專(zhuān)利名稱(chēng)：海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于深海觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)與維護(hù)的故障診斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提供多要素、多學(xué)科的長(zhǎng)期、綜合、實(shí)時(shí)觀測(cè)，可以應(yīng)用于包括基礎(chǔ)科學(xué)研究、資源與能源、勘探開(kāi)發(fā)利用、災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)、航海等多方面研究領(lǐng)域，以滿足國(guó)家海洋安全最基本的海底、水體和海面各種要素的需求。節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)是海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的基本單元與核心部分，它是一種基于水下的電能和信息集中、轉(zhuǎn)換和處理的自動(dòng)控制機(jī)電裝置，是傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備、路由器、以太網(wǎng)交換機(jī)等與分支網(wǎng)或主干網(wǎng)進(jìn)行電氣和數(shù)據(jù)連接的接口設(shè)備。節(jié)點(diǎn)包括含有光纖數(shù)據(jù)傳輸接口、水密接頭的接駁盒、能源接口、傳感器及外設(shè)接口，它是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^器或終端，是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)深海環(huán)境的最佳平臺(tái)，因此，節(jié)點(diǎn)的異常與故障排除是整個(gè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。一旦海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障，將會(huì)帶來(lái)高昂的維修成本，甚至不可修復(fù)，因此，節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的故障診斷與維護(hù)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。為了保障節(jié)點(diǎn)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，需要先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)故障診斷技術(shù)和設(shè)備對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)出現(xiàn)的故障情況進(jìn)行應(yīng)急處理。而目前市場(chǎng)上還沒(méi)有完善的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，無(wú)法滿足節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的故障診斷與維護(hù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的故障診斷系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障診斷與維護(hù)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，包括用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中能源供電模組運(yùn)行狀況的能源故障診斷子系統(tǒng)、用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部傳感器運(yùn)行狀況的節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)、用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)外接傳感器及設(shè)備運(yùn)行狀況的節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)、用于信號(hào)采集與處理的節(jié)點(diǎn)主控電路板、以及用于遠(yuǎn)程監(jiān)控海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀況及數(shù)據(jù)管理的岸站；所述節(jié)點(diǎn)主控電路板分別與能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)相連接，采集運(yùn)行狀況檢測(cè)信號(hào)，并與岸站連接通信。優(yōu)選的，所述節(jié)點(diǎn)主控電路板通過(guò)光電復(fù)合線纜連接岸站，岸站通過(guò)光電復(fù)合線纜中的電纜向節(jié)點(diǎn)主控電路板輸送供電電源，所述供電電源經(jīng)由節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的電源模塊轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中各用電負(fù)載所需的工作電源，為各用電負(fù)載供電；岸站與節(jié)點(diǎn)主控電路板之間的通信數(shù)據(jù)和控制信號(hào)經(jīng)由光電復(fù)合線纜中的光纖以光信號(hào)的形式傳輸。進(jìn)一步的，在所述節(jié)點(diǎn)主控電路板上設(shè)置有用于傳輸數(shù)字信號(hào)的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)
