本發(fā)明屬于水下機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下機器人能源管理控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

目前水下電源管理系統(tǒng)實現(xiàn)方案多為直接控制模式，即通過控制電路直接控制電源的開關(guān)，并且不能實時回傳電源管理數(shù)據(jù)對能源系統(tǒng)進行監(jiān)控。另一種實現(xiàn)方案適用于近距離的水下能源系統(tǒng)的檢測與控制，即通過防水線纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與回傳?，F(xiàn)有技術(shù)方案在能源管理系統(tǒng)中使用固化在控制器中的程序進行控制，但是水下能源系統(tǒng)工作環(huán)境復雜，環(huán)境約束條件較大，不能針對系統(tǒng)運行狀態(tài)對系統(tǒng)進行現(xiàn)場檢測與控制，當機器人在水下運行出現(xiàn)故障時，地面工作人員難以及時發(fā)現(xiàn)故障并做出應(yīng)急處理。同時當出現(xiàn)故障時，由于系統(tǒng)缺乏應(yīng)急處理機制，難以保證設(shè)備繼續(xù)穩(wěn)定工作。通過線纜連接的能源管理系統(tǒng)會限制水下機器人等水下設(shè)備的運動狀態(tài)以及運動范圍，不適用于野外開闊環(huán)境，線纜長度有限，而水下設(shè)備的活動范圍即為水下設(shè)備的運動范圍，同時水下電纜容易受到水下障礙物的破環(huán)，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況水下設(shè)備將完全失控現(xiàn)有技術(shù)方案難以實現(xiàn)對水下電源系統(tǒng)的水密性。在水下設(shè)備電源短路時不能實現(xiàn)能源系統(tǒng)與前端設(shè)備的物理隔離。如能源系統(tǒng)電源短路時可能會造成內(nèi)部電池的短路爆炸，對整個設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。

綜上所述，目前水下電源管理系統(tǒng)存在不能實時回傳電源管理數(shù)據(jù)對能源系統(tǒng)進行監(jiān)控，不能針對系統(tǒng)運行狀態(tài)對系統(tǒng)進行現(xiàn)場檢測與控制，不適用于野外開闊環(huán)境，能源系統(tǒng)電源短路時可能會造成內(nèi)部電池的短路爆炸，對整個設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種水下機器人能源管理控制系統(tǒng)及控制方法，旨在解決目前水下電源管理系統(tǒng)存在不能實時回傳電源管理數(shù)據(jù)對能源系統(tǒng)進行監(jiān)控，不能針對系統(tǒng)運行狀態(tài)對系統(tǒng)進行現(xiàn)場檢測與控制，不適用于野外開闊環(huán)境，能源系統(tǒng)電源短路時可能會造成內(nèi)部電池的短路爆炸，對整個設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損失的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種水下機器人能源管理控制系統(tǒng)，所述水下機器人能源管理控制系統(tǒng)包括：

通信模塊，與檢測模塊、能源控制器和短路控制器均掛載在同一條iic總線上，用于定時將能源系統(tǒng)工作參數(shù)上發(fā)至地面工作站并實時接收來自地面站的控制參數(shù)；

檢測模塊，用于實時采集蓄電池組工作狀態(tài)信息包括：實時溫度、實時電壓、實時電流、實時功率參數(shù)并將上述參數(shù)做初期的處理、封裝，并對蓄電池組做第一級的故障判斷；

能源控制器，用于通過讀取檢測模塊處理后的參數(shù)并結(jié)合通信模塊接收的地面站的參數(shù)對整個能源系統(tǒng)進行控制；

短路控制器，用于實時獲取檢測模塊反饋的電源參數(shù)并通過通信模塊與地面站進行數(shù)據(jù)交互并計算短路器控制參數(shù)，通過i/o控制方式對短路控制器進行控制，達到控制電源輸出狀態(tài)以及短路保護的實現(xiàn)；

輸出端子，用于與外部發(fā)生信息及能量的交換；

蓄電池組，用于為系統(tǒng)提供工作所需電能同時也保證整個能源控制系統(tǒng)的對外電力輸出。

進一步，所述通信模塊、檢測模塊、能源控制器、短路控制器、輸出端子、蓄電池組之間通過iic通信。

進一步，所述通信模塊、檢測模塊、能源控制器、短路控制器、輸出端子、蓄電池組之間通過線纜或水下聲吶通信。

進一步，所述通信模塊、檢測模塊、能源控制器、短路控制器、輸出端子和蓄電池組封裝在封閉式腔體內(nèi)。

進一步，所述檢測模塊還包括串聯(lián)在電能傳輸線路中的電流采集ic，其電流采樣值采樣范圍為0～30a，并通過spi總線向檢測模塊主控ic回傳采集的電壓數(shù)據(jù)，電流ic工作原理同理；檢測模塊的主控ic為stm32，對采集的參數(shù)做初期的處理、封裝，并對蓄電池組做第一級的故障判斷；同時監(jiān)測模塊主控ic與能源控制器通過iic總線相連，并實時反饋采集參數(shù)。

