用于海上通讯中继浮标的控制系统及海上通讯中继浮标的制作方法

1.本实用新型属于海洋仪器技术领域，涉及通讯中继浮标控制技术，具体地说，涉及一种用于海上通讯中继浮标的控制系统及海上通讯中继浮标。


背景技术：

2.通讯中继浮标作为水面控制节点与水下信息节点的通讯中继，主要完成两者之间的数据传输和指令中继，还能够拓展通讯距离。传统海上通讯中继浮标虽然能实现通讯中继，但存在以下缺点：
3.(1)传统海上通讯中继浮标控制方式单一，布放后难以进行配置，灵活性低。
4.(2)传统海上通讯中继浮标虽然搭载简单的电池充放电电路，但很好关注太阳能电池板和后级用电设备的保护，可靠性差。
5.(3)传统海上通讯中继浮标的控制系统功能简单，仅能实现简单的中继传输，不判断和处理接收到的数据，对在传输过程中产生的错误信息，无法辨别，应用性差。


技术实现要素：

6.本实用新型针对现有技术存在的可靠性差等上述问题，提供了一种用于海上通讯中继浮标的控制系统及海上通讯中继浮标，能够解决传统海上通讯中继浮标控制系统灵活性低、可靠性差、应用性差的问题，实现海上通讯中继浮标的长时间连续稳定的工作，节省布放回收成本。
7.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于海上通讯中继浮标的控制系统，包括：
8.供电单元，包括：
9.电池包；
10.太阳能充放电控制器，与电池包相连；
11.至少一块太阳能电池板，每块太阳能电池板与太阳能充放电控制器之间均连接一保护电路；
12.主控单元，与太阳能充放电控制器电连接；
13.温湿压传感器，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信；
14.铱星通讯终端，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信连接；
15.数传电台，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信；
16.gps模块，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信。
17.进一步的，还包括电源转换模块，所述电源转换模块连接于太阳能充放电控制器与主控单元、温湿压传感器、铱星通讯终端、数传电台、gps模块之间，所述电源转换模块包括将太阳能充放电控制器输出的电压转变成稳定的12v电压给主控单元、铱星通讯终端、数传电台供电的第一电源转换模块以及将太阳能充放电控制器输出的电压转变成稳定的5v电压给温湿压传感器和gps模块供电的第二电源转换模块。
18.进一步的，还包括稳压单元，所述稳压单元包括：
19.缓启动及浪涌抑制电路，与太阳能充放电控制器连接；
20.dc/dc稳压器，其输入与缓启动及浪涌抑制电路相连，其输出与电源转换模块相连。
21.优选的，所述保护电路包括：
22.接入连接器jp1，与所述太阳能电池板连接；
23.热敏电阻ntc1，与接入连接器串联连接；
24.压敏电阻mov1，一端接地，一端与热敏电阻连接；
25.瞬态抑制二极管tvs1，其输入与压敏电阻mov1的输出连接；
26.防反接保护电路，其输入与瞬态抑制二极管tvs1的输出连接；
27.过压保护电路，其输入与防反接保护电路的输出连接。
28.进一步的，所述保护电路还包括继电器key1，所述继电器key1 与热敏电阻ntc1并联组成并联电路，所述压敏电阻mov1的一端与该并联电路的输出端连接。
29.优选的，所述防反接保护电路包括mos管q1、电阻r2、电容c2、稳压管z1及由电容c1和电阻r1串联组成的rc电路；电阻r2一端连接瞬态抑制二极管tvs1的一端，电阻r2的另一端连接稳压管z1 的负极；mos管q1的漏极连接瞬态抑制二极管tvs1的另一端，mos 管q1的栅极连接电阻r2与稳压管z1之间的中点，mos管q1的源极连接稳压管z1的正极，稳压管z1的正极接地；电容c2与电阻r2并联；电容c1连接mos管q1的漏极，电阻r1连接mos管q1的源极。