4電路、用于接收模擬信號(hào)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、用于數(shù)據(jù)通信的串口通訊電路、以及分別與所述的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和串口通訊電路對(duì)應(yīng)連接的處理器。又進(jìn)一步的，在所述能源故障診斷子系統(tǒng)中包含有能源供電模組、單片機(jī)、短路漏電保護(hù)控制單元、能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元以及串口通訊電路；在所述能源供電模組中包含有N路并聯(lián)的能源模塊，所述N為大于1的自然數(shù)，連接在供電線路中用于對(duì)高壓供電電源進(jìn)行降壓變換；所述能源模塊在發(fā)生短路故障時(shí)輸出短路信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制短路漏電保護(hù)控制單元切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路；所述能源模塊在其輸出的電壓或電流出現(xiàn)異常時(shí)，輸出供電故障信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路，利用其它無(wú)故障的能源模塊轉(zhuǎn)換輸出低壓直流電源。對(duì)于能源模塊的投切控制，優(yōu)選采用以下兩種控制方案
一種是，通過(guò)所述能源模塊輸出的短路信號(hào)和供電故障信號(hào)直接傳輸至單片機(jī)，一方面通過(guò)單片機(jī)生成控制信號(hào)輸出至短路漏電保護(hù)控制單元或者能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元，以切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路或者切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路；另一方面通過(guò)單片機(jī)生成短路故障編碼和電壓/電流超限故障編碼，經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的處理器，通過(guò)處理器上傳至岸站。另一種是，在所述能源故障診斷子系統(tǒng)中進(jìn)一步設(shè)置短路信號(hào)反饋接口和能源供電反饋接口 ；通過(guò)不同能源模塊輸出的短路信號(hào)首先經(jīng)由短路信號(hào)反饋接口輸出至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路，進(jìn)而傳輸至處理器的不同IO 口，所述處理器根據(jù)其IO 口接收到的短路信號(hào)進(jìn)行短路故障編碼，然后經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)解析出是哪一路能源模塊發(fā)生了短路故障，進(jìn)而輸出控制信號(hào)至短路漏電保護(hù)控制單元，以切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路；通過(guò)不同能源模塊輸出的供電故障信號(hào)首先經(jīng)由能源供電反饋接口輸出至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，輸出至處理器的不同數(shù)字接口，進(jìn)而生成電壓/電流超限故障編碼經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至單片機(jī)，然后通過(guò)單片機(jī)解析出是哪一路能源模塊發(fā)生了供電故障，進(jìn)而輸出控制信號(hào)至能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元，以切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路。其中，作為所述短路漏電保護(hù)控制單元的一種優(yōu)選電路組建結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)N組由光電耦合器和繼電器連接而成的開(kāi)關(guān)支路，其中，N組開(kāi)關(guān)支路中的光電耦合器分別與單片機(jī)的N路IO 口一一對(duì)應(yīng)連接，N個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的串聯(lián)在高壓供電電源與N路能源模塊的供電線路中；通過(guò)單片機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)由光電耦合器進(jìn)行光電隔離處理后，控制繼電器的線圈供電回路通斷，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，以切斷或者連通高壓供電電源與能源模塊的供電線路。作為所述能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，可以設(shè)置模擬開(kāi)關(guān)電路、N個(gè)光電耦合器和N個(gè)繼電器，所述N個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的串聯(lián)在N路能源模塊的電源輸出線路中；單片機(jī)根據(jù)各能源模塊的供電故障情況生成地址編碼，輸出至模擬開(kāi)關(guān)電路的選擇端子，以配置模擬開(kāi)關(guān)電路中N路輸出端子的高低電平狀態(tài)；所述模擬開(kāi)關(guān)電路的N路輸出端子分別與N個(gè)光電耦合器的發(fā)光側(cè)一一對(duì)應(yīng)連接，N個(gè)光電耦合器的受光側(cè)分別與N個(gè)繼電器的線圈一一對(duì)應(yīng)連接，通過(guò)對(duì)各個(gè)繼電器的線圈進(jìn)行通斷電控制，進(jìn)而控制各個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，以切斷或者連通各路能源模塊的電源輸出線路。再進(jìn)一步的，在所述節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)中包含有分別用于對(duì)節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部的溫度、鹽度、壓力、濕度情況進(jìn)行采樣檢測(cè)的溫度傳感器、鹽度傳感器、壓力傳感器和濕度傳感器，各傳感器將檢測(cè)值發(fā)送至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模擬轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，傳輸至處理器，以分析出節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部是否出現(xiàn)異常，并將分析結(jié)果上傳至岸站。更進(jìn)一步的，在所述節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)中包含有用于檢測(cè)外接傳感器的供電電源狀況的檢測(cè)電路，輸出電壓、電流采樣值至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至處理器；所述處理器在檢測(cè)到連接某一路外接傳感器的供電電源出現(xiàn)異常時(shí)或者某一路外接傳感器發(fā)出的檢測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不正常時(shí)，輸出控制信號(hào)至節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)中的傳感器模塊開(kāi)關(guān)控制單元，進(jìn)而切斷出現(xiàn)故障的一路外接傳感器的供電線路；同時(shí)，處理器將外接傳感器的故障信息上傳至岸站。