多路电流采集通讯装置的制作方法

本实用新型涉及水下机器人设计制造领域，具体而言，涉及一种多路电流采集通讯装置。

背景技术：

水下机器人一般含有2个以上的电动动力推进器，为机器人实现水下各种方向的运动提供动力。不同重量级别的水下机器人由于负载重量不同，对推进器推力参数要求不同，而推进器的推力在结构一致的情况下其主要决定因素就是电机的功率，功率在供电电压一致的情况下其大小决定因素就是运行过程中流经线路上的电流大小，因此通过实时监测推进器供电线路上流经电流的大小，依据推进器推力-功率对照表关系即可知道推进器当前的运转推力大小情况。

目前市面上现有的电流检测装置绝大部分是单路的电流检测，只能用来检测系统的总功耗和总运行情况，得到的数据无法作为各个推进器运行情况的依据，了解不到它们运行时的数据差异情况，从而不利于设计开发人员掌握到推进器的具体运行情况，不利于故障的问题定位和解决。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种多路电流采集通讯装置，以解决现有技术中无法及时掌握各个推进器的具体运行情况，不利于故障的定位和解决的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种多路电流采集通讯装置，用于检测和传输水下机器人的推进器供电线路上的电流，所述多路电流采集通讯装置包括：多个电流传感器，分别设置在所述水下机器人的多个推进器供电线路上，分别用于检测每一条供电线路上的电流；电流采集接口电路，其上设置有多个扩展接口，与所述多个电流传感器连接，所述扩展接口的数量大于等于所述电流传感器的数量，用于对所述多个电流传感器检测到的信号进行预处理，并发送至处理单元；所述处理单元，与所述电流采集接口电路连接，用于对所述电流采集接口电路发送来的信号进行转化，得到用于反映所述多个推进器供电线路的电流状况的数字信号，并发送至所述水下机器人的主控制板。

进一步地，所述处理单元包括：微控制单元，包括模数转换通道管脚，用于采集所述电流采集接口电路发送的模拟信号，并转化为所述数字信号。

进一步地，所述微控制单元还包括：内存访问管道，用于将所述数字信号实时传输至内存单元；所述内存单元，与所述内存访问管道连接，用于运行控制处理程序以对所述数字信号进行数字滤波处理，得到滤波后的数字信号。

进一步地，还包括：串口通信电路，与所述处理单元连接，用于对所述处理单元输出的串口电平转换为预设电平。

进一步地，所述串口通信电路包括：rs232串口电平转换芯片，用于将所述处理单元输出的串口ttl电平转换为rs232电平。

进一步地，还包括：can通信接口电路，与所述处理单元连接，所述can通信接口电路包括can控制器，用于将所述处理单元的逻辑电平转换为can总线的差分电平。

进一步地，所述电流传感器为霍尔电流传感器，挂设在所述水下机器人的推进器供电线路上。

进一步地，所述电流传感器还用于将检测到的电流转化为电压信号，所述电流采集接口电路用于将所述电压信号进行限压和滤波处理后，传输给所述处理单元。

进一步地，还包括：指示灯；下载调试接口，与所述微控制单元连接，用于对所述控制处理程序进行下载和调试。

根据本实用新型实施例，通过在电流采集接口电路上设置多个扩展接口，用于连接多个电流传感器，可以同时采集多路推进器供电线路电流值，然后通过处理后发送至处理单元进行转化和处理，最后发送至水下机器人的主控制板，进行后续处理，这样，主控制板可以根据接收到的数字信号及时确定出各个推进器的具体运行情况，便于故障的定位和解决。

本实用新型实施例中，将检测到的每个推进器的电流数据记录分析，可以清晰的了解到各个推进器的控制精度和平稳性，其功耗和推力的变化情况，这些数据非常有利于设计人员评估设计效果，调整设计方案。另外通过监测推进器运行时产生的电流大小还可以作为推进器运行故障情况的一个参考依据，比如一个水下机器人突然有个推进器失效不转了，不知道是掉电了还是有异物缠绕在螺旋桨上了，如果此时监控到推进器的供电线有较大电流则表明是异物缠绕了，如果没有电流则表明是推进器掉电了，便于问题的定位处理。可见对于水下机器人各个推进器电流的实时监测既有利于设计开发阶段的数据参考，又有利于后期使用运行阶段的故障排除，非常有用。并且装置采用低功耗器件来设计，功耗低。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的实施例的多路电流采集通讯装置的示意图；以及

