专利名称：深海电源管理控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及深海调查、实验、观测设备的改进，具体讲是一种深海电源管理控制装置，其利用低功耗单片机的可编程和控制能力，对水下电源采用动态管理技术以实现延长水下观测系统的长期观测时间和电池寿命目标。
背景技术：
现有技术中，在进行海底及水下物理、化学、生物和地质探测任务时，需要依靠长期水下无人观测系统来获取时海底空域内的连续观测资料。这就需要水下长期无人观测系统具备长期的连续工作能力。水下长期无人观测系统上的所有传感器及仪器设备均需要水下电源的支持才能进行工作。因此水下电源系统的供电能力决定了观测系统在水下工作时间的长短。可是水下观察设备需要在调查船上进行投放和回收，因此对水下观察设备的重量和体积有严格的要求。譬如，调查船的甲板作业设备的工作空间有限，对所操作的仪器设备的高度和宽度有严格要求，否则无法在甲板对仪器设备进行投放和回收操作；其次如果观测系统重量大，无疑增加了回收浮体的数量，从而导致系统整体的体积增加。因此，如何在不增加体积和重量的前提下有效的提高水下电源的供电能力，增加水下观测仪器设备的长期不间断工作时间是水下长期无人自动观测设备面临的重大挑战。现有技术的研究表明由于所有一次性或二次性电化学电池都具有如下特性(1)电池的容量取决于放电电流；(2)电池放电后停止工作一端时间，电池可产生自我充电效应。因此可以根据传感器和观测仪器的工作时间，合理地安排电池的供电和休眠时间，挖掘电池自我充电能力，即可延长电池的使用时间和寿命，又减少了不必要的能源损耗。因为，在实际水下观测应用中，各传感器基本的工作模式是周期性间断的，譬如化学传感器测量每隔半小时工作一次，海流测量仪每隔1小时工作10分钟等。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种深海电源管理控制装置，其要通过对水下供电系统实行动态管理控制技术，提高水下电源的供电能力和电池寿命，减少不必要的能源损耗，在不增加电池组的情况下，有效的提高了水下观测系统观测时间。
本实用新型是要通过对电源进行电源动态管理方法而达到提高电源的供电能力。该方法是根据理论研究资料和长期实验室结果的基础上建立起来的。因此，在传感器不工作时利用本实用新型将传感器电源关闭，在下一个采样周期开始前再开始供电。其次，由于水下长期观测系统的电池是由一系列电池组并联而成，可以根据系统的供电需求将圆并联在一起的电池组分为几个单组供电系统。通过对各电池组和负载的电压和电流变化进行实时监测调整供电顺序，实现各组电池系统的轮流循环性开路/闭路控制。
为实现上述目的，本实用新型研制了一种深海电源管理控制装置，其包括循环供电的诸电池组，诸该电池组各自连接有开/关执行器。诸该执行器通过具有解码器功能的74LS273芯片构成的八通道并行数字扩展接口，电连接于数字控制电路的输出端；所述的该数字控制电路是以可编程单片机控制系统为核心，通过单片机的时序管理程序与独立的、自带备锂电池的时钟电路相连接，该单片机控制系统利用其时序管理程序与时钟电路提供的时间信息，并通过该数字扩展接口对诸该执行器进行控制，既利用基于单片机系统的监测控制电路和时钟系统对数据采集器和传感器的供电时间及周期进行动态管理；该单片机还与芯片MAX197连接，并与其构成模拟/数字转换接口，该转换接口还与诸该电池组分别连接，从而对诸该电池组的电压和电流进行测量；该单片机还通过芯片MAX232构成的通讯接口与外部计算机进行通讯。
所述的可编程单片机控制系统，其包括80C51为核心的单片机，与该单片机分别连接的程序运行监视定时器电路，大容量的数据保存电路和工作控制电路、驱动电路。
所述的单片机控制系统及其大容量的数据保存电路，其是由该单片机通过数据储存RAM芯片62256而构成具有数据存储模块的大容量数据保存电路。
所述的单片机控制系统及其程序运行监视定时器电路，其包括具有电池时序管理程序的单片机，单片机总线上的时钟电路DS12887芯片和由兼有看门狗定时器、复位定时器和EEPROM三种功能的、自带备锂电池的x25045芯片组成。
所述的工作控制电路和驱动电路，其由EPM7032可编程器件构成。
所述的开/关执行器，或为继电器，或为可控硅器件。
本实用新型的积极效果在于由于采用时钟芯片DS12887给系统提供时钟，使得本实用新型装置可以及时地获得所需要的时间信息，来判断在规定的时间内进行继电器开关的控制。因此单片机每秒从时钟芯片那里获得时间信息，利用时间对通过数字接口对继电器进行控制。为保证在数据在传输和接收中具有可靠的历史记录，数据通讯模块中采用了62256的数据储存RAM芯片。由于利用芯片MAX197和单片机构成模拟/数字转换接口，对电池组的电压和电流进行测量。由于上述异步通讯芯片、时钟芯片、以及数据储存RAM芯片都通过数据总线进行数据传输，在设计中采用分时复用技术，利用可编程芯片EPM7032产生的片选信号来进行各芯片工作的协调，使它们可以共享数据和地址总线。由于采用的芯片MAX232提供了标准的串行接口电平，使单片机和外部计算机进行通讯。
