一种自沉浮剖面浮标控制电路及控制方法与流程

本发明涉及自沉浮剖面浮标控制电路的领域，具体涉及一种自沉浮剖面浮标控制电路及控制方法。

背景技术：

传统的海洋观测，通常高度依赖移动的水上平台(如调查船和浮标)和固定的水下平台(如潜标)；而利用卫星或飞机进行观测，却只能获取海洋表面信息，而无法穿透水体获取水下信息。自沉浮剖面浮标是20世纪末发展起来的一项新颖技术，它使全球海洋水下长期、连续观测成为可能，已经成为获取全球实时海洋环境剖面信息的重要手段。

在自沉浮剖面浮标组成中，控制电路扮演着重要的角色。控制电路主要用于控制自沉浮剖面浮标上下沉浮，它是影响自沉浮剖面浮标能否可靠工作的关键因素之一。根据公开资料所知，目前所研制的自沉浮剖面浮标，其控制电路的控制功能比较单一，自沉浮剖面浮标只能做循环式上下垂直观测，且由于海流的推动，剖面浮标只能随波逐流，因而不能对特定海域进行长期跟踪观测。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种自沉浮剖面浮标控制电路及控制方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种自沉浮剖面浮标控制电路，主要包括主控电路、电源管理电路、柱塞泵电机驱动电路、水平位移修正模块电路，主控电路是控制中枢并主要负责北斗移动终端通信、深度采集、柱塞泵位移采集、与水平位移修正模块电路通信，电源管理电路对各功能模块电路进行上电控制，柱塞泵电机驱动电路驱动柱塞泵电机实现剖面浮标下潜和上浮，水平位移修正模块电路接收电子罗盘信号和北斗定位信号以驱动水平位移修正电机实现剖面浮标前进和波浪起伏式运动，剖面浮标控制电路主要交互控制周边的供电电源、北斗移动终端、深度传感器、柱塞泵位移传感器、柱塞泵电机、轴向运动电机、横滚运动电机、电子罗盘。

所述电源管理电路主要包括12v电源管理电路、21v电源管理电路、24v电源管理电路、48v电源管理电路，12v电源管理电路包括第一mcu、第一光耦、第一pmos管、第一二极管，21v电源管理电路包括第一mcu、第二光耦、第二pmos管、第二二极管，24v电源管理电路包括第一mcu、第三光耦、第三pmos管、第三二极管，48v电源管理电路包括第一mcu、第四光耦、第四pmos管、第四二极管，第一mcu为端口控制，各光耦为信号隔离，各pmos管作为开关，各二极管为防反向保护。

所述12v电源管理电路包括系统提供的12v锂电池，上电后，第一mcu控制第一光耦导通，进而驱动第一pmos管导通，使得12v锂电池为深度传感器供电。

所述21v电源管理电路包括系统提供的21v锂电池，当剖面浮标需要接收北斗定位信号时，第一mcu控制第二光耦导通，进而驱动第二pmos管导通，使得21v锂电池为北斗移动终端供电。

所述24v电源管理电路包括系统提供的24v锂电池，当剖面浮标需要执行前进或波浪起伏动作时，第一mcu控制第三光耦导通，进而驱动第三pmos管导通，使得24v锂电池为水平位移修正模块电路供电。

所述48v电源管理电路包括系统提供的48v锂电池，当剖面浮标需要执行下潜或上浮动作时，第一mcu控制第四光耦导通，进而驱动第四pmos管导通，使得48v锂电池为柱塞泵电机驱动电路供电。

所述柱塞泵电机驱动电路包括第一mcu、第五光耦、第一电机驱动器，第一mcu为端口控制，第五光耦为信号隔离，第一电机驱动器驱动柱塞泵电机。

所述水平位移修正模块电路包括第二mcu、第六光耦、第七光耦、第二电机驱动器、第三电机驱动器，第二mcu为端口控制，第六光耦和第七光耦为信号隔离，第二电机驱动器驱动轴向运动电机，第三电机驱动器驱动横滚运动电机。

这种自沉浮剖面浮标控制方法，主要包括以下步骤：

1)第一mcu上电初始化，控制北斗移动终端上电，获取浮剖面浮标自身定位信息，并将该定位信息设置为初始定位点；

2)第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，并控制剖面浮标下潜，当剖面浮标下潜到指定深度后，控制其悬浮；