图2示出了根据本实用新型的实施例的多路电流采集通讯装置应用的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将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一部分的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型实施例提供了一种多路电流采集通讯装置，该装置用于检测和传输水下机器人的推进器供电线路上的电流，如图1所示，该多路电流采集通讯装置包括：多个电流传感器10、电流采集接口电路20和所述处理单元30。

多个电流传感器10，分别设置在所述水下机器人的多个推进器供电线路l（图中所示为线路局部）上，分别用于检测每一条供电线路l上的电流。其中，每一个电流传感器用于检测一路供电线路的电流。

可选地，本实用新型实施例的所述电流传感器可以是霍尔电流传感器，挂设在所述水下机器人的推进器供电线路l上。

霍尔电流传感器是一种穿心式非接触式环形电流传感器，可挂在供电线上，无需断线操作，供电3.3v-12v可选，信号灵敏度60mv/a，测量范围：+0-35a，功耗1w。本实用新型实施例中，通过采用霍尔电流传感器，穿心无接触式安装，不用破线，断线，安装方便，装置小巧，占空间小，拆装灵活方便，对原电路无影响。

可选地，本实用新型实施例中，所述电流传感器还用于将检测到的电流转化为电压信号，所述电流采集接口电路用于将所述电压信号进行限压和滤波处理后，传输给所述处理单元。也即是，本实用新型中的电流传感器在检测到每一路供电线路上的电流之后将其转化为电压信号，例如0-3.3v，输出至电流采集接口电路进行电压信号的限压和滤波处理，然后再发送至处理单元进行后续处理。

电流采集接口电路20，其上设置有多个扩展接口21，与所述多个电流传感器10连接，所述扩展接口21的数量大于等于所述电流传感器10的数量，用于对所述多个电流传感器10检测到的信号进行预处理，并发送至处理单元30。上述扩展接口可以采用3脚的间距2.54直针带锁扣插件接口。本实用新型实施例中电流采集接口电路20上可以预留多个扩展接口，当水下机器人的推进器数量增加时，可以增加电流传感器并连接到该扩展接口上，可以灵活根据机器人布局选择检测的路数。

所述处理单元30与所述电流采集接口电路20连接，用于对所述电流采集接口电路20发送来的信号进行转化，得到用于反映所述多个推进器供电线路的电流状况的数字信号，并发送至所述水下机器人的主控制板（图中未示出）。

处理单元30将处理后得到的数字信号发送至水下机器人的主控制板，主控制板通过识别该数字信号，获取各个推进器的供电电流状态，可以及时确定故障位置进行相应的处理。

根据本实用新型实施例，通过在电流采集接口电路上设置多个扩展接口，用于连接多个电流传感器，可以同时采集多路推进器供电线路电流值，然后通过处理后发送至处理单元进行转化和处理，最后发送至水下机器人的主控制板，进行后续处理，这样，主控制板可以根据接收到的数字信号及时确定出各个推进器的具体运行情况，便于故障的定位和解决。

本实用新型实施例中，所述处理单元可以包括：微控制单元（mcu），包括模数转换通道管脚，用于采集所述电流采集接口电路发送的模拟信号，并转化为所述数字信号。该mcu可以选用工业级stm32控制器，主频可达72mhz，48管脚，采用mcu最小系统，功能丰富，性能卓越稳定。电流传感器和电流采集接口电路采集和传输的信号均为模拟信号，为了方便水下机器人的主控制板的识别和读取，mcu利用12位高速adc模数转换通道管脚采集电流采集接口电路传输的电压信号并转换为数字信号，进行后续处理，解决了市面上这些现有装置都是模拟接口，不能直接输出检测结果数据，还需要进行二次开发和处理，不便于系统快速集成的问题，加快研发设计。

进一步地，所述微控制单元还包括：内存访问管道，用于将所述数字信号实时传输至内存单元；所述内存单元，与所述内存访问管道连接，用于运行控制处理程序以对所述数字信号进行数字滤波处理，得到滤波后的数字信号。内存访问通道即a（内存直接访问）通道，通过a通道实时将多路路采集到的信号值传输给mcu内存单元，通过运行控制处理程序将这些数字信号进行必要的数字滤波处理，然后发送至主控制板。