30.优选的，所述过压保护电路包括三极管q2、二极管d2、由电阻 r3和电阻r4串联组成的分压电路、稳压管z2及电容c3；三极管q2 的基极连接二极管d2的负极，三极管q2的发射极接地，三极管q2 的集电极连接电阻r2与稳压管z1之间的中点；二极管d2的正极连接电阻r3与电阻r4之间的中点；电阻r3连接电阻r2，电阻r4接地；稳压管z2与电容c3并联组成稳压电路，所述稳压电路与电阻r4并联。
31.优选的，太阳能电池板设有偶数块时，每两块为一组，每组中的两块太阳能电池板并联安装设置；太阳能电池板设有奇数块时，当太阳能电池板为3块及以上时，选取任意一块为一组，其他太阳能电池板中，每两块为一组，且每组中的两块太阳能电池板并联安装设置。
32.为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种海上通讯中继浮标，包括密封舱和控制系统，所述控制系统包括:
33.供电单元，包括：
34.电池包，安装于密封舱内；
35.太阳能充放电控制器，安装于密封舱内，与电池包相连；
36.至少一块太阳能电池板，安装于密封舱外部，每块太阳能电池板与太阳能充放电控制器之间均连接一保护电路；
37.主控单元，安装于密封舱内，与太阳能充放电控制器电连接；
38.温湿压传感器，安装于密封舱内，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信；
39.铱星通讯终端，安装于密封舱内，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信连接，铱星通讯终端的天线设于密封舱外；
40.数传电台，安装于密封舱内，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信，数传电台的天线设于密封舱外；
41.gps模块，安装于密封舱内，与太阳能充放电控制器电连接，并与主控单元通信，gps模块的天线设于密封舱外。
42.优选的，所述控制系统还包括电源转换模块，安装于密封舱内，所述电源转换模块连接于太阳能充放电控制器与主控单元、温湿压传感器、铱星通讯终端、数传电台、gps模块之间，所述电源转换模块包括将太阳能充放电控制器输出的电压转变成稳定的12v电压给主控单元、铱星通讯终端、数传电台供电的第一电源转换模块以及将太阳能充放电控制器输出的电压转变成稳定的5v电压给温湿压传感器和 gps模块供电的第二电源转换模块。
43.与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
44.本实用新型供电单元采用至少一块太阳能电池板，且在太阳能电池板连接太阳能充放电控制器之前，太阳能电池板先连接一保护电路，保证太阳能电池板正常工作，提高供电单元的可靠性，在将太阳能转换成电能存储在电池包中或直接进行供电时，能够延长中继浮标的在位工作时间，节省打捞和布放的费用，解决了传统海上通讯中继浮标控制系统可靠性和应用性差的问题，提高了控制系统的灵活性。
附图说明
45.图1为本实用新型实施例所述用于海上通讯中继浮标的控制系统的结构框图；
46.图2为本实用新型实施例所述太阳能电池板连接示意图；
47.图3为本实用新型实施例所述保护电路的原理图；
48.图4为本实用新型实施例所述防反接保护电路及过压保护电路的原理图；
49.图5为本实用新型实施例所述电源转换模块原理图；
50.图6为本实用新型实施例所述用于海上通讯中继浮标的结构框图；
51.图7为本实用新型实施例所述用于海上通讯中继浮标的安装示意图。