3)工作时间结束后，第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，控制剖面浮标上浮，剖面浮标上浮至水面后，第一mcu控制北斗移动终端上电，获取浮剖面浮标自身定位信息，并将该定位信息设置为出水点，从而完成第一个剖面测量；

4)接着开始第二个剖面测量，第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，并控制剖面浮标下潜，当剖面浮标下潜到指定深度后，控制其悬浮；

5)工作时间结束后，第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，控制剖面浮标上浮，同时第一mcu控制水平位移修正模块电路上电，第二mcu上电初始化，接收第一mcu发送的初始定位点和上一次出水点的定位信息，同时接收电子罗盘方位信息，第二mcu根据定位信息和罗盘方位信息，控制轴向运动电机即motor2上下移动，从而改变剖面浮标的上浮俯仰角，控制横滚运动电机即motor3左右圆周移动，从而改变剖面浮标的偏航角，使得剖面浮标朝初始定位点做前进和波浪起伏式运动；

6)剖面浮标上浮至水面后，第一mcu控制水平位移修正模块电路断电，随后控制北斗移动终端上电，获取剖面浮标自身定位信息，并将该定位信息设置为新的出水点，从而完成第二个剖面测量；

7)如此循环，直至完成设定的剖面测量。

本发明的有益效果为：本发明消除了现有剖面浮标只能做循环式上下垂直观测运动和随波逐流的局限性，在控制剖面浮标做循环式上下运动的基础上，还能控制剖面浮标完成前进式的、波浪起伏式的运动，能长期对特定海域进行跟踪观测；采用柱塞泵电机驱动和水平位移修正模块电路相结合，对剖面浮标的下潜和上浮动作的控制更加灵活，使得剖面浮标可以对特定海域进行长期跟踪观测；在国内应用属首创，已经完成海试验收，技术已经定型，对海洋信息探测技术的进步具有重要的促进作用。

附图说明

图1为本发明的应用组成框图。

图2为本发明的组成框图。

图3为本发明的电源管理电路原理图。

图4为本发明的柱塞泵电机驱动电路原理图。

图5为本发明的水平位移修正模块电路原理图。

图6为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例：如附图所示，这种自沉浮剖面浮标控制电路，主要包括主控电路、电源管理电路、柱塞泵电机驱动电路、水平位移修正模块电路，主控电路是控制中枢并主要负责北斗移动终端通信、深度采集、柱塞泵位移采集、与水平位移修正模块电路通信，电源管理电路对各功能模块电路进行上电控制，柱塞泵电机驱动电路驱动柱塞泵电机即motor1，实现剖面浮标下潜和上浮，水平位移修正模块电路接收电子罗盘信号和北斗定位信号以驱动水平位移修正电机实现剖面浮标前进和波浪起伏式运动，剖面浮标控制电路主要交互控制周边的供电电源、北斗移动终端、深度传感器、柱塞泵位移传感器、柱塞泵电机即motor1、轴向运动电机即motor2、横滚运动电机即motor3、电子罗盘。

电源管理电路主要包括12v电源管理电路、21v电源管理电路、24v电源管理电路、48v电源管理电路，12v电源管理电路包括第一mcu、第一光耦、第一pmos管、第一二极管，21v电源管理电路均包括第一mcu、第二光耦、第二pmos管、第二二极管，24v电源管理电路均包括第一mcu、第三光耦、第三pmos管、第三二极管，48v电源管理电路均包括第一mcu、第四光耦、第四pmos管、第四二极管，第一mcu为端口控制，各光耦为信号隔离，各pmos管作为开关，各二极管为防反向保护。12v电源管理电路包括系统提供的12v锂电池，上电后，第一mcu控制第一光耦导通，进而驱动第一pmos管导通，使得12v锂电池为深度传感器供电。21v电源管理电路包括系统提供的21v锂电池，当剖面浮标需要接收北斗定位信号时，第一mcu控制第二光耦导通，进而驱动第二pmos管导通，使得21v锂电池为北斗移动终端供电。24v电源管理电路包括系统提供的24v锂电池，当剖面浮标需要执行前进或波浪起伏动作时，第一mcu控制第三光耦导通，进而驱动第三pmos管导通，使得24v锂电池为水平位移修正模块电路供电。48v电源管理电路包括系统提供的48v锂电池，当剖面浮标需要执行下潜或上浮动作时，第一mcu控制第四光耦导通，进而驱动第四pmos管导通，使得48v锂电池为柱塞泵电机驱动电路供电。