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)針對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)平臺(tái)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，能夠很好地完成海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的常規(guī)故障診斷與維護(hù)任務(wù)，不僅縮短了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障診斷時(shí)間，最大程度上保證了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行，而且大大降低了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的維修費(fèi)用。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


圖1是本發(fā)明所提出的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)的整體架構(gòu)框圖2是圖1中能源故障診斷子系統(tǒng)與節(jié)點(diǎn)主控電路板的一種實(shí)施例的電路組建及連接關(guān)系圖3是圖2中短路漏電保護(hù)控制單元的一種實(shí)施例的電路原理圖；圖4是圖2中能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元的一種實(shí)施例的電路原理圖；圖5是圖1中節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)與節(jié)點(diǎn)主控電路板的一種實(shí)施例的電路組建及連接關(guān)系圖6是圖1中節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)與節(jié)點(diǎn)主控電路板的一種實(shí)施例的電路組建及連接關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。實(shí)施例一，參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)施例的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)主要由節(jié)點(diǎn)主控電路板、能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)以及岸站等部分組成。其中，節(jié)點(diǎn)主控電路板作為整個(gè)故障診斷系統(tǒng)的控制核心，分別與所述的能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)連接，用于完成信號(hào)的采集、處于及通訊任務(wù)，同時(shí)與遠(yuǎn)程的岸站建立通信鏈接，實(shí)現(xiàn)陸上工作人員對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理工作。作為海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中各類(lèi)故障的采樣檢測(cè)單元能源故障診斷子系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中能源供電模組的運(yùn)行狀況；節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部傳感器的運(yùn)行狀況；節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)外接傳感器及設(shè)備的運(yùn)行狀況。各類(lèi)故障診斷系統(tǒng)將采集到的運(yùn)行狀況檢測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)或者定時(shí)地傳輸至節(jié)點(diǎn)主控電路板，一方面可以在節(jié)點(diǎn)主控電路板的控制作用下對(duì)發(fā)生故障的能源模塊或者傳感器進(jìn)行切除，以保證節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的持續(xù)安全運(yùn)行；另一方面可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)主控電路板上傳至岸站，提供給陸上工作人員以及時(shí)對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行修理或者維護(hù)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)主控電路板與岸站之間的連接關(guān)系，本實(shí)施例優(yōu)選采用光電復(fù)合線纜進(jìn)行連接，如圖1所示。對(duì)于各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)工作所需的供電電源由岸站通過(guò)光電復(fù)合線纜中的電纜傳輸提供。通常情況下，通過(guò)岸站輸出的供電電源一般為6000V的交流高壓，通過(guò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)主控電路板輸送至電源模塊進(jìn)行降壓及整流變換處理后，生成400V直流高壓供電電源輸出至能源供電模組，以轉(zhuǎn)換成低壓直流電源(例如48V)為節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中用電負(fù)載供電。對(duì)于需要不同幅值工作電源的用電負(fù)載來(lái)說(shuō)，還可以在能源供電模塊的電源輸出線路上進(jìn)一步連接穩(wěn)壓電路，以穩(wěn)壓生成不同負(fù)載所需的直流電源(例如12V、5V等)，為不同負(fù)載提供工作電壓。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中還可以進(jìn)一步配置不間斷電源UPS，在岸站供電正常時(shí)，利用電源模塊變換輸出的400V高壓供電電源同時(shí)為UPS充電蓄能；當(