一种水下便携设备电源开关控制及充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及水下装备领域，尤其涉及一种水下便携设备电源开关控制及充电电路。


背景技术：

2.随着我国海洋资源的不断开发，对于水下作业设备的需求不断增大。大量的水下便携设备投入使用，其中有些设备需要进行电源开关控制、充电等操作，例如，当设备入水后需要开启电源，出水后需要关闭电源；设备电量低时，需要进行电池充电操作等。但目前，许多水下设备仍需进行手动操作打开电源开关，尤其是在水中进行电源开关操作的复杂度较高，给使用人员造成很大的困扰。此外，常用的通过整体更换内部电池组或者在设备上增设水密接插件等专用接口来进行水下设备充电的方法，不仅挤占了设备的内部空间、增加设备结构复杂度，同时也易破坏设备的美观性。
3.针对大多数水下便携设备的上述功能需求，目前还没有完整的集成电源开关自动控制和便捷充电功能于一体的电路或功能模块的介绍与描述。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种水下便携设备电源开关控制及充电电路，用以至少解决现有技术中水下便携设备在入水或出水后无法自动控制电源开关以及进行便捷充电的问题。
5.根据本实用新型实施例提出一种水下便携设备电源开关控制及充电电路，包括：
6.入水检测模块，设于所述水下便携设备的设备水密壳体内部，所述入水检测模块用于检测所述水下便携设备是否入水和出水；
7.电源开关控制模块，与所述入水检测模块电连接，所述电源开关控制模块用于接收所述入水检测模块的输出信号，以对所述设备水密壳体内用电模块进行供电或停止供电；
8.充电接口模块，与所述水下便携设备的电池组电连接，所述充电接口模块用于接入外部电源为所述电池组充电。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述入水检测模块包括：
10.入水感应ipad，设于所述设备水密壳体的内壁面；
11.电容检测电路，与所述入水感应ipad、所述电源开关控制模块均电连接，所述电容检测电路用于检测所述入水感应ipad的电容值变化，以控制所述电源开关控制模块。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述电容检测电路包括：
13.电容感应芯片，用于感应所述入水感应ipad的电容值变化并输出相应的高低电平触发信号至所述电源开关控制模块。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述电容检测电路还包括：
15.感应配置电路，用于完成所述电容感应芯片的参数设置，所述参数包括工作模式、高低电平触发信号输出模式、电容感应灵敏度中的至少一个。
16.根据本实用新型的一些实施例，所述感应配置电路由多个灵敏度调节电容和多个模式配置电阻构建而成。
17.根据本实用新型的一些实施例，所述电源开关控制模块包括：
18.控制mcu，与所述入水检测模块电连接，所述控制mcu用于接收所述入水检测模块的输出信号；
19.开关驱动电路，与所述控制mcu电连接，所述开关驱动电路用于接收所述控制mcu输出的开关信号；
20.开关继电器，与所述开关驱动电路电连接，所述开关继电器用于接收所述开关驱动电路输出的驱动信号，以对所述用电模块进行供电或停止供电；
21.电压检测电路，连接所述电池组正负极端子，所述电压检测电路用于对所述电池组正负极的电压进行分压，并将分压后电压送至所述控制mcu进行电池组电压检测与分析。
22.根据本实用新型的一些实施例，所述电压检测电路包括两个分压电阻。
23.根据本实用新型的一些实施例，所述电源开关控制模块还包括：
24.mcu配置电路，用于配置所述控制mcu的工作参数。
25.根据本实用新型的一些实施例，所述充电接口模块，包括：
26.充电电极，设于所述设备水密壳体；
27.充电电路，与所述充电电极电连接。
28.根据本实用新型的一些实施例，所述充电电路包括充电保护电路和单向整流桥电路。
29.采用本实用新型实施例，通过入水检测模块在设备入水及出水时向电源开关控制模块发送相关信号，从而实现水下设备在入水及出水时电源自动打开及关闭，避免了手动操作，提高的使用体验。充电接口模块可以接入外部电源为水下设备电池组进行充电，避免了电量耗尽时更换电池组的复杂操作。
30.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
31.通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。在附图中：