本实用新型为了保证单片机控制部分本身的可靠性，系统中增加了X25045器件。该X25045芯片兼有看门狗定时器、复位定时器和EEPROM三种功能。其中看门狗定时器对微处理器——单片机提供了独立的保护系统，一旦出现故障，其中的RESET可做出响应，使微处理器——单片机重新启动工作。
本实用新型的深海电源管理控制装置在投放前，先将计算机上的标准串行口与单片机系统上的串行口连接，进行传感器采样间隔的供电时间参数设置、供电电池组的供电时序设置、最低供电电压极限设置。根据本实用新型装置的实际应用证明，一台深海海流剖面仪，其功耗为400mWh，采用1kWh的电池对其供电。该深海海流剖面仪每小时工作一次，即采样间隔为1小时，每次工作时间为10分钟。在不进行电源能量控制时，理论上讲，电池可保证深海海流剖面仪工作2500小时，即104天。如果采用本实用新型的装置根据深海海流剖面仪的采样间隔进行控制，同样的电池可保证深海海流剖面仪工作时间为15000小时，即625天。由于实现了电池放电后，停止工作一段时间的结果。这样使电池可产生自我充电效应，而使电池的供电能力可提高10％。因此采用本实用新型的装置，可以根据传感器和观测仪器的工作时间，合理的安排电池的供电和休眠时间，挖掘电池自我充电能力，延长电池的使用时间和寿命，减少了不必要的能源损耗。本实用新型的装置通过对水下供电系统实行动态控制管理技术，极大地提高水下电源的供电能力。在不增加电池组的情况下，有效的提高了水下观测系统观测时间。同时，由于对电池的电压和电流的变化进行实时控制，避免了电池的过放电引起的电池寿命降低等现象。
总之，本实用新型的特点是投资小，使用简便、应用范围广泛，控制方法灵活，可满足不同工作条件下的电源管理工作，因此特别适于深海水下长期观测设备。
附图及其具体实施方式
本实用新型的实施例结合附图进一步说明如下
图1为本深海电源管理控制装置的水下应用实例示意方框图。
图2为本深海电源管理控制装置的实际应用电路图。
参见图1，2制成的一种深海电源管理控制装置，其包括循环供电的诸电池组7，诸该电池组7各自连接有开/关执行器1。诸该执行器1通过具有解码器功能的74LS273芯片构成的八通道并行数字扩展接口8，电连接于数字控制电路3的输出端；所述的该数字控制电路3是以可编程单片机控制系统为核心，通过单片机3′的时序管理程序与独立的、自带备锂电池的时钟电路4相连接，该单片机控制系统利用其时序管理程序与时钟电路4提供的时间信息，并通过该数字扩展接口8对诸该执行器1进行控制，既利用基于单片机3′系统的监测控制电路和时钟系统对数据采集器和传感器的供电时间及周期进行动态管理；该单片机3′还与芯片MAX197连接，并与其构成模拟/数字转换接口6，该转换接口6还与诸该电池组7分别连接，从而对诸该电池组7的电压和电流进行测量；该单片机3′还通过芯片MAX232构成的通讯接口2与外部计算机9进行通讯。
所述的可编程单片机控制系统，其包括80C51为核心的单片机3′，与该单片机3′分别连接的程序运行监视定时器电路，大容量的数据保存电路和工作控制电路、驱动电路。
所述的单片机控制系统，其中该单片机3′还通过数据储存RAM芯片62256作为数据存储模块，并通过芯片MAX232构成通讯接口2与外部计算机9连接。
所述的程序运行监视定时器电路，其包括具有电池时序管理程序的单片机3′，单片机3′总线上的时钟电路4DS12887芯片和由兼有看门狗定时器、复位定时器和EEPROM三种功能的、自带备锂电池的x25045芯片组成。
所述的工作控制电路和驱动电路5，其由EPM7032可编程器件构成。
所述的开/关执行器1，或为继电器，或为可控硅器件。
