一种小型水下设备的零动力悬停系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种小型水下设备的零动力悬停系统，包括水密仓、升降控制器和水电解模块，所述水密仓的底部设置有通水口，顶部设置有放气口，所述升降控制器包括姿态角度传感器、单片机、电磁阀控制回路和放气电磁阀，所述放气电磁阀设置在所述水密仓顶部的放气口处，本悬停系统的电子电路均采用密封部件内置在水密仓内部。本悬停系统的单片机通过控制放气电磁阀及水电解模块，调整水密仓内的气压，改变水密仓内的水位，间接采用浮力实现悬停，在悬停状态时，耗能部件放气电磁阀及水电解模块处于关闭状态，从而实现零动力的水下悬停，为小型水下设备的水下悬停实现了更长的续航时间。

【技术实现步骤摘要】
一种小型水下设备的零动力悬停系统及方法
本专利技术涉及水下浮力驱动装置
，尤其涉及一种小型水下设备的零动力悬停系统及方法。
技术介绍
为了提高单位水域的经济产出，一般会采用多种鱼龟类混养的方式，不同种类的鱼群，生活在不同的水深。高密度的立体多层水产养殖方式，对提高鱼类生存环境提出了更高的要求。全自动定期投食、增氧、杀菌各种高科技的手段，都是基于对鱼群的实时监控，采集鱼群健康数据后的最优决策。现有的监控安装方式，常见的有固定立柱安装及水下机器人两种方式。固定立柱方式，监控的范围太窄，需要布控的监控点太多，已经很难满足日益增长的监控需求。现有的水下机器人设备，一般采用上下方向螺旋桨的方式，来实现设备的上浮、下沉及悬停。这种方式最大的缺陷在于，即使在悬停不动的状态下，也有较大的动力消耗，从而导致水下机器人设备的续航能力很弱。我们研究过水下悬停监控机器人的工作方式，认为监控机器人虽然也有上浮下沉前后左右六个方向的运动需求，但是运动状态的时间是非常短的，一般到达目的位置及高度后，长时间的状态时悬停静止状态，所以，只是需要降低悬停时水下机器人的动力消耗，就可以大幅提升水下悬停监控机器人的续航时间。因此，我们提出了采用此种零动力水下悬停系统的思路，采用这种方式悬停的水下悬停监控机器人，维持悬停时，不再消耗动力，从而可以把小型设备宝贵的动力资源全部用于摄像传感器及控制系统。从而让水下悬停监控机器人数天甚至数十天的续航要求得到了满足和解决。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种用于小型水下设备的零动力悬停系统及方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种小型水下设备的零动力悬停系统，包括水密仓、设置在水密仓内部用于产生气体的水电解模块、以及控制水密仓运动的升降控制器；所述水密仓的底部设置有通水口，所述水密仓的顶部设置有放气口；所述升降控制器包括升降控制线路板模块和升降控制执行模块，所述升降控制线路板模块包括姿态角度传感器、单片机、电磁阀控制回路，所述升降控制执行模块包括用于控制所述放气口开闭的放气电磁阀；所述姿态角度传感器将所述悬停系统的实时运动姿态数据传送给所述单片机，所述单片机通过电磁阀控制回路控制所述放气电磁阀开闭；所述水电解模块包括水电解线路板模块和惰性金属电极；所述单片机通过所述水电解线路板模块控制所述惰性金属电极工作产生气体；所述升降控制线路板模块和水电解线路板模块密封设置在所述水密仓的内顶部；所述放气电磁阀设置在所述水密仓顶部的放气口处；所述惰性金属电极设置在所述水密仓的内底部。进一步地，所述姿态角度传感器包括陀螺仪、加速度计、地磁传感器和气压传感器，用于监测并求解所述悬停系统的实时海拔位置、朝向角度、运动方向、运动速度。进一步地，所述水电解线路板模块包括恒流恒压控制电路，所述单片机通过所述恒流恒压控制电路控制所述惰性金属电极工作。进一步地，所述水电解线路板模块还包括所述H桥驱动电路，所述单片机通过所述恒流恒压控制电路和所述H桥驱动电路控制所述惰性金属电极工作。进一步地，所述惰性金属电极为两个钛合金金属电极组成，所述惰性金属电极进行电镀铂或铱处理。进一步地，所述水密仓的底部设置有两个通水口，两个通水口一前一后的排列设置在所述水密仓的底部。一种小型水下设备的零动力悬停方法，包括：设置基准，悬停系统漂浮在水面时，通过姿态角度传感器测量出当前的气压，通过气压与海拔对照表，换算得到当前悬停系统的海拔高度，将此海拔高度及悬停系统当前姿态设置为基准；下沉，升降控制器收到下沉指令，单片机根据姿态角度传感器的运动姿态数据，单片机判定本悬停系统状态为下沉，单片机控制放气电磁阀打开，水密仓内的气体排出，水密仓内的气压降低，水从通水口进入水密仓的内部，当本悬停系统的总浮力小于自身的重量，悬停系统开始下沉；上浮，升降控制器收到上浮指令，单片机根据姿态角度传感器的运动姿态数据，单片机判定悬停系统状态为上浮，单片机控制放气电磁阀关闭，打开水电解模块，将水密仓内的水电解成氢气和氧气，水密仓内气体数量的增加，水密仓内的气压增大，水密仓内的水从底部的通水口排出，当悬停系统的总浮力大于悬停系统自身的重量时，悬停系统开始上浮；悬停，当姿态角度传感器检测到悬停系统到达指定的深度时，单片机通过微调放气电磁阀及水电解模块，调整水密仓内的气压，改变水密仓内的水位，控制悬停系统的总浮力等于自身的重量，实现悬停。进一步地，所述单片机通过所述水电解模块中的恒流恒压控制电路，进而控制惰性金属电极电水解的速度。进一步地，所述悬停系统进入悬停状态后，所述单片机控制所述放气电磁阀和水电解模块处于关闭的状态。本专利技术的有益效果为：（1）间接采用浮力作为本悬停系统上浮下沉悬停的动力，在处于悬停状态时，耗能部件放气电磁阀及水电解模块都是处于关闭状态，从而实现零动力的水下悬停，为小型水下设备长时间水下悬停实现了更长的续航时间。（2）水电解模块中，采用惰性金属电极，采用H桥驱动电路，使两个惰性金属电极总是在阴极电极和阳极电极之间不停切换，避免金属阳极电极总是失去电子而导致的“氢脆”溶解，延长了电极的使用寿命。（3）采用水电解模块产生气体来改变水密仓的浮力，水电解模块体积小，气体产生的速度控制更容易实现，水电解模块没有高温高压的部件，增加了整体系统的可靠性，降低了本悬停系统的设计及制造难度。（4）本悬停系统结构简单，布局合理，可适应各种酸碱度的水质。附图说明图1是本专利技术悬停系统的结构示意图；图2是本专利技术升降控制器的控制过程示意图；图3是PWM调制H桥驱动电路的原理图；附图标记说明：1-水密仓、2-放气口、3-通水口、110-姿态角度传感器、120-单片机、130-电磁阀控制回路、140-H桥驱动电路、150-恒流恒压控制电路、160-放气电磁阀、170-惰性金属电极、111-陀螺仪、112-加速度计、113-地磁场传感器、114-气压传感器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。本实施例中，如图1和如图2所示，一种适用于小型无人水下设备的零动力悬停系统，包括水密仓1、设置在水密仓1内部用于产生气体的水电解模块、以及控制水密仓1运动的升降控制器。水密仓1的顶部设置有放气口2，水密仓1的底部设置有通水口3。升降控制器包括升降控制线路板模块和升降控制执行模块，模块之间电连接。升降控制线路板模块包括姿态角度传感器110、单片机120、和电磁阀控制回路130，升降控制执行模块包括放气电磁阀160，单片机120通过电磁阀控制回路130控制放气电磁阀160开闭。水电解模块包括水电解线路板模块和惰性金属电极170，单片机120通过水电解线路板模块控制惰性金属电极170工作产生气体。升降控制线路板模块和水电解线路板模块密封设置在水密仓1的内顶部，放气电磁阀160设置在水密仓1顶部的放气口2处，惰性金属电极170设置在水密仓1的内底部。...