進一步，所述通信模塊內(nèi)部主控stm32與wifi控制器通過spi總線相連接進行數(shù)據(jù)交互：地面站參數(shù)發(fā)送至esp2833再由經(jīng)spi總線傳入stm32，內(nèi)部主控再通過iic數(shù)據(jù)總線將參數(shù)發(fā)送至能源控制器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有所述水下機器人能源管理控制系統(tǒng)的水下機器人。

本發(fā)明提供的水下機器人能源管理控制系統(tǒng)及控制方法，適用于水下環(huán)境，整個系統(tǒng)由密封的腔體封裝，只有通信天線、輸出電極與腔體外部相連，減少了外部環(huán)境變化對系統(tǒng)內(nèi)部的影響；通過無線傳輸于地面站系統(tǒng)實時完成數(shù)據(jù)交換，可檢測系統(tǒng)內(nèi)部電源工作參數(shù)，同時接收地面站控制參數(shù)并控制本系統(tǒng)對外輸出能源；在水中遇外部電路工作短路時，內(nèi)部控制電路檢測電流信號并由短路控制電路控制外接電極與內(nèi)部電路斷開實現(xiàn)物理隔離，可防止內(nèi)部電路短路以及電源短路出現(xiàn)過放或爆炸。

本發(fā)明密封腔體能最大程度隔離本系統(tǒng)內(nèi)部電源、控制電路與外部水體環(huán)境，減小水體環(huán)境對模塊內(nèi)部的干擾；可通過無線wifi與地面站環(huán)境實時交換數(shù)據(jù)，可根據(jù)實際工作環(huán)境對內(nèi)部電源輸出進行實時控制，可通過在地面站運行優(yōu)化算法對能源進行最優(yōu)利用；檢測到外部電路發(fā)生短路故障并由短路器控制外接電極與系統(tǒng)內(nèi)部斷開以達到物理隔離的目的，杜絕了內(nèi)部電源因短路而損壞或者爆炸。

本發(fā)明的小型水下機器人的電源系統(tǒng)的保護及實時監(jiān)測與控制，可為水下工作的電氣設(shè)備提供電源短路保護，同時也可實時監(jiān)測水下能源系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)如：實時溫度、實時電壓、實時電流、實時功率等參數(shù)，并依靠wifi無線網(wǎng)絡(luò)回傳至地面站?？赏ㄟ^控制器對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理以完成對能源系統(tǒng)的高效控制及在故障時對能源系統(tǒng)迅速做出響應(yīng)，同時亦可結(jié)合實際故障情況對能源系統(tǒng)做出遠程處理，如在能源輸出端口短路時控制內(nèi)部電路短路以達到保護能源系統(tǒng)的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的水下機器人能源管理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的能源控制系統(tǒng)工作過程中數(shù)據(jù)流向示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的檢測模塊工作原理圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的通信模塊工作原理圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的短路控制器工作示意圖。

圖中：1、通信模塊；2、檢測模塊；3、能源控制器；4、短路控制器；5、輸出端子；6、蓄電池組。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的水下機器人能源管理控制系統(tǒng)包括：通信模塊1、檢測模塊2、能源控制器3、斷路控制器4、輸出端子5、蓄電池組6。

通信模塊1，與檢測模塊2、能源控制器3和短路控制器4均掛載在同一條iic總線上，在工作過程中定時將能源系統(tǒng)工作參數(shù)上發(fā)至地面工作站并實時接收來自地面站的控制參數(shù)。

檢測模塊2，在工作過程中實時采集蓄電池組工作狀態(tài)信息包括：實時溫度、實時電壓、實時電流、實時功率參數(shù)并將上述參數(shù)做初期的處理、封裝，并對蓄電池組做第一級的故障判斷。

能源控制器3，在工作過程則通過讀取檢測模塊2處理后的參數(shù)并結(jié)合通信模塊1接收的地面站的參數(shù)對整個能源系統(tǒng)進行控制；整個系統(tǒng)內(nèi)部通信使用iic通信的方式進行，保障數(shù)據(jù)通信的實時性、可靠性。

短路控制器4，用于實時獲取檢測模塊2反饋的電源參數(shù)并通過通信模塊1與地面站進行數(shù)據(jù)交互并計算短路器控制參數(shù)，最后通過i/o控制方式對短路控制器4進行控制，從而達到控制電源輸出狀態(tài)以及短路保護的實現(xiàn)。