作为本实用新型实施例的一种可选实施方式，本实用新型实施例中多路电流采集通讯装置还包括：串口通信电路，与所述处理单元连接，用于对所述处理单元输出的串口电平转换为预设电平。处理单元通过该串口通信电路与水下机器人的主控制板连接。其中，所述串口通信电路可以包括：rs232串口电平转换芯片，用于将所述处理单元输出的串口ttl电平转换为rs232电平，即预设电平。本实用新型实施例中，通过转换为rs232电平可以方便远距离数据通信。

另一种可选的实施方式中，多路电流采集通讯装置还包括：can通信接口电路，与所述处理单元连接，所述can通信接口电路包括can控制器，用于将所述处理单元的逻辑电平转换为can总线的差分电平。本实用新型实施例中处理电源通过can通信接口电路与主控制板连接，can通信接口电路不可以包括can通信控制芯片，通过将mcu上can控制器的逻辑电平转换为can总线的差分电平，用于传输至主控制板。

本实用新型上述实施例中，串口通信电路和can通信接口电路可以任选一个设置，或者预留两种通信接口，用于处理单元向主控制板传输数据，也即是处理单元将处理后的数字式电流数据通过串口或者can口传输到水下机器人主控制板上进行相应处理。本实用新型实施例中，采集到的数据可以通过rs232接口或者can口进行远距离通信，方便系统集成应用。

本实用新型实施例中，多路电流采集通讯装置还包括：指示灯和下载调试接口，下载调试接口与所述微控制单元连接，用于对所述控制处理程序进行下载和调试。指示灯为led灯及其对应的显示电路。下载调试接口主要用于swd程序下载调试。

本实用新型实施例还提供了一种应用上述多路电流采集通讯的方法，用于检测和传输水下机器人的推进器供电线路上的电流，如图2所示，所述多路电流采集通讯方法包括：

步骤s101，多个电流传感器检测所述水下机器人的多个推进器供电线路的每一条供电线路上的电流；

步骤s102，电流采集接口电路对所述多个电流传感器检测到的信号进行预处理，并发送至处理单元；

步骤s103，所述处理单元对所述电流采集接口电路发送来的信号进行转化，得到用于反映所述多个推进器供电线路的电流状况的数字信号，并发送至所述水下机器人的主控制板。

根据本实用新型实施例，通过在多个电流传感器同时采集多路推进器供电线路电流值，然后发送至电流采集接口电路，通过处理后发送至处理单元进行转化和处理，最后发送至水下机器人的主控制板，进行后续处理，这样，主控制板可以根据接收到的数字信号及时确定出各个推进器的具体运行情况，便于故障的定位和解决。

关于具体的方法实现过程，可以参见上述实施例中，各部件的作用和功能，这里不再赘述。

本实用新型实施例中所采用的技术方案的主要原理在于：在普通的单路霍尔式电流检测传感器基础上，增加多路检测接口，最大能同时检测六路推进器的运行电流。同时在装置上内置了高性能的mcu处理器，预留了串口和can口两种通讯接口，能实时的采集处理多路电流采集接口的电流值，最后将采集到的电流数据通过数字通讯接口直接传输到机器人的主控制器上，最后上传到遥控终端软件上显示和存储记录，供使用者分析查看。由于每路霍尔式电流传感器的量程适中，多路加起来最大总量程就比较大了，可以方便灵活的应用于不同推进器布局的水下机器人系统中。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本实用新型实施例中，将检测到的每个推进器的电流数据记录分析，可以清晰的了解到各个推进器的控制精度和平稳性，其功耗和推力的变化情况，这些数据非常有利于设计人员评估设计效果，调整设计方案。另外通过监测推进器运行时产生的电流大小还可以作为推进器运行故障情况的一个参考依据，比如一个水下机器人突然有个推进器失效不转了，不知道是掉电了还是有异物缠绕在螺旋桨上了，如果此时监控到推进器的供电线有较大电流则表明是异物缠绕了，如果没有电流则表明是推进器掉电了，便于问题的定位处理。可见对于水下机器人各个推进器电流的实时监测既有利于设计开发阶段的数据参考，又有利于后期使用运行阶段的故障排除，非常有用。并且装置采用低功耗器件来设计，总耗电不到10w，功耗低。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。