32.图1是本实用新型实施例中水下便携设备电源开关控制及充电电路组成示意图；
33.图2是本实用新型实施例中入水检测模块组成示意图；
34.图3是本实用新型实施例中电源开关控制模块组成示意图；
35.图4是本实用新型实施例中充电接口模块组成示意图；
36.图5是本实用新型实施例的电路原理图。
具体实施方式
37.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本
实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
38.本实用新型实施例提出一种水下便携设备电源开关控制及充电电路，包括：
39.入水检测模块，设于水下便携设备的设备水密壳体内部，入水检测模块用于检测水下便携设备是否入水与出水。
40.例如，入水检测模块设置于壳体内壁面。
41.电源开关控制模块，与入水检测模块电连接，电源开关控制模块用于接收入水检测模块的输出信号，以对设备水密壳体内用电模块进行供电或停止供电。
42.充电接口模块，与水下便携设备的电池组电连接，充电接口模块用于接入外部电源为电池组充电。
43.采用本实用新型实施例，通过入水检测模块在设备入水及出水时向电源开关控制模块发送相关信号从而控制电源的接通与断开，可实现水下设备分别在入水及出水时电源自动打开或关闭的动作，避免了手动操作，增强了使用体验。充电接口模块可以接入外部电源为水下设备电池组进行充电，避免了设备电量耗尽时更换电池组的复杂操作。
44.在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
45.根据使用实用新型的一些实施例，参考图1，入水检测模块包括：
46.入水感应ipad，设于设备水密壳体的内部。在设备入水或出水后入水感应ipad的电容值发生变化。
47.例如，入水感应ipad覆盖在pcb基板上，制作成圆形或方形，固定安装在设备水密壳体的内壁面。
48.电容检测电路，与入水感应ipad、电源开关控制模块均电连接，电容检测电路用于检测入水感应ipad的电容值变化，通过外部引脚向电源开关控制模块输出信号以控制电源开关控制模块。
49.根据本实用新型的一些实施例，入水检测模块包括：
50.电容测量点，壳体内侧壁的顶部左右各设置一个电容测量点，在内侧壁的底部左右各设置一个电容测量点。当四个电容测量点的电容值均增大时，表示设备处于入水状态。当四个电容测量点的电容值均减小时，表示设备处于出水状态。
51.电容容量变化检测单元，与电容测量点、电源开关控制模块均电连接，电容容量变化检测单元用于检测电容测量点的电容值变化，且在四个电容测量点的电容值均增大时，向电源开关控制模块输出入水信号，在四个电容测量点的电容值均减小时，向电源开关控制模块输出出水信号。
52.根据本实用新型的一些实施例，入水检测模块包括：
53.压力传感器，设置于壳体，用于检测设备所处环境的压力变化。压力传感器与电源开关控制模块电连接，在压力传感器所测量的压力值达到设定的压力阈值时，向电源开关控制模块输出入水信号。
54.根据本实用新型的一些实施例，入水检测模块包括：
55.光敏传感器，设置于壳体，用于检测设备所述环境的光线变化。光敏传感器与电源
开关控制模块电连接，在光敏传感器所测量的光照强度达到设定的光照强度阈值时，向电源开关控制模块输出入水信号。
56.根据本实用新型的一些实施例，入水检测模块包括：
57.湿度传感器，设置于壳体，用于检测设备所述环境的湿度变化。湿度传感器与电源开关控制模块电连接，在湿度传感器所测量的设备环境湿度达到设定的湿度阈值时，向电源开关控制模块输出入水信号。
58.根据本实用新型的一些实施例，参考图2，电容检测电路包括：
59.电容感应芯片，用于感应入水感应ipad的电容值变化并输出相应的高低电平触发信号至电源开关控制模块。
60.例如，电容感应芯片是一款基于电容感应原理设计的检测集成电路，能够按照设定的工作模式与参数感应ipad端电容值的变化量并输出相应的高低电平触发信号。
61.或者，电容感应芯片为四通道电容感应芯片，其输入端分别与入水感应ipad的触点连接，其输出端分别与控制mcu的gpio引脚连接。
62.根据本实用新型的一些实施例，电容检测电路还包括：
63.感应配置电路，用于完成电容感应芯片的参数设置，参数包括工作模式、高低电平触发信号输出模式、电容感应灵敏度中的至少一个。
64.根据本实用新型的一些实施例，感应配置电路由多个灵敏度调节电容和多个模式配置电阻构建而成。灵敏度调节电容用于调节电容感应芯片的电容感应灵敏度。模式配置电阻主要实现电容感应芯片的工作模式设置，如输出模式、输出时间、功耗模式等。
65.根据本实用新型的一些实施例，参考图3，电源开关控制模块包括：
