一种用于水下装备的开关电路的制作方法

本发明属于水下装备技术领域，涉及一种用于水下装备的开关，用于水下观测、水产养殖等领域。

背景技术：
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中共中央所制定“十三五”规划中明确提出建设“海上粮仓”，开拓发展海洋的新空间，科学开发海洋资源，保护海洋生态环境，推进“一带一路”建设，因而，海洋高新技术不断进步，形成了一系列海洋新兴产业，如：海水增养殖业、海洋油气开采工业、海洋娱乐和旅游业等；同时，水下机器人、水下传感器等水下装备的研发也取得飞速进展，这些先进的水下装备逐渐被用于海洋产业中不断解放人力提高工作效率，但是，在海洋等水下环境中，水下作业装备上下浮动，干扰等不稳定因素较强，用于水下装备的开关也将与传统开关不同。

目前，传统的开关依操作型态的不同分为接触式和非接触式两大类。接触式开关需要人工开启，不适用设置在水下，若水下装置布放于水下几千米深，电缆较长造成自身电阻较大，岸上开启电源后传输信号则存在较大操作后延迟；非接触式开关依据传感器的不同原理，又分为：1、涡流式接近开关，也叫电感式接近开关，识别有无金属物体接近。2、电容式接近开关，检测物体不限于金属导体，可以是绝缘的液体或粉状物体，但不适用于水下装置的开关控制。3、霍尔接近开关，霍尔元件是一种磁敏元件，利用霍尔元件做成的开关，但是开关感应距离较短往往只有1-2CM。4、光电式接近开关，利用光电效应做成的开关。但是应用环境要求较高，不适合用于水下环境。5、热释电式接近开关，利用光电效应做成的开关，如超声波接近开关、微波接近开关等，声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的，也不适合用于水中上下浮动的装备的控制。

中国专利CN201674477U公布了一种水下非接触磁敏开关电路，采用巨磁阻传感器为感应器，感应距离大于霍尔开关，但仍无法满足水下装置布放于水下几千米深的情况；中国专利CN105739332A公布了一种开关电路，其兼具非接触式和接触式特点，使用者能够通过感应控制器启动开关或接触式启动开关，对于水下装置布放于水下几千米深的情况仍不适用。

技术实现要素：
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本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种用于水下装备的开关电路，解决布放于水下几千米深的水下装置存在操作后延迟的问题，实现对水下装备的及时响应。

为了实现上述目的，本发明涉及的用于水下装备的开关电路，其主体结构包括电源、极性切换电路或电压控制电路、控制电路、极性选择电路、受控设备和常开设备；电源与极性切换电路或电压控制电路电连接，用于输出电信号，控制电路与极性切换电路或电压控制电路电信息连接，用于输出控制信号，极性切换电路或电压控制电路通过极性选择电路分别与受控设备和常开设备电连接，用于输出电信号；极性选择电路包含二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电路输入端VIN-A、电路输入端VIN-B、电路输出端LED+、电路输出端LED-GND、电路输出端CAM+和电路输出端CAM-GND，二极管D1-D4构成桥式整流电路；极性切换电路采用两个以上IRF7398系列市售场效应管，极性切换电路还包含控制信号输入端A、控制信号输入端B、电源输入端IN+、电源输入端IN-、电路输出端C和电路输出端D；受控设备为LED指示灯；控制电路为单片机或PLC或PC输出2路逻辑信号的电路；电源通过电源输入端IN+和电源输入端IN-与极性切换电路或电压控制电路电信息连接，控制电路通过控制信号输入端A和控制信号输入端B输出控制信号至极性切换电路或电压控制电路，极性切换电路或电压控制电路的电路输出端D、电路输出端C分别连接极性选择电路的电路输入端VIN-A和电路输入端VIN-B，极性选择电路的电路输出端LED+和LED-GND与受控设备输入端电信息连接，极性选择电路的电路输出端CAM+和CAM-GND与常开设备的输入端电信息连接。

本发明涉及的极性选择电路的二极管D1-D4为桥式结构，VIN-A和LED-GND均与二极管D1和二极管D2之间的节点相连，VIN-B与二极管D4与二极管D3之间的节点相连，CAM-GND与二极管D1和二极管D4之间的节点相连，LED+和CAM+均与二极管D2与二极管D3之间的节点相连。

本发明涉及的极性选择电路的工作原理为：当VIN-A为正极，VIN-B为地时，二极管D2和D4导通，此时LED+和LED-GND均为正极，没有电流通过LED灯，即为LED关闭状态；而CAM+和CAM-GND通过二极管D2、D4形成回路，即为CAM常开状态；当VIN-A为地，VIN-B为正极时，二极管D1和D3导通，此时LED+和LED-GND通过二极管D1、D3形成回路，有电流通过LED灯，即为LED开启状态；而CAM+和CAM-GND通过二极管D1、D3形成回路，即为CAM常开状态。

本发明涉及的极性切换电路的第一块IRF7398芯片与10K电阻并联，第二块IRF7398芯片与10K电阻并联，然后再并联，与0.94Ω电阻串联后接电源输入端IN+，第一块IRF7398芯片和第二块IRF7398芯片均直接与电源输入端IN-相连，第一块IRF7398芯片上设有输入端A和输出端D，第二块IRF7398芯片上设有输入端B和输出端C。