52.图中，1、电池包，2、太阳能充放电控制器，3、太阳能电池板，4、保护电路，5、主控单元，6、温湿压传感器，7、铱星通讯终端， 8、数传电台，9、gps模块，10、缓启动及浪涌抑制电路，11、dc/dc 稳压器，12、交换机，13、天线，14、密封舱。
具体实施方式
53.下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
54.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
55.实施例1：参见图1、图2，本实用新型实施例提供了一种用于海上通讯中继浮标的控制系统，包括：
56.供电单元，包括：
57.电池1；
58.太阳能充放电控制器2，与电池包2相连；
59.两块太阳能电池板3，并联对立安装设置，每块太阳能电池板与太阳能充放电控制器2之间均连接一保护电路4；
60.主控单元5，与太阳能充放电控制器2电连接；
61.温湿压传感器6，与太阳能充放电控制器2电连接，并与主控单元5通信；
62.铱星通讯终端7，与太阳能充放电控制器2电连接，并与主控单元通信5连接；
63.数传电台8，与太阳能充放电控制器2电连接，并与主控单元5 通信；
64.gps模块9，与太阳能充放电控制器2电连接，并与主控单元5 通信。
65.由于两块太阳能电池板采用并联对立安装，其中一块太阳能电池板的电压可能会高于另一块，存在压差，损坏电压较低的太阳能电池板，减少了太阳能电池板的使用寿命，缩短了中继浮标的在位工作时间，因此，本实施例中在两块太阳能电池板并联前，给每块太阳能电池板都增加一保护电路，保证两块太阳能电池板正常工作，然后连接到太阳能充放电控制器，可以自动调节太阳能电池板的最大功率点，根据负载需要的电流的大小，实时动态调整供电方式，如果负载较轻，则由太阳能电池板为后端负载供电，如果负载变大，切换电池包为后端负载供电。
66.具体地，参见图3，所述保护电路包括：
67.接入连接器jp1，与所述太阳能电池板连接；
68.热敏电阻ntc1，与接入连接器串联连接；
69.压敏电阻mov1，一端接地，一端与热敏电阻连接；
70.瞬态抑制二极管tvs1，其输入与压敏电阻mov1的输出连接；
71.防反接保护电路，其输入与瞬态抑制二极管tvs1的输出连接；
72.过压保护电路，其输入与防反接保护电路的输出连接。
73.太阳能电池板先连接到保护电路，通过接入连接器jp1接入，然后经热敏电阻ntc1抑制浪涌电流，再经过压敏电阻mov1进行第一级过压保护，再通过瞬态抑制二极管tvs1实现静电防护，最后通过防反接保护电路和过压保护电路供给太阳能充放电控制器。
74.需要说明的是，太阳能电池板接入瞬间，会产生很大的浪涌电流，如果不加以抑制，很可能会损坏后级的用电设备，此时加入热敏电阻 ntc1，可以将浪涌电流限制在10a以下。但是热敏电阻ntc1会消耗大量的有功功率，发热严重，影响使用寿命。为了延长热敏电阻 ntc1的使用寿命，在一优选实施方式中，继续参见图3，所述保护电路还包括继电器key1，所述继电器key1与热敏电阻ntc1并联组成并联电路，所述压敏电阻mov1的一端与该并联电路的输出端连接。通过继电器key1将热敏电阻ntc1短接，此时绝大部分电流将通过继电器key1输送到后级用电设备，降低系统损耗。
75.继续参见图3、图4，所述防反接保护电路包括mos管q1、电阻 r2、电容c2、稳压管z1及由电容c1和电阻r1串联组成的rc电路；电阻r2一端连接瞬态抑制二极管tvs1的一端，电阻r2的另一端连接稳压管z1的负极；mos管q1的漏极连接瞬态抑制二极管tvs1的另一端，mos管q1的栅极连接电阻r2与稳压管z1之间的中点，mos管 q1的源极连接稳压管z1的正极，稳压管z1的正极接地；电容c2与电阻r2并联；电容c1连接mos管q1的漏极，电阻r1连接mos管
