下输出终端之间通过连接光纤连接，水上控制终端发出控制信号，控制信号经由连接光纤传输到水下输出终端，水下输出终端根据输入信号导通和关断开关，控制水下设备运行，并将水下输出终端的反馈信号通过连接光纤传输至水上控制终端进行分析和处理。

进一步的技术方案在于：所述水上控制终端包括第一壳体，所述第一壳体内设有第一单片机、第一光纤发送模块、第一光纤接收模块、第一供电模块、状态指示模块和按键开关，所述按键开关与所述第一单片机的信号输入端连接，用于输入控制信号；所述第一光纤发送模块与所述第一单片机的信号输出端连接，用于接收从单片机传输来的电平信号，并将电平信号转换为可通过光纤传输的光信号；所述第一光纤接收模块与所述第一单片机的信号输入端连接，用于接收光纤传输来的光信号，并将光信号转换为电平信号，输送至所述第一单片机进行分析和处理；所述状态指示模块与所述第一单片机的信号输出端连接，用于指示所述光纤控制开关的工作状态；所述第一供电模块与所述水上控制终端中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述第一单片机用于负责协调控制各模块正常工作，产生光纤发射模块需要的脉冲信号，处理从光纤接收模块接到的控制指令。

进一步的技术方案在于：所述水下输出终端包括第二壳体，所述第二壳体内设有第二单片机、第二光纤发送模块、第二光纤接收模块、第二供电模块、切换开关、开关晶体管K1和开关晶体管K2，所述第二光纤发送模块与所述第二单片机的信号输出端连接，用于接收从单片机传输来的反馈信号，并将反馈信号转换为可通过光纤传输的光信号；所述第二光纤接收模块与所述第二单片机的信号输入端连接，用于接收光纤传输来的光信号，并将光信号转换为电平信号，输送至所述第二单片机进行分析和处理；所述第二供电模块与所述水下输出终端中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述第二单片机用于负责协调控制各模块正常工作，产生光纤发射模块需要的脉冲信号，处理从光纤接收模块接到的控制指令；所述第二单片机经所述切换开关与所述开关晶体管K1以及开关晶体管K2分别连接，所述开关晶体管K1以及开关晶体管K2与水下设备连接；所述切换开关受控于所述第二单片机，根据水下设备的电压值单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K1或开关晶体管K2与水下设备连接。

进一步的技术方案在于：所述光纤发送模块采用Avago公司的HFBR-1414TZ型光纤发送模块。

进一步的技术方案在于：所述光纤接收模块采用Avago公司的HFBR-2412TZ型光纤接收模块。

进一步的技术方案在于：所述供电模块包括锂电池和电源转换芯片，所述锂电池的电压经所述电源转换芯片转换为5V和3.3V输出给相应的模块。

进一步的技术方案在于：所述状态指示模块由5个红绿光电二极管组成，用于指示开关系统的工作状态；工作状态分别为：水上控制终端工作状态、开关信号发出状态、水下终端接收信号状态、水下终端指令发出状态，完成状态为发绿光，否则发红光。

进一步的技术方案在于：所述开关晶体管K1选用IRFZ48N型场效应开关管，当水下设备的控制电压小于等于55V时，第二单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K1与水下设备连接；所述开关晶体管K2选用IRF840场效应开关管，当水下设备的控制电压大于55V时，第二单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K2与水下设备连接。

进一步的技术方案在于：所述第二壳体上设有水密接头，用于实现所述水下设备与所述水下输出终端的密封连接。

进一步的技术方案在于：所述连接光纤采用两芯50/125μm规格光纤，一芯用于传输控制信号，另一芯用于传输反馈信号。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：使用本实用新型对水下设备进行控制，可有效隔绝水面上的电磁干扰，保证设备正常工作；控制信号通过光纤传输，信号衰减小，控制距离长，具有成本低廉，部署与操作简便，易于推广使用的特点。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