柱塞泵电机驱动电路包括第一mcu、第五光耦、第一电机驱动器，第一mcu为端口控制，第五光耦为信号隔离，第一电机驱动器驱动柱塞泵电机即motor1。附图4中的gnd2表示48v锂电池电源地。

水平位移修正模块电路包括第二mcu、第六光耦、第七光耦、第二电机驱动器、第三电机驱动器，第二mcu为端口控制，第六光耦和第七光耦为信号隔离，第二电机驱动器驱动轴向运动电机即motor2，第三电机驱动器驱动横滚运动电机即motor3。原理图中的gnd3表示24v锂电池电源地。

这种自沉浮剖面浮标控制方法，主要包括以下步骤：

1)第一mcu上电初始化，控制北斗移动终端上电，获取浮剖面浮标自身定位信息，并将该定位信息设置为初始定位点；

2)第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，并控制剖面浮标下潜，当剖面浮标下潜到指定深度后，控制其悬浮；

3)工作时间结束后，第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，控制剖面浮标上浮，剖面浮标上浮至水面后，第一mcu控制北斗移动终端上电，获取浮剖面浮标自身定位信息，并将该定位信息设置为出水点，从而完成第一个剖面测量；

4)接着开始第二个剖面测量，第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，并控制剖面浮标下潜，当剖面浮标下潜到指定深度后，控制其悬浮；

5)工作时间结束后，第一mcu控制柱塞泵电机驱动电路上电，控制剖面浮标上浮，同时第一mcu控制水平位移修正模块电路上电，第二mcu上电初始化，接收第一mcu发送的初始定位点和上一次出水点的定位信息，同时接收电子罗盘方位信息，第二mcu根据定位信息和罗盘方位信息，控制轴向运动电机即motor2上下移动，从而改变剖面浮标的上浮俯仰角，控制横滚运动电机即motor3左右圆周移动，从而改变剖面浮标的偏航角，使得剖面浮标朝初始定位点做前进和波浪起伏式运动；

6)剖面浮标上浮至水面后，第一mcu控制水平位移修正模块电路断电，随后控制北斗移动终端上电，获取剖面浮标自身定位信息，并将该定位信息设置为新的出水点，从而完成第二个剖面测量；

7)如此循环，直至完成设定的剖面测量。

本发明具体工作过程：

如附图4所示，柱塞泵电机即motor1正转：当剖面浮标要执行下潜时，第一mcu通过端口i/o5输出频率为25khz、占空比大于50％的驱动信号，该驱动信号首先送至第五光耦，再经光耦隔离后送至第一电机驱动器的input引脚，第一电机驱动器通过aout、bout引脚输出功率信号驱动电机motor1正转；柱塞泵电机即motor1反转：当剖面浮标要执行上浮时，第一mcu通过端口i/o5输出频率为25khz，占空比小于50％的驱动信号，该驱动信号首先送至第五光耦，再经光耦隔离后送至第一电机驱动器的input引脚，第一电机驱动器通过aout、bout引脚输出功率信号驱动电机motor1反转。

如附图5所示，轴向运动电机即motor2正转：当剖面浮标要执行轴向向上运动时，第二mcu通过端口i/o1输出频率为25khz，占空比大于50％的驱动信号，该驱动信号首先送至第六光耦，再经光耦隔离后送至第二电机驱动器的input引脚，第二电机驱动器通过aout、bout引脚输出功率信号驱动轴向运动电机即motor2正转；轴向运动电机即motor2反转：当剖面浮标要执行轴向向下运动时，第二mcu通过端口i/o2输出频率为25khz，占空比小于50％的驱动信号，该驱动信号首先送至第六光耦，再经光耦隔离后送至第二电机驱动器的input引脚，第二电机驱动器通过aout、bout引脚输出功率信号驱动轴向运动电机即motor2反转；横滚运动电机即motor3正转：当剖面浮标要执行横滚向左运动时，第二mcu通过端口i/o2输出频率为25khz，占空比大于50％的驱动信号，该驱动信号首先送至第七光耦，再经光耦隔离后送至第三电机驱动器的input引脚，第三电机驱动器通过aout、bout引脚输出功率信号驱动横滚运动电机即motor3正转；横滚运动电机即motor3反转：当剖面浮标要执行横滚向右运动时，第二mcu通过端口i/o2输出频率为25khz，占空比小于50％的驱动信号，该驱动信号首先送至第七光耦，再经光耦隔离后送至第三电机驱动器的input引脚，第三电机驱动器通过aout、bout引脚输出功率信号驱动横滚运动电机即motor3反转。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。