q1 的源极。控制系统正常上电工作后，二极管d2截止，mos管q1的g 极(栅极)通过电阻r2连接到电源正极，此时mos管q1的vgs＞vgs (th)(vgs(th)为g极和s极的开启电压)，mos管q1的d极(漏极)和s极(源极)导通，控制系统正常工作。当输入电源反接后， mos管q1的g极(栅极)通过电阻r2连接到电源负极，mos管q1的 vgs＜vgs(th)，mos管q1立即截止，保护后级用电设备。
76.继续参见图3、图4，所述过压保护电路包括三极管q2、二极管 d2、由电阻r3和电阻r4串联组成的分压电路、稳压管z2及电容c3；三极管q2的基极连接二极管d2的负极，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接电阻r2与稳压管z1之间的中点；二极管d2 的正极连接电阻r3与电阻r4之间的中点；电阻r3连接电阻r2，电阻r4接地；稳压管z2与电容c3并联组成稳压电路，所述稳压电路与电阻r4并联。由于二极管d2导通电压大约0.6v，三极管q2的b-e 极间导通电压约0.6v，所以要使三极管q2导通，需要使电阻r4两端电压高于1.2v。控制系统正常上电后，电阻r3和电阻r4分压使电阻 r4两端电压维持在1v左右，此时三极管q2截止，保护电路未动作。当控制系统出现过电压时，电阻r4两端电压超过1.2v，三极管q2 的b-e极导通，然后驱动c-e极导通，电阻r2一侧电压被拉到0v左右，与之连接在一起的mos管q1的g极(栅极)被拉到0v左右，此时mos管q1的vgs＜vgs(th)(vgs(th)为g极和s极的开启电压)， mos管q1立即关断，电源通路被切断，保护后级用电设备。
77.上述控制系统还包括电源转换模块，所述电源转换模块连接于所述dc/dc稳压器与主控单元、温湿压传感器、铱星通讯终端、数传电台、gps模块之间，所述电源转换模块包括将dc/dc稳压器输出的电压转变成稳定的12v电压给主控单元、铱星通讯终端、数传电台供电的第一电源转换模块以及将dc/dc稳压器输出的电压转变成稳定的 5v电压给温湿压传感器和gps模块供电的第二电源转换模块。通过电源转换模块将电池包或太阳能电池板变化的电压转变成稳定的12v电压和5v电压，供给后端设备使用。参见图5，电源转换模块中，第一电源转换模块采用现有的成熟商业化产品，产品型号： wchd100-12s12m，搭建前后级匹配电路，包括输入电容c_mo1和输入电容c_mo2、瞬态抑制二极管tvs3、输出电容c_mos3、瞬态抑制二极管tvs4～tvs6。第二电源转换模块同样采用成熟商业化产品，电路结构同第一电源转换模块类似，此处不在赘述。
78.继续参见图1，上述控制系统还包括稳压单元，所述稳压单元包括：
79.缓启动及浪涌抑制电路10，与太阳能充放电控制器2连接；
80.dc/dc稳压器11，其输入与缓启动及浪涌抑制电路10相连，其输出与电源转换模块相连。
81.由于电源转换模块的容性负载，在开启动瞬间尖峰浪涌电流非常大，瞬时可达50-100a，易使后端用电设备损坏。为了保证后级用电设备正常工作，增加了上述稳压单元，通过缓启动及浪涌抑制电路延时上电，减小尖峰浪涌电流。需要说明的是，本实施例中，缓启动及浪涌抑制电路和dc/dc稳压器均采用已成熟商业化产品。
82.本实用新型实施例上述控制系统，采用两块太阳能电池板，且在太阳能电池板连接太阳能充放电控制器之前，太阳能电池板先连接一保护电路，保证太阳能电池板正常工作，提高供电单元的可靠性，在将太阳能转换成电能存储在电池包中或直接进行供电时，能够延长中继浮标的在位工作时间，节省打捞和布放的费用，解决了传统海上通讯中继浮标控制系统可靠性和应用性差的问题，提高了控制系统的灵活性。
83.实施例2：本实用新型实施例提供了一种海上通讯中继浮标，包括密封舱14和控制系统，所述控制系统包括:
84.供电单元，包括：
85.电池包1，安装于密封舱14内；
86.太阳能充放电控制器2，安装于密封舱14内，与电池包1相连；
