海底观测网络的不间断电源管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种海底观测网络的不间断电源管理系统，包括对主电源输出的直流高压进行降压变换的降压模块、后备电源以及中央处理器；所述降压模块的输出端通过第一开关的开关通路一方面连接一颗二极管的阴极，所述二极管的阳极连接所述的后备电源，另一方面输出供电电源至所述的中央处理器以及海底观测网络中的节点电路控制板；通过所述降压模块和后备电源输出的直流电源分别通过电压检测电路和电流检测电路进行采样后，输出检测信号至所述的中央处理器，所述中央处理器输出控制信号至第一开关的控制端。此电源管理系统可以根据系统异常状况主动地在主电源与后备电源之间进行切换控制，确保了海底观测网络系统的正常运转，降低了维护成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于海洋观测系统
，具体地说，是涉及一种用于对海底观测网络的电源系统实现监控与维护的控制管理系统。
技术介绍
海底观测网络系统可提供多要素、多学科的长期实时观测，可应用于包括基础科学研究、资源与能源、勘探开发利用、灾害与环境保护、航海等方面的研究工作，满足对海底、水体和海面各种参数要素的观测需求。海底观测网络系统中电能是海底观测网络的命脉，没有电能整个系统就不能运转。当海底观测网络系统由于故障等原因导致主电网断开时，海底观测网络中的仪器和设备将会停止运行，观测数据将会中断，整个网络将陷入瘫痪状态。为了保证海底观测网络的正常运行，在系统接驳盒中往往设置有后备电池组作为不间断电源，以确保海底观测的长 期性和连续性，进而为深海科研工作提供完整的数据。为了实现海底观测网络的不间断供电，需要设计出完善的主电源与后备电源切换控制电路、充电电路和电源参数检测电路。而目前市场上针对海底观测网络还没有完善的不间断电源管理系统，因而无法满足海底观测网络长期正常运行的应用需求。
技术实现思路
本技术针对海底观测网络提供了一种不间断电源管理系统，满足了海底观测网络长期正常运行的应用需求。为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现一种海底观测网络的不间断电源管理系统，包括对主电源输出的直流高压进行降压变换的降压模块、后备电源以及中央处理器；所述降压模块的输出端通过第一开关的开关通路一方面连接一颗二极管的阴极，所述二极管的阳极连接所述的后备电源，另一方面输出供电电源至所述的中央处理器以及海底观测网络中的节点电路控制板；通过所述降压模块和后备电源输出的直流电源分别通过电压检测电路和电流检测电路进行采样后，输出检测信号至所述的中央处理器，所述中央处理器输出控制信号至第一开关的控制端。为了实现对后备电源的充电蓄能，以确保在主电源故障时，后备电源中能够存储有充足的电能满足海底观测网络中各仪器、设备的用电需求，所述降压模块的输出端通过第三开关的开关通路连接所述的后备电源，所述中央处理器输出控制信号至第三开关的控制端，在主电源正常且后备电源欠压时，控制第三开关导通，利用主电源为后备电源充电。进一步的，所述降压模块的输出端通过第三开关的开关通路连接一逆变电路的输入端，所述逆变电路的输出端连接充电电路，通过充电电路输出充电电流至所述的后备电源。优选的，所述后备电源优选采用锂电池组，其输出的直流电压的幅值等于降压模块输出的直流电压的幅值。为了实现对后备电源工作温度异常状况的检测，优选在所述后备电源上连接一热敏电阻，通过热敏电阻检测后备电源的温度，并输出检测信号至所述的中央处理器。又进一步的，所述电压检测电路、电流检测电路和热敏电阻分别连接模数转换器，通过模数转换器将模拟量的检测信号转换成数字信号输出至所述的中央处理器。为了满足中央处理器与节点电路控制板的不同供电需求，优选将所述降压模块的输出端通过第一开关分别与两个直流-直流转换器的输入端对应连接，其中一个直流-直流转换器的输出端通过第二开关的开关通路连接节点电路控制板的供电端，所述第二开关的控制端接收中央处理器输出的控制信号；另外一个直流-直流转换器的输出端通过第四开关的开关通路连接中央处理器的供电端，所述第四开关的控制端接收节点电路控制板输出的控制信号。 再进一步的，在所述第四开关的开关通路与中央处理器的供电端之间还连接有一稳压电路，稳压生成中央处理器所需的供电电源；优选的，所述第一开关、第二开关和第四开关优选采用常闭开关，以减少开关的动作次数。优选的，所述中央处理器优选通过串口通讯芯片与所述的节点电路控制板进行串口通信，传输控制信号。