本實(shí)用新型屬于水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前水下電源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案多為直接控制模式，即通過(guò)控制電路直接控制電源的開(kāi)關(guān)，并且不能實(shí)時(shí)回傳電源管理數(shù)據(jù)對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。另一種實(shí)現(xiàn)方案適用于近距離的水下能源系統(tǒng)的檢測(cè)與控制，即通過(guò)防水線纜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與回傳。現(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(jìn)行控制，但是水下能源系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜，環(huán)境約束條件較大，不能針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制，當(dāng)機(jī)器人在水下運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，地面工作人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并做出應(yīng)急處理。同時(shí)當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，由于系統(tǒng)缺乏應(yīng)急處理機(jī)制，難以保證設(shè)備繼續(xù)穩(wěn)定工作。通過(guò)線纜連接的能源管理系統(tǒng)會(huì)限制水下機(jī)器人等水下設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)范圍，不適用于野外開(kāi)闊環(huán)境，線纜長(zhǎng)度有限，而水下設(shè)備的活動(dòng)范圍即為水下設(shè)備的運(yùn)動(dòng)范圍，同時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)水下電源系統(tǒng)的水密性。在水下設(shè)備電源短路時(shí)不能實(shí)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(shí)可能會(huì)造成內(nèi)部電池的短路爆炸，對(duì)整個(gè)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(shí)時(shí)回傳電源管理數(shù)據(jù)對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，不能針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制，不適用于野外開(kāi)闊環(huán)境，能源系統(tǒng)電源短路時(shí)可能會(huì)造成內(nèi)部電池的短路爆炸，對(duì)整個(gè)設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)，旨在解決目前水下電源管理系統(tǒng)存在不能實(shí)時(shí)回傳電源管理數(shù)據(jù)對(duì)能源系 統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，不能針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制，不適用于野外開(kāi)闊環(huán)境，能源系統(tǒng)電源短路時(shí)可能會(huì)造成內(nèi)部電池的短路爆炸，對(duì)整個(gè)設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損失的問(wèn)題。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)，所述水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)包括：

通信模塊，與檢測(cè)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(shí)將能源系統(tǒng)工作參數(shù)上發(fā)至地面工作站并實(shí)時(shí)接收來(lái)自地面站的控制參數(shù)；

檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)采集蓄電池組工作狀態(tài)信息包括：實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率參數(shù)并將上述參數(shù)做初期的處理、封裝，并對(duì)蓄電池組做第一級(jí)的故障判斷；

能源控制器，用于通過(guò)讀取檢測(cè)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(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行控制；

短路控制器，用于實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)模塊反饋的電源參數(shù)并通過(guò)通信模塊與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并計(jì)算短路器控制參數(shù)，通過(guò)I/O控制方式對(duì)短路控制器進(jìn)行控制，達(dá)到控制電源輸出狀態(tài)以及短路保護(hù)的實(shí)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(shí)也保證整個(gè)能源控制系統(tǒng)的對(duì)外電力輸出。

進(jìn)一步，所述通信模塊、檢測(cè)模塊、能源控制器、短路控制器、輸出端子、蓄電池組之間通過(guò)IIC通信。

進(jìn)一步，所述通信模塊、檢測(cè)模塊、能源控制器、短路控制器、輸出端子、蓄電池組之間通過(guò)線纜或水下聲吶通信。

進(jìn)一步，所述通信模塊、檢測(cè)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(jìn)一步，所述檢測(cè)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(guò)SPI總線向檢測(cè)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(cè)模塊的主控IC為STM32，對(duì)采集的參數(shù)做初期的處理、封裝，并對(duì)蓄電池組做第一級(jí)的故障判斷；同時(shí)監(jiān)測(cè)模塊主控IC與能源控制器通過(guò)IIC總線相連，并實(shí)時(shí)反饋采集 參數(shù)。

進(jìn)一步，所述通信模塊內(nèi)部主控STM32與wifi控制器通過(guò)SPI總線相連接進(jìn)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(guò)IIC數(shù)據(jù)總線將參數(shù)發(fā)送至能源控制器。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種安裝有所述水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)的水下機(jī)器人。

本實(shí)用新型提供的水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)，適用于水下環(huán)境，整個(gè)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的影響；通過(guò)無(wú)線傳輸于地面站系統(tǒng)實(shí)時(shí)完成數(shù)據(jù)交換，可檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部電源工作參數(shù)，同時(shí)接收地面站控制參數(shù)并控制本系統(tǒng)對(duì)外輸出能源；在水中遇外部電路工作短路時(shí)，內(nèi)部控制電路檢測(cè)電流信號(hào)并由短路控制電路控制外接電極與內(nèi)部電路斷開(kāi)實(shí)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(guò)放或爆炸。

本實(shí)用新型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(duì)模塊內(nèi)部的干擾；可通過(guò)無(wú)線wifi與地面站環(huán)境實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，可根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境對(duì)內(nèi)部電源輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可通過(guò)在地面站運(yùn)行優(yōu)化算法對(duì)能源進(jìn)行最優(yōu)利用；檢測(cè)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(kāi)以達(dá)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。