87.两块太阳能电池板3，两块太阳能电池板3并联对立安装于密封舱14外部，每块太阳能电池板3与太阳能充放电控制器2之间均连接一保护电路4；
88.主控单元5，安装于密封舱14内，与太阳能充放电控制器2电连接；
89.温湿压传感器6，安装于密封舱14内，与太阳能充放电控制器2 电连接，并与主控单元5通信；
90.铱星通讯终端7，安装于密封舱14内，与太阳能充放电控制器2 电连接，并与主控单元5通信，铱星通讯终端7的天线13设于密封舱14外；
91.数传电台8，安装于密封舱14内，与太阳能充放电控制器2电连接，并与主控单元5通信，数传电台8的天线13设于密封舱14外；
92.gps模块9，安装于密封舱14内，与太阳能充放电控制器2电连接，并与主控单元5通信，gps模块9的天线13设于密封舱14外。
93.由于两块太阳能电池板采用并联对立安装，其中一块太阳能电池板的电压可能会高于另一块，存在压差，损坏电压较低的太阳能电池板，减少了太阳能电池板的使用寿命，缩短了中继浮标的在位工作时间，因此，本实施例中在两块太阳能电池板并联前，给每块太阳能电池板都增加一保护电路，保证两块太阳能电池板正常工作，然后连接到太阳能充放电控制器，可以自动调节太阳能电池板的最大功率点，根据负载需要的电流的大小，实时动态调整供电方式，如果负载较轻，则由太阳能电池板为后端负载供电，如果负载变大，切换电池包为后端负载供电。
94.具体地，参见图3，所述保护电路包括：
95.接入连接器jp1，与所述太阳能电池板连接；
96.热敏电阻ntc1，与接入连接器串联连接；
97.压敏电阻mov1，一端接地，一端与热敏电阻连接；
98.瞬态抑制二极管tvs1，其输入与压敏电阻mov1的输出连接；
99.防反接保护电路，其输入与瞬态抑制二极管tvs1的输出连接；
100.过压保护电路，其输入与防反接保护电路的输出连接。
101.太阳能电池板先连接到保护电路，通过接入连接器jp1接入，然后经热敏电阻ntc1抑制浪涌电流，再经过压敏电阻mov1进行第一级过压保护，再通过瞬态抑制二极管tvs1实现静电防护，最后通过防反接保护电路和过压保护电路供给太阳能充放电控制器。
102.需要说明的是，太阳能电池板接入瞬间，会产生很大的浪涌电流，如果不加以抑制，很可能会损坏后级的用电设备，此时加入热敏电阻 ntc1，可以将浪涌电流限制在10a以下。但是热敏电阻ntc1会消耗大量的有功功率，发热严重，影响使用寿命。为了延长热敏电阻 ntc1的使用寿命，在一优选实施方式中，继续参见图3，所述保护电路还包括继电器key1，所述继电器key1与热敏电阻ntc1并联组成并联电路，所述压敏电阻mov1的一端与该并联电路的输出端连接。通过继电器key1将热敏电阻ntc1短接，此时绝大部分电流将通过
继电器key1输送到后级用电设备，降低系统损耗。
103.继续参见图3、图4，所述防反接保护电路包括mos管q1、电阻r2、电容c2、稳压管z1及由电容c1和电阻r1串联组成的rc电路；电阻r2一端连接瞬态抑制二极管tvs1的一端，电阻r2的另一端连接稳压管z1的负极；mos管q1的漏极连接瞬态抑制二极管tvs1的另一端，mos管q1的栅极连接电阻r2与稳压管z1之间的中点，mos管 q1的源极连接稳压管z1的正极，稳压管z1的正极接地；电容c2与电阻r2并联；电容c1连接mos管q1的漏极，电阻r1连接mos管q1 的源极。控制系统正常上电工作后，二极管d2截止，mos管q1的g 极(栅极)通过电阻r2连接到电源正极，此时mos管q1的vgs＞vgs (th)(vgs(th)为g极和s极的开启电压)，mos管q1的d极(漏极)和s极(源极)导通，控制系统正常工作。当输入电源反接后， mos管q1的g极(栅极)通过电阻r2连接到电源负极，mos管q1的 vgs＜vgs(th)，mos管q1立即截止，保护后级用电设备。