66.控制mcu，与入水检测模块电连接，控制mcu用于接收入水检测模块的输出信号。
67.控制mcu为低功耗mcu，例如，st stm32l4系列、atmel saml21系列、ti msp43x系列等。
68.开关驱动电路，与控制mcu电连接，开关驱动电路用于接收控制mcu输出的开关信号。
69.开关驱动电路包括三极管和限流电阻。例如，三极管为npn型三极管，三极管的集电极与一个限流电阻连接，基极与另一个限流电阻r连接，发射极接地。
70.开关继电器，与开关驱动电路电连接，开关继电器用于接收开关驱动电路输出的驱动信号，以对用电模块或负载进行供电或停止供电。
71.例如，开关继电器为固态继电器或电磁继电器，其输入端与开关驱动电路连接，其输出端分别连接电池组和负载接口。开关继电器能够根据开关驱动电路的驱动信号实现开关继电器常开触点的闭合与断开，实现电池组与负载之间电源输出的接通与断开，开关继电器触点默认为常开状态。
72.电压检测电路，连接电池组正负极端子，电压检测电路用于对电池组正负极的电压进行分压，并将分压后电压送至控制mcu进行电池组电压检测与分析。
73.例如，电压检测电路分别与电池组的正极和控制mcu具有a/d采集功能的gpio引脚连接，通过两个电阻组成的分压电路对电池组电压进行分压，以便控制mcu对电池组电压进行检测与电量评估。
74.根据本实用新型的一些实施例，参考图3，电源开关控制模块包括：
75.电源转换电路，用于将电池组电压转换为控制mcu、开关驱动电路和开关继电器等模块所需的工作电压。电源转换电路包括电源芯片、滤波电容。
76.根据本实用新型的一些实施例，电压检测电路包括两个分压电阻。具体阻值取值范围结合电池组与控制mcu工作电压进行设置。
77.根据本实用新型的一些实施例，参考图3，电源开关控制模块还包括：
78.mcu配置电路，用于配置控制mcu的工作参数与工作模式。
79.mcu配置电路包括滤波电容、去耦电容、工作模式配置电阻、时钟晶振及jtag烧录接口。
80.根据本实用新型的一些实施例，参考图4，充电接口模块，包括：
81.充电电极，设于设备水密壳体结构中。用于与外部电源适配器的充电极进行连接。
82.充电电极为金属柱状或金属片状电极，不区分正负极，且在壳体外露出金属接触面，充电电极与设备壳体间的水密处理可以综合考虑设备结构特点，采用o型圈密封或电子灌封等工艺进行处理。
83.充电电路，与充电电极、电池组均电连接。
84.根据本实用新型的一些实施例，参考图4，充电电路包括充电保护电路和单向整流桥电路。充电保护电路包括熔断保险丝和双向瞬态抑制二极管。充电保护电路连接充电电极与单向整流桥电路，用于在电路工作中起过压、过流保护作用。单向整流桥电路连接充电保护电路与电池组，用于实现对充电电流的单向整流作用，并输出单向的直流电压。此外，单向整流桥电路还起反向保护作用，避免充电器断电后，电池反向放电。例如，单向整流桥电路包括四个二极管，通过二极管的单向导通功能，把充电电极输入的交流电压或直流电压转化为单向的直流电压，可确保单向整流桥电路均能稳定输出单向充电电流，降低了设备对外部电源适配器充电接口的电极极性使用要求。
85.下面以一个具体的实施例详细描述一种水下便携设备电源开关控制及充电电路。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本实用新型的具体限制。凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
86.本实施例中的水下便携设备电源开关控制及充电电路包括设置于设备本体的入水检测模块、电源开关控制模块及充电接口模块。
87.参考图2，入水检测模块，包括入水感应ipad和电容检测电路，两者之间通过导线进行电连接，且在连接时，在保证信号传输效果的情况下，使用较少的导线。电容检测电路包括电容感应芯片和感应配置电路。电容感应芯片与入水感应ipad电连接，能够根据设备入水状态感应ipad上电容值变化，并根据感应配置电路设定的工作模式向电源开关控制模块输出入水触发信号。
88.入水感应ipad覆盖在pcb基板上，制作成圆形，固定安装在水下便携设备壳体的内壁，用于感应设备入水前后的电容值。
89.参考图5，所电容感应芯片为四通道电容感应芯片u1，其输入端接口tp0、tp1、tp2、tp3分别与入水感应ipad t1、t2、t3、t4连接；其输出端接口tpq0、tpq1、tpq2、tpq3分别与控制mcu u3的gpio引脚pa8、pa9、pa10、pa11连接。感应配置电路主要包括灵敏度调节电容(cj1、cj2、cj3、cj4)和模式配置电阻(r1、r2、r3、r4、r5、r6)。灵敏度调节电容用来调节电容感应芯片u1的电容感应灵敏度。模式配置电阻主要实现电容感应芯片的工作模式设置。例