参见图2本深海电源管理控制装置的水下应用实例。本控制装置的控制部分是以80C51为核心的单片机3′。该数字控制电路3，以时钟芯片DS12887构成时钟电路4，以x25045构成程序运行监视定时器电路，以74LS273芯片构成一个八通道并行数字扩展接口8，以存储芯片62256构成大容量的数据保存电路，以Altera公司的EPM7032可编程器件构成系统接口协调的工作控制电路和驱动电路，以MAX197组成一个12位八通道模拟/数字转换接口6。其中数据采集器10，观测传感器11，海流观测仪器12。采用三组供电电源7.1，7.2和7.3。该数字控制电路3通过对两组电源7.1，7.2和7.3的电压和电流的进行监测。根据上述的电源动态自动管理方法，利用数字输出/输入控制电路3的数字控制线对固体继电器1.1、1.2和1.3进行开/关控制。三组供电电源的任务依赖固体继电器1.1、1.2和1.3开、关状态进行。每次给观测仪器供电只选用其电压值为最高的一组电池，其他两组者处于开路状态，譬如，如果电池组7.2的电压和电流测量值高于电池组7.1和7.3，固体继电器1.2便接通，因此电池组7.2对仪器进行供电，留给其他两组电池7.1和7.3充裕时间进行自我充电过程。下一个采样任务开始时仍旧选用上述标准选用状态最好的电池组进行供电，如此循环下去直到三组电池组的电压都小于固定设定的极限数值，将停止对仪器供电，以保护可充电电池组的过放电而引起的电池失效。
本实用新型的装置需要时间信息以判断在规定的时间内进行继电器开关的控制。因此采用时钟芯片DS12887给系统提供时钟电路4，单片机3′每秒从时钟芯片那里获得时间信息，利用时间对通过数字接口8对继电器1进行控制。为保证在数据在传输和接收中具有可靠的历史记录，数据通讯模块中采用了62256的数据储存RAM芯片。利用芯片MAX197和单片机3′构成模拟/数字转换接口6，对电池组7.1，7.2和7.3的电压和电流进行测量。由于上述异步通讯芯片、时钟芯片DS12887、以及数据储存RAM芯片62256都通过数据总线进行数据传输，在设计中采用分时复用技术，因此利用可编程芯片EPM7032产生的片选信号来进行各芯片工作的协调，使它们可以共享数据和地址总线。通讯接口芯片MAX232提供了标准的串行接口电平，使单片机3′和外部计算机9进行通讯。
本领域的普通技术人员都会理解，在本实用新型的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是可能的，其都没有超出本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种深海电源管理控制装置，其包括循环供电的诸电池组，诸该电池组各自连接有开/关执行器，其特征在于诸该执行器通过具有解码器功能的74LS273芯片构成的八通道并行数字扩展接口，电连接于数字控制电路的输出端；所述的该数字控制电路是以可编程单片机控制系统为核心，通过单片机的时序管理程序与独立的、自带备锂电池的时钟电路相连接，该单片机控制系统利用其时序管理程序与时钟电路提供的时间信息，并通过该数字扩展接口对诸该执行器进行控制；该单片机还与芯片MAX197连接，并与其构成模拟/数字转换接口，该转换接口还与诸该电池组分别连接，从而对诸该电池组的电压和电流进行测量；该单片机还通过芯片MAX232构成的通讯接口与外部计算机进行通讯。
2.根据权利要求1所深海述电源管理控制装置，其特征在于所述的可编程单片机控制系统，其包括80C51为核心的单片机，与该单片机分别连接的程序运行监视定时器电路，大容量的数据保存电路和工作控制电路、驱动电路。
3.根据权利要求1或2所述深海电源管理控制装置，其特征在于所述的单片机控制系统及其大容量的数据保存电路，其是由该单片机通过数据储存RAM芯片62256而构成具有数据存储模块的大容量数据保存电路。
4.根据权利要求1或2所述深海电源管理控制装置，其特征在于所述的单片机控制系统及其程序运行监视定时器电路，其包括具有电池时序管理程序的单片机，单片机总线上的时钟电路DS12887芯片和由兼有看门狗定时器、复位定时器和EEPROM三种功能的、自带备锂电池的x25045芯片组成。
6.根据权利要求2所述深海电源管理控制装置，其特征在于所述的工作控制电路和驱动电路，其由EPM7032可编程器件构成。
7.根据权利要求1所述深海电源管理控制装置，其特征在于所述的开/关执行器，或为继电器，或为可控硅器件。
专利摘要本实用新型是一种深海电源管理控制装置包括电池组，开/关执行器。诸该执行器通过具有解码器功能的74LS273芯片构成的八通道并行数字扩展接口，电连接于数字控制电路的输出端；该数字控制电路是以可编程单片机控制系统为核心，通过单片机的时序管理程序与自带备锂电池的时钟电路相连接，该单片机控制系统通过该数字扩展接口对诸该执行器进行控制，既利用基于单片机系统的监测控制电路和时钟系统对数据采集器和传感器的供电时间及周期进行动态管理和实时控制，避免了电池的过放电引起的电池寿命降低等现象。本装置投资小，使用简便、应用范围广泛，控制方法灵活，可满足不同工作条件下的电源管理工作，因此特别适于深海水下长期观测设备。
文档编号G05B15/02GK2807577SQ200520085590
公开日2006年8月16日 申请日期2005年8月2日 优先权日2005年8月2日
发明者于新生, 安伟, 曹志敏, 张晓东 申请人:中国海洋大学