104.继续参见图3、图4，所述过压保护电路包括三极管q2、二极管 d2、由电阻r3和电阻r4串联组成的分压电路、稳压管z2及电容c3；三极管q2的基极连接二极管d2的负极，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接电阻r2与稳压管z1之间的中点；二极管d2 的正极连接电阻r3与电阻r4之间的中点；电阻r3连接电阻r2，电阻r4接地；稳压管z2与电容c3并联组成稳压电路，所述稳压电路与电阻r4并联。由于二极管d2导通电压大约0.6v，三极管q2的b-e 极间导通电压约0.6v，所以要使三极管q2导通，需要使电阻r4两端电压高于1.2v。控制系统正常上电后，电阻r3和电阻r4分压使电阻 r4两端电压维持在1v左右，此时三极管q2截止，保护电路未动作。当控制系统出现过电压时，电阻r4两端电压超过1.2v，三极管q2 的b-e极导通，然后驱动c-e极导通，电阻r2一侧电压被拉到0v左右，与之连接在一起的mos管q1的g极(栅极)被拉到0v左右，此时mos管q1的vgs＜vgs(th)(vgs(th)为g极和s极的开启电压)，mos管q1立即关断，电源通路被切断，保护后级用电设备。
105.上述控制系统还包括电源转换模块，所述电源转换模块连接于太阳能充放电控制器与主控单元、温湿压传感器、铱星通讯终端、数传电台、gps模块之间，所述电源转换模块包括将太阳能充放电控制器输出的电压转变成稳定的12v电压给主控单元、铱星通讯终端、数传电台供电的第一电源转换模块以及将太阳能充放电控制器输出的电压转变成稳定的5v电压给温湿压传感器和gps模块供电的第二电源转换模块。通过电源转换模块将电池包或太阳能电池板变化的电压转变成稳定的12v电压和5v电压，供给后端设备使用。参见图5，电源转换模块中，第一电源转换模块采用现有的成熟商业化产品，产品型号：wchd100-12s12m，搭建前后级匹配电路，包括输入电容c_mo1 和输入电容c_mo2、瞬态抑制二极管tvs3、输出电容c_mos3、瞬态抑制二极管tvs4～tvs6。第二电源转换模块同样采用成熟商业化产品，电路结构同第一电源转换模块类似，此处不在赘述。
106.继续参见图6、图7，所述控制系统还包括稳压单元，安装于密封舱内，所述稳压单元包括：
107.缓启动及浪涌抑制电路10，与太阳能充放电控制器2连接；
108.dc/dc稳压器11，其输入与缓启动及浪涌抑制电路10相连，其输出分别与主控单元5、温湿压传感器6、铱星通讯终端7、数传电台 8、gps模块相连9。
109.由于电源转换模块的容性负载，在开启动瞬间尖峰浪涌电流非常大，瞬时可达50-100a，易使后端用电设备损坏。为了保证后级用电设备正常工作，增加了上述稳压单元，通
过缓启动及浪涌抑制电路延时上电，减小尖峰浪涌电流。需要说明的是，本实施例中，缓启动及浪涌抑制电路和dc/dc稳压器均采用已成熟商业化产品。
110.本实用新型实施例上述中继浮标，控制系统采用两块太阳能电池板，且在太阳能电池板连接太阳能充放电控制器之前，太阳能电池板先连接一保护电路，保证太阳能电池板正常工作，提高供电单元的可靠性，在将太阳能转换成电能存储在电池包中或直接进行供电时，能够延长中继浮标的在位工作时间，节省打捞和布放的费用，解决了传统海上通讯中继浮标控制系统可靠性和应用性差的问题，提高了控制系统的灵活性。
111.需要说明的是，上述实施例所述控制系统及中继浮标中，太阳能电池板的数量不限于2块，也可以是一块，也可以是三块及三块以上，具体根据实际需求进行设计。需要注意的是，太阳能电池板设有偶数块时，每两块为一组，每组中的两块太阳能电池板并联安装设置；太阳能电池板设有奇数块时，当太阳能电池板为3块及以上时，选取任意一块为一组，其他太阳能电池板中，每两块为一组，且每组中的两块太阳能电池板并联安装设置。
112.上述实施例用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。