其中：1、水上控制终端2、水下输出终端3、连接光纤。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

总体的，如图1所示，本实用新型公开了一种水下设备光纤控制开关，包括水上控制终端1、水下输出终端2和连接光纤3。所述水上控制终端1与水下输出终端2之间通过连接光纤3连接，水上控制终端1发出控制信号，控制信号经由连接光纤3传输到水下输出终端2，水下输出终端2根据输入信号导通和关断开关，控制水下设备运行，并将水下输出终端2的反馈信号通过连接光纤3传输至水上控制终端1进行分析和处理。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，具体的，所述水上控制终端1包括第一壳体，所述第一壳体内设有第一单片机、第一光纤发送模块、第一光纤接收模块、第一供电模块、状态指示模块和按键开关，所述按键开关与所述第一单片机的信号输入端连接，所述第一光纤发送模块与所述第一单片机的信号输出端连接，所述第一光纤接收模块与所述第一单片机的信号输入端连接，所述状态指示模块与所述第一单片机的信号输出端连接，所述第一供电模块与所述水上控制终端中需要供电的模块的电源输入端连接。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，具体的，所述水下输出终端2包括第二壳体，所述第二壳体内设有第二单片机、第二光纤发送模块、第二光纤接收模块、第二供电模块、切换开关、开关晶体管K1和开关晶体管K2。所述第二光纤发送模块与所述第二单片机的信号输出端连接，所述第二光纤接收模块与所述第二单片机的信号输入端连接，所述第二供电模块与所述水下输出终端中需要供电的模块的电源输入端连接，所述第二单片机经所述切换开关与所述开关晶体管K1以及开关晶体管K2分别连接，所述开关晶体管K1以及开关晶体管K2与水下设备连接；所述切换开关受控于所述第二单片机，根据水下设备的电压值单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K1或开关晶体管K2与水下设备连接。

第一单片机和第二单片机采用德州仪器的MSP430单片机，负责协调控制各模块正常工作，产生光纤发射需要的信号脉冲，处理从光纤接收器接到的控制指令，并向开关晶体管K1和K2发送控制指令。

第一光纤发送模块和第二光纤发送模块采用Avago公司的HFBR-1414TZ，采用820nm波长技术，该模块接收从单片机传输来的电平信号，并将电平信号转换为可通过光纤传输的光信号。

第一光纤接收模块和第二光纤接收模块采用Avago公司的HFBR-2412TZ，采用820nm波长技术，该模块接收从光纤上传输来的光信号，并转换为电平信号，输送到单片机进行分析和处理。

第一供电模块和第二供电模块采用7.4V锂电池供电，电压转换芯片为一片LM2576S-5.0和一片AMS1117-3.3，将锂电池7.4V电压转换成5V和3.3V输出，为系统提供电源，电源的输入输出进行了有效隔离，并通过旁路电容进行滤波。

状态指示模块由5个红绿光电二极管组成，用于指示所述光纤控制开关的工作状态。工作状态分别为：水上控制终端工作状态、开关信号发出状态、水下终端接收信号状态、水下终端指令发出状态，完成状态为发绿光，否则发红光。

按键开关为非锁定机械开关，开关两端分别连接到第一单片机的IO端口和地端。IO端口通过上拉电阻连接到第一单片机的电源正极，平时处理高电平状态；当按下按键开关时，端口与地相连，被输入一个由高电平到低电平的脉冲信号，单片机将该信号进行处理，光纤控制开关进行开关动作。

第一壳体为铝制壳体，并具备一定的防水功能。

开关晶体管K1选用IRFZ48N场效应开关管，导通电阻小，可达0.014Ω，但可控电压较小，最大为55V。当水下设备的控制电压小于等于55V时，应接入开关晶体管K1。

开关晶体管K2选用IRF840场效应开关管，导通电阻较大，为0.85Ω，可控电压较大，可达500V。当水下设备的控制电压大于55V时，应接入开关晶体管K2。

切换开关采用普通三脚拨动开关，公共引脚接到单片机的控制信号输出口，一个开关引脚接到开关晶体管K1的控制引脚，另一个开关引脚接到开关晶体管K2的控制引脚。根据设备的控制要求选择接入光纤控制开关的开关晶体管，通过切换开关进行切换。

水密接头采用双芯防水插头，用于将开关连接到要控制的水下设备，根据设备工作水深，选择对应防水级别的插头。

第二壳体采用钢制罐形结构，顶盖和罐体通过螺丝固定在一起，并配有防水密封圈，顶盖上电信号输出孔和光纤进孔，电信号输出电缆通过水密接头连接到要控制的水下设备。

连接光纤采用两芯50/125μm规格光纤，一芯用于传输控制信号，另一芯用于反馈控制结果。采用非金属加强构件，可有效阻断水面上的电磁干扰。

光纤控制开关工作时，水上控制终端位于水面的工作平台上，水下输出终端位于水下，通过水密接头与要控制的水下设备相连，水上控制终端与水下输出终端通过连接光纤相连。

按下水上控制终端上的按键开关，一个下降沿脉冲信号输入到第一单片机的IO端口，第一单片机随即生成一个固定时长T的低电平信号S1，S1输入到第一光纤发送模块，第一光纤发送模块发出时长T的光信号，光信号经由连接光纤传输到水下输出终端。水下输出终端上的第二光纤接收模块接收到该光信号，将该光信号转化为电平信号输出到第二单片机的IO端口，第二单片机发出时长T的控制电平信号S2，S2输入到切换开关的公共引脚。事先根据要控制的水下设备的控制电压特性，通过切换开关选择接入系统的是开关晶体管K1还是开关晶体管K2。要控制的水下设备通过水密接头连接到选择的开关晶体管，信号S2控制着开关晶体管导通T时长，水下设备的控制接口的两端被导通T时长，完成相应的作业动作。