【技术保护点】
1.一种小型水下设备的零动力悬停系统，其特征在于：包括水密仓、设置在水密仓内部用于产生气体的水电解模块、以及控制水密仓运动的升降控制器；/n所述水密仓的底部设置有通水口，所述水密仓的顶部设置有放气口；/n所述升降控制器包括升降控制线路板模块和升降控制执行模块，所述升降控制线路板模块包括姿态角度传感器、单片机、电磁阀控制回路，所述升降控制执行模块包括用于控制所述放气口开闭的放气电磁阀；所述姿态角度传感器将所述悬停系统的实时运动姿态数据传送给所述单片机，所述单片机通过电磁阀控制回路控制所述放气电磁阀开闭；/n所述水电解模块包括水电解线路板模块和惰性金属电极；所述单片机通过所述水电解线路板模块控制所述惰性金属电极工作产生气体；/n所述升降控制线路板模块和水电解线路板模块密封设置在所述水密仓的内顶部；所述放气电磁阀设置在所述水密仓顶部的放气口处；所述惰性金属电极设置在所述水密仓的内底部。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型水下设备的零动力悬停系统，其特征在于：包括水密仓、设置在水密仓内部用于产生气体的水电解模块、以及控制水密仓运动的升降控制器；
所述水密仓的底部设置有通水口，所述水密仓的顶部设置有放气口；
所述升降控制器包括升降控制线路板模块和升降控制执行模块，所述升降控制线路板模块包括姿态角度传感器、单片机、电磁阀控制回路，所述升降控制执行模块包括用于控制所述放气口开闭的放气电磁阀；所述姿态角度传感器将所述悬停系统的实时运动姿态数据传送给所述单片机，所述单片机通过电磁阀控制回路控制所述放气电磁阀开闭；
所述水电解模块包括水电解线路板模块和惰性金属电极；所述单片机通过所述水电解线路板模块控制所述惰性金属电极工作产生气体；
所述升降控制线路板模块和水电解线路板模块密封设置在所述水密仓的内顶部；所述放气电磁阀设置在所述水密仓顶部的放气口处；所述惰性金属电极设置在所述水密仓的内底部。


2.根据权利要求1所述的一种小型水下设备的零动力悬停系统，其特征在于：所述姿态角度传感器包括陀螺仪、加速度计、地磁传感器和气压传感器，用于监测并求解所述悬停系统的实时海拔位置、朝向角度、运动方向、运动速度。


3.根据权利要求1所述的一种小型水下设备的零动力悬停系统，其特征在于：所述水电解线路板模块包括恒流恒压控制电路，所述单片机通过所述恒流恒压控制电路控制所述惰性金属电极工作。


4.根据权利要求3所述的一种小型水下设备的零动力悬停系统，其特征在于：所述水电解线路板模块还包括所述H桥驱动电路，所述单片机通过所述恒流恒压控制电路和所述H桥驱动电路控制所述惰性金属电极工作。


5.根据权利要求1所述的一种小型水下设备的零动力悬停系统，其特征在于：所述惰性金属电极为两个钛合金金属电极组成，所述惰性金属电极进行电镀铂或铱处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，耿涛，叶锦华，刘淑君，张轩，
申请(专利权)人：东莞小豚智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44