本實(shí)用新型的小型水下機(jī)器人的電源系統(tǒng)的保護(hù)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，可為水下工作的電氣設(shè)備提供電源短路保護(hù)，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水下能源系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)如：實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率等參數(shù)，并依靠wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳至地面站。可通過(guò)控制器對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理以完成對(duì)能源系統(tǒng)的高效控制及在故障時(shí)對(duì)能源系統(tǒng)迅速做出響應(yīng)，同時(shí)亦可結(jié)合實(shí)際故障情況對(duì)能源系統(tǒng)做出遠(yuǎn)程處理，如在能源輸出端口短路時(shí)控制內(nèi)部電路短路以達(dá)到保護(hù)能源系統(tǒng)的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的能源控制系統(tǒng)工作過(guò)程中數(shù)據(jù)流向 示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的檢測(cè)模塊工作原理圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的通信模塊工作原理圖。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)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(cè)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(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水下機(jī)器人能源管理控制系統(tǒng)包括：通信模塊1、檢測(cè)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(cè)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(guò)程中定時(shí)將能源系統(tǒng)工作參數(shù)上發(fā)至地面工作站并實(shí)時(shí)接收來(lái)自地面站的控制參數(shù)。

檢測(cè)模塊2，在工作過(guò)程中實(shí)時(shí)采集蓄電池組工作狀態(tài)信息包括：實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率參數(shù)并將上述參數(shù)做初期的處理、封裝，并對(duì)蓄電池組做第一級(jí)的故障判斷。

能源控制器3，在工作過(guò)程則通過(guò)讀取檢測(cè)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(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行控制；整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部通信使用IIC通信的方式進(jìn)行，保障數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性、可靠性。

短路控制器4，用于實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)模塊2反饋的電源參數(shù)并通過(guò)通信模塊1與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并計(jì)算短路器控制參數(shù)，最后通過(guò)I/O控制方式對(duì)短路控制器4進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電源輸出狀態(tài)以及短路保護(hù)的實(shí)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(shí)也保證整個(gè)能源控制系統(tǒng)的對(duì)外電力輸出。

本實(shí)用新型的能源控制模塊主要從總線上獲取電池輸出端的開(kāi)關(guān)信息，檢測(cè)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(duì)本實(shí)用新型的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水下機(jī)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(wú)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(guò)外殼封閉式腔體與水體進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)下只通過(guò)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(shí)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(duì)外部環(huán)境的抗干擾能力。

本實(shí)用新型提供的能源控制系統(tǒng)工作過(guò)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(shí)也保證整個(gè)能源控制系統(tǒng)的對(duì)外電力輸出。檢測(cè)模塊在工作過(guò)程中實(shí)時(shí)采集蓄電池組工作狀態(tài)信息包括：實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率參數(shù)并將上述參數(shù)做初期的處理、封裝，并對(duì)蓄電池組做第一級(jí)的故障判斷。通信模塊在工作過(guò)程中定時(shí)將能源系統(tǒng)工作參數(shù)上發(fā)至地面工作站并實(shí)時(shí)接收來(lái)自地面站的控制參數(shù)，能源控制器在工作過(guò)程則通過(guò)讀取檢測(cè)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(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部通信使用IIC通信的方式進(jìn)行，保障數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性、可靠性。

如圖3所示為檢測(cè)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(guò)SPI總線向檢測(cè)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(cè)模塊的主控IC為STM32，對(duì)采集的參數(shù)做初期的處理、封裝，并對(duì)蓄電池組做第一級(jí)的故障判斷。同時(shí)監(jiān)測(cè)模塊主控IC與能源控制器通過(guò)IIC總線相連，并實(shí)時(shí)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(guò)SPI總線相連接進(jìn)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(guò)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(dú)立單片機(jī)STM32其掛載于系統(tǒng)IIC總線上，其主要功能為實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)模塊反饋的電源參數(shù)并通過(guò)通信模塊與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并計(jì)算短路器控制參數(shù)，最后通過(guò)I/O控制方式對(duì)短路控制器進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電源輸出狀態(tài)以及短路保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)用新型提供的能源系統(tǒng)適用于水下環(huán)境，整個(gè)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的影響；能通過(guò)無(wú)線傳輸于地面站系統(tǒng)實(shí)時(shí)完成數(shù)據(jù)交換，可檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部電源工作參數(shù)，同時(shí)接收地面站控制參數(shù)并控制本系統(tǒng)對(duì)外輸出能源；在水中遇外部電路工作短路時(shí)，內(nèi)部控制電路檢測(cè)電流信號(hào)并由短路控制電路控制外接電極與內(nèi)部電路斷開(kāi)實(shí)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(guò)放或爆炸。

本實(shí)用新型中使用的無(wú)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(huì)對(duì)水下設(shè)備運(yùn)動(dòng)方式以及運(yùn)動(dòng)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(qǐng)的較佳實(shí)施例以及對(duì)所運(yùn)用技術(shù)原理的說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)中所涉及的實(shí)用新型范圍，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(shí)也應(yīng)涵蓋在不脫離所述實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)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(qǐng)中公開(kāi)的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案。