信号S2同时被输入到第二光纤发送模块，第二光纤发送模块将电平信号转化为光信号，通过连接光纤传输到水上控制终端。水上控制终端的第一光纤接收模块将光信号转化为电平信号，输入到第一单片机，第一单片机通过IO端口将信号输出到状态指示模块，实现控制结果的反馈。在整个控制过程中，状态指示模块随时指示系统的工作进程和工作状态。

使用本实用新型对水下设备进行控制，可有效隔绝水面上的电磁干扰，保证设备正常工作；控制信号通过光纤传输，信号衰减小，控制距离长，具有成本低廉，部署与操作简便，易于推广使用的特点。

Claims (10)

1.一种水下设备光纤控制开关，其特征在于：包括水上控制终端（1）、水下输出终端（2）和连接光纤（3），所述水上控制终端（1）与水下输出终端（2）之间通过连接光纤（3）连接，水上控制终端（1）发出控制信号，控制信号经由连接光纤（3）传输到水下输出终端（2），水下输出终端（2）根据输入信号导通和关断开关，控制水下设备运行，并将水下输出终端（2）的反馈信号通过连接光纤（3）传输至水上控制终端（1）进行分析和处理。

2.如权利要求1所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述水上控制终端（1）包括第一壳体，所述第一壳体内设有第一单片机、第一光纤发送模块、第一光纤接收模块、第一供电模块、状态指示模块和按键开关，所述按键开关与所述第一单片机的信号输入端连接，用于输入控制信号；所述第一光纤发送模块与所述第一单片机的信号输出端连接，用于接收从单片机传输来的电平信号，并将电平信号转换为可通过光纤传输的光信号；所述第一光纤接收模块与所述第一单片机的信号输入端连接，用于接收光纤传输来的光信号，并将光信号转换为电平信号，输送至所述第一单片机进行分析和处理；所述状态指示模块与所述第一单片机的信号输出端连接，用于指示所述光纤控制开关的工作状态；所述第一供电模块与所述水上控制终端中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述第一单片机用于负责协调控制各模块正常工作，产生光纤发射模块需要的脉冲信号，处理从光纤接收模块接到的控制指令。

3.如权利要求1所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述水下输出终端（2）包括第二壳体，所述第二壳体内设有第二单片机、第二光纤发送模块、第二光纤接收模块、第二供电模块、切换开关、开关晶体管K1和开关晶体管K2，所述第二光纤发送模块与所述第二单片机的信号输出端连接，用于接收从单片机传输来的反馈信号，并将反馈信号转换为可通过光纤传输的光信号；所述第二光纤接收模块与所述第二单片机的信号输入端连接，用于接收光纤传输来的光信号，并将光信号转换为电平信号，输送至所述第二单片机进行分析和处理；所述第二供电模块与所述水下输出终端中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述第二单片机用于负责协调控制各模块正常工作，产生光纤发射模块需要的脉冲信号，处理从光纤接收模块接到的控制指令；所述第二单片机经所述切换开关与所述开关晶体管K1以及开关晶体管K2分别连接，所述开关晶体管K1以及开关晶体管K2与水下设备连接；所述切换开关受控于所述第二单片机，根据水下设备的电压值单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K1或开关晶体管K2与水下设备连接。

4.如权利要求2或3所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述光纤发送模块采用Avago公司的HFBR-1414TZ型光纤发送模块。

5.如权利要求2或3所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述光纤接收模块采用Avago公司的HFBR-2412TZ型光纤接收模块。

6.如权利要求2或3所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述供电模块包括锂电池和电源转换芯片，所述锂电池的电压经所述电源转换芯片转换为5V和3.3V输出给相应的模块。

7.如权利要求2所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述状态指示模块由5个红绿光电二极管组成，用于指示开关系统的工作状态；工作状态分别为：水上控制终端工作状态、开关信号发出状态、水下终端接收信号状态、水下终端指令发出状态，完成状态为发绿光，否则发红光。

8.如权利要求3所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述开关晶体管K1选用IRFZ48N型场效应开关管，当水下设备的控制电压小于等于55V时，第二单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K1与水下设备连接；所述开关晶体管K2选用IRF840场效应开关管，当水下设备的控制电压大于55V时，第二单片机控制切换开关动作，使开关晶体管K2与水下设备连接。

9.如权利要求3所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述第二壳体上设有水密接头，用于实现所述水下设备与所述水下输出终端的密封连接。

10.如权利要求3所述的水下设备光纤控制开关，其特征在于：所述连接光纤采用两芯50/125μm规格光纤，一芯用于传输控制信号，另一芯用于传输反馈信号。