本发明涉及的极性切换电路的A、B为输入端，C、D为输出端，共有4种输入、输出组合状态：1)当输入端A为低电平，B为低电平，则输出端C为高电平，D为高电平；2)当输入端A为高电平，B为低电平，则输出端C为高电平，D为低电平；3)当输入端A为低电平，B为高电平，则输出端C为低电平，D为高电平；4)当输入端A为高电平，B为高电平，则输出端C为低电平，D为低电平。

本发明涉及的用于水下装备的开关电路，采用电源极性控制其开关状态，用电源线直接替代了信号线，用一个整流桥替代了通讯协议的处理电路，水下设备的开关电路等控制机构。

本发明与现有技术相比，能够应用于水下装备中，不用人工开启，通过电源切换正负极性来控制设备开关，节省控制用信号线以及水下设备的信号处理电路，简化电路，无需通讯协议，不受水下环境干扰；其整体结构简单，原理可靠，控制稳定，灵活方便，应用广泛，成本低。

附图说明：

图1为实施例1的电路结构原理示意框图。

图2为实施例1涉及的极性选择电路结构原理示意图。

图3为实施例1涉及的极性切换电路结构原理示意图。

图4为实施例2的电路结构原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的用于水下装备的开关，其主体结构包括电源1、极性切换电路2或电压控制电路7、控制电路3、极性选择电路4、受控设备5和常开设备6；电源1与极性切换电路2或电压控制电路7电连接，用于输出电信号，控制电路3与极性切换电路2或电压控制电路7电信息连接，用于输出控制信号，极性切换电路2或电压控制电路7通过极性选择电路4分别与受控设备5和常开设备6电连接，用于输出电信号；极性选择电路4包含二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电路输入端VIN-A、电路输入端VIN-B、电路输出端LED+、电路输出端LED-GND、电路输出端CAM+和电路输出端CAM-GND，二极管D1-D4构成桥式整流电路；极性切换电路2采用两个以上IRF7398系列市售场效应管，极性切换电路2还包含控制信号输入端A、控制信号输入端B、电源输入端IN+、电源输入端IN-、电路输出端C和电路输出端D；受控设备5为LED指示灯；控制电路为单片机或PLC或PC输出2路逻辑信号的电路；电源1通过电源输入端IN+和电源输入端IN-与极性切换电路2或电压控制电路7电信息连接，控制电路3通过控制信号输入端A和控制信号输入端B输出控制信号至极性切换电路2或电压控制电路7，极性切换电路2或电压控制电路7的电路输出端D、电路输出端C分别连接极性选择电路4的电路输入端VIN-A和电路输入端VIN-B，极性选择电路4的电路输出端LED+和LED-GND与受控设备5输入端电信息连接，极性选择电路4的电路输出端CAM+和CAM-GND与常开设备6的输入端电信息连接。

本实施例涉及的极性选择电路如图2所示，二极管D1-D4为桥式结构，VIN-A和LED-GND均与二极管D1和二极管D2之间的节点相连，VIN-B与二极管D4与二极管D3之间的节点相连，CAM-GND与二极管D1和二极管D4之间的节点相连，LED+和CAM+均与二极管D2与二极管D3之间的节点相连。

本实施例涉及的极性选择电路的工作原理为：当VIN-A为正极，VIN-B为地时，二极管D2和D4导通，此时LED+和LED-GND均为正极，没有电流通过LED灯，即为LED关闭状态；而CAM+和CAM-GND通过二极管D2、D4形成回路，即为CAM常开状态；当VIN-A为地，VIN-B为正极时，二极管D1和D3导通，此时LED+和LED-GND通过二极管D1、D3形成回路，有电流通过LED灯，即为LED开启状态；而CAM+和CAM-GND通过二极管D1、D3形成回路，即为CAM常开状态。

本实施例涉及的极性切换电路如图3所示，第一块IRF7398芯片与10K电阻并联，第二块IRF7398芯片与10K电阻并联，然后再并联，与0.94Ω电阻串联后接电源输入端IN+，第一块IRF7398芯片和第二块IRF7398芯片均直接与电源输入端IN-相连，第一块IRF7398芯片上设有输入端A和输出端D，第二块IRF7398芯片上设有输入端B和输出端C。

本实施例涉及的极性切换电路的A、B为输入端，C、D为输出端，共有4种输入、输出组合状态：1)当输入端A为低电平，B为低电平，则输出端C为高电平，D为高电平；2)当输入端A为高电平，B为低电平，则输出端C为高电平，D为低电平；3)当输入端A为低电平，B为高电平，则输出端C为低电平，D为高电平；4)当输入端A为高电平，B为高电平，则输出端C为低电平，D为低电平。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：采用电压控制电路代替极性切换电路，通过若干电压选择电路实现对若干设备的开关控制。如图4所示，通过电压控制电路和选择电路分别产生6V、12V、和18V的电压，分别实现对受控设备1、受控设备2和常开设备的开关控制。