更进一步的，在所述中央处理器中内置有以太网控制器，连接以太网接口，所述以太网接口连接以太网交换机，并通过所述以太网交换机与海岸基站连接通讯，以满足海岸基站与中央处理器之间的远距离通信要求。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是本技术针对海底观测网络节点系统的长期不间断供电需求而专门设计了一种不间断电源管理系统，此电源管理系统可以实时监测电源系统参数，能够根据系统异常状况快速主动地在主电源与后备电源之间进行切换控制，并可根据海岸基站发出的指令对电源管理系统进行故障应急处理，从而在最大程度上维持了海底观测网络系统的正常运转，降低了系统的维护成本。附图说明图I是本技术所提出的海底观测网络的不间断电源管理系统的电路原理框图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细地说明。实施例一，本实施例的不间断电源管理系统针对海底观测网络中的节点电路控制系统专门设计，用于为系统中的节点电路控制板提供不间断的工作电源，以满足海底观测网络的长期正常运行。本实施例的不间断电源管理系统主要由中央处理器、用于对主电源进行降压变换的降压模块、后备电源以及用于对主电源和后备电源的异常状况进行实时监测的电源检测模块组建而成，参见图I所示。在本实施例中，所述中央处理器可以采用具有信号处理能力的集成芯片进行系统设计，本实施例以下以单片机为例进行说明。对于目前的海底观测网络系统来说，通过海岸基站输送至各海底观测平台的主电源通常为6000VDC的直流高压，需要经由高压电源模组进行降压变换后，生成400VDC的直流电压输出至降压模块转换生成低压直流电源(例如48VDC)，进而为节点电路控制系统中的用电负载供电。为了在主电源与后备电源之间实现自动切换，以满足各用电负载的连续用电需求，本实施例将降压模块的输出端通过第一开关的开关通路分别连接到一颗二极管Dl的阴极和后级用电负载上，二极管Dl的阳极连接后备电源的正极，第一开关的控制端连接单片机的一路GPIO 口，接收单片机输出的控制信号，进而控制其开关通路通断。在本实施例中，考虑到在绝大多数时间都是通过主电源为各网络节点中的负载供电的，为了减少开关的动作次数，优选采用一颗常闭开关(以下称常闭开关I)作为所述的第一开关，连接在降压模块的输出端与后级用电负载之间，由此可以仅在主电源发生故障时才需要控制常闭开关I动作，切换至后备电源继续为节点电路中的各用电负载供电。为了对主电源和后备电源的工作异常情况进行实时监测，本实施例在电源管理系统中设置电压检测电路和电流检测电路来分别对降压模块和后备电源输出的电压和电流进行采样检测，进而生成反映电压大小和电流大小的检测信号输出至单片机，以判断出目前主电源和后备电源的工作状况，进而为两路电源的准确切换提供依据。对于需要接收数 字信号的单片机来说，可以将通过电压检测电路和电流检测电路采样输出的模拟量的检测信号首先输出至模数转换器进行模拟量到数字量的转换处理后，再传输至单片机进行判断识别。在本实施例中，优选采用SPI总线连接在所述模数转换器与单片机之间，以实现检测数据的传输。为了对后备电源的工作状况实现准确判断，后备电源的工作温度也是一项需要考虑的因素。为此，本实施例在后备电源的附近设置一颗热敏电阻，并连接在后备电源的正极与模数转换器之间，利用热敏电阻的阻值随后备电源的温度变化而改变的特性，通过采集流过热敏电阻的电流大小(并通过模数转换器转换成数字信号后，传输至单片机中)即可换算出后备电源的温度大小，进而实现单片机对后备电源工作状况的综合判断。在本实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底观测网络的不间断电源管理系统，包括对主电源输出的直流高压进行降压变换的降压模块和后备电源，其特征在于：还包括一中央处理器，所述降压模块的输出端通过第一开关的开关通路一方面连接一颗二极管的阴极，所述二极管的阳极连接所述的后备电源，另一方面输出供电电源至所述的中央处理器以及海底观测网络中的节点电路控制板；通过所述降压模块和后备电源输出的直流电源分别通过电压检测电路和电流检测电路进行采样后，输出检测信号至所述的中央处理器，所述中央处理器输出控制信号至第一开关的控制端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立彬，吕斌，李正宝，吴承璇，祁国梁，曲君乐，王章军，贺海靖，张浩，杨倩，王秀芬，刘杰，雷卓，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：实用新型
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