如，输出模式、输出时间、功耗模式等。
90.参考图3、图5，电源开关控制模块包括控制mcu、mcu配置电路、电压检测电路、电源转换电路、开关驱动电路和开关继电器。控制mcu为st stm32l4系列低功耗mcu。控制mcu与入水检测模块、开关驱动电路电连接，负责接收入水检测模块反馈的入水触发信号，以及输出开关信号至开关驱动电路。mcu配置电路包括滤波电容、去耦电容(c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11)、工作模式配置电阻(r8、r11)、时钟晶振u5及jtag烧录接口j1等电路。mcu配置电路主要用于配置控制mcu的工作模式。电压检测电路包括分压电阻r13、r14，具体阻值取值范围结合电池组与控制mcu工作电压设置。电压检测电路分别与电池组的正极、控制mcu具有a/d采集功能的gpio引脚电连接。电压检测电路包括两个电阻组成的分压电路，对电池组电压进行分压，以便控制mcu对电池组电压进行检测与电量评估。电源转换电路包括电源芯片、滤波电容。电源转换电路用于将电池组电压转换为控制mcu、开关驱动电路及开关继电器等模块所需的工作电压。开关驱动电路包括三极管q1和限流电阻(r9、r10)，三极管q1为npn型，三极管的集电极与电阻r9连接，基极与电阻r10连接，发射极接地。开关驱动电路分别与控制mcu、开关驱动器电连接，根据控制mcu输出的开关信号，向开关继电器输出具有驱动能力的驱动信号。开关继电器输入端与开关驱动电路，输出端与电池组、负载电连接，能够根据开关驱动电路的驱动信号实现继电器常开触点闭合与断开，实现电池组与负载之间电源输出的接通与断开，开关继电器触点为常开状态。
91.参考图4、图5，充电接口模块包括充电电极和充电电路。充电电极为金属柱状电极，固定安装在水下便携设备的水密外壳，并在壳体外露出金属电极接触面，充电电极与设备壳体间的水密处理采用电子灌封工艺处理。充电电路与充电电极、电池组电连接，充电电路包括充电保护电路和单向整流桥电路。充电保护电路包括熔断保险丝f1和双向瞬态抑制二极管t5。充电保护电路在电路中起过充、过流保护作用。单向整流桥电路由四个二极管(d1、d2、d3、d4)组成，通过二极管的单向导通功能，把充电电极输入的交流电压或直流电压转化为单向的直流电压。确保从单向整流桥电路均能稳定输出单向充电电流，降低了设备对外部电源适配器充电接口的电极极性使用要求。此外，单向整流桥电路还起反向保护作用，避免适配器充电结束后，电池组反向放电。
92.在设备入水前，入水检测模块检测入水感应ipad的电容值无变化，向电源开关控制模块输出入水触发失能信号，电源开关控制模块中的控制mcu输出开关失能信号至开关驱动电路，开关驱动电路停止开关驱动信号输出，开关继电器无动作，其常开触点复位，处于断开状态，电路无电源输出。
93.在设备入水后，入水检测模块检测入水感应ipad电容值发生变化，向电源开关控制模块输出入水触发使能信号，电源开关控制模块中的控制mcu输出开关使能信号至开关驱动电路，开关驱动电路输出开关驱动信号驱动开关继电器动作，其常开触点闭合，处于导通状态，电路向负载输出电源。使设备在入水后完成自动打开电源的动作，避免了人工操作。
94.当设备出水后，入水检测模块检测入水感应ipad电容值发生变化，向电源开关控制模块输出出水触发失能信号，电源开关控制模块中的控制mcu输出开关失能信号至开关驱动电路，驱动电路停止驱动信号输出，开关继电器的常开触点复位，处于断开状态，电路无电源输出。使设备在出水后完成自动关闭电源的动作，避免了人工操作。
95.当设备电量低需要充电时，通过外部电源适配器充电接插件与设备的充电电极接口间的配合，即适配器充电电压通过充电电极输入时，首先通过熔断保险丝f1和经过双向瞬态抑制二极管t5，然后通过单向整流桥电路调整后输出单向电压给设备电池组充电。
96.采用本实用新型的实施例，通过入水检测模块与电源开关控制模块配合，实现水下设备入水电源自动接通，出水电源自动关闭的动作，避免了人工操作，增强了设备使用体验。且通过添加的充电接口模块，可以在设备电量不足时进行充电，避免了更换电源的复杂操作。
97.需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，可以将各个实施例进行不同的自由组合。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
98.需要说明的是，在本说明书的描述中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。