輸出端子5，用于與外部發(fā)生信息及能量的交換。

蓄電池組6，用于為系統(tǒng)提供工作所需電能同時也保證整個能源控制系統(tǒng)的對外電力輸出。

本發(fā)明的能源控制模塊主要從總線上獲取電池輸出端的開關(guān)信息，檢測模塊獲取電池組的輸出電壓、電流信息。通信模塊則傳遞控制指令，上述三路信息流均流向能源控制器，控制器內(nèi)做出決策處理

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進一步的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的水下機器人能源管理控制系統(tǒng)為一封閉式腔體，外部接口為防水接線端子及無線wifi通信防水天線；內(nèi)部電源、外圍控制電路及斷路控制部件均通過外殼封閉式腔體與水體進行物理隔離，腔體與外界的唯一接口為外接通信天線及輸出端子。通信天線與外接輸出端子均使用靜密封加墊片的方式與外界隔離。本能源管理系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下只通過通信天線及輸出端子于外部發(fā)生信息及能量的交換，最大程度上實現(xiàn)了內(nèi)部系統(tǒng)與外部環(huán)境的隔離，提高了本系統(tǒng)對外部環(huán)境的抗干擾能力。

本發(fā)明提供的能源控制系統(tǒng)工作過程中數(shù)據(jù)流向如圖2所示，蓄電池組為系統(tǒng)提供工作所需電能同時也保證整個能源控制系統(tǒng)的對外電力輸出。檢測模塊在工作過程中實時采集蓄電池組工作狀態(tài)信息包括：實時溫度、實時電壓、實時電流、實時功率參數(shù)并將上述參數(shù)做初期的處理、封裝，并對蓄電池組做第一級的故障判斷。通信模塊在工作過程中定時將能源系統(tǒng)工作參數(shù)上發(fā)至地面工作站并實時接收來自地面站的控制參數(shù)，能源控制器在工作過程則通過讀取檢測模塊處理后的參數(shù)并結(jié)合通信模塊接收的地面站的參數(shù)對整個能源系統(tǒng)進行控制。整個系統(tǒng)內(nèi)部通信使用iic通信的方式進行，保障數(shù)據(jù)通信的實時性、可靠性。

如圖3所示為檢測模塊，于該模塊配合工作的還包括串聯(lián)在電能傳輸線路中的電流采集ic，其電流采樣值采樣范圍為0-30a，并通過spi總線向檢測模塊主控ic回傳采集的電壓數(shù)據(jù)，電流ic工作原理同理。檢測模塊的主控ic為stm32，對采集的參數(shù)做初期的處理、封裝，并對蓄電池組做第一級的故障判斷。同時監(jiān)測模塊主控ic與能源控制器通過iic總線相連，并實時反饋采集參數(shù)。

如圖4所示為通信模塊，模塊內(nèi)部主控stm32與wifi控制器通過spi總線相連接進行數(shù)據(jù)交互：地面站參數(shù)發(fā)送至esp2833再由經(jīng)spi總線傳入stm32，模塊內(nèi)部主控再通過iic數(shù)據(jù)總線將參數(shù)發(fā)送至能源控制器模塊。

如圖5所示為能源控制器模塊能源控制模塊為一獨立單片機stm32其掛載于系統(tǒng)iic總線上，其主要功能為實時獲取檢測模塊反饋的電源參數(shù)并通過通信模塊與地面站進行數(shù)據(jù)交互并計算短路器控制參數(shù)，最后通過i/o控制方式對短路控制器進行控制，從而達到控制電源輸出狀態(tài)以及短路保護的實現(xiàn)。

本發(fā)明提供的能源系統(tǒng)適用于水下環(huán)境，整個系統(tǒng)由密封的腔體封裝，只有通信天線、輸出電極與腔體外部相連，減少了外部環(huán)境變化對系統(tǒng)內(nèi)部的影響；能通過無線傳輸于地面站系統(tǒng)實時完成數(shù)據(jù)交換，可檢測系統(tǒng)內(nèi)部電源工作參數(shù)，同時接收地面站控制參數(shù)并控制本系統(tǒng)對外輸出能源；在水中遇外部電路工作短路時，內(nèi)部控制電路檢測電流信號并由短路控制電路控制外接電極與內(nèi)部電路斷開實現(xiàn)物理隔離，可防止內(nèi)部電路短路以及電源短路出現(xiàn)過放或爆炸。

本發(fā)明中使用的無線wifi通信方式可以替換為線纜通信、水下聲吶通信等方式。但線纜通信方式會對水下設(shè)備運動方式以及運動范圍極大地限制，聲納通信的方式消耗能量巨大，并且聲納設(shè)備體積較大，不便于本能源管理系統(tǒng)小型化。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進行互相替換而形成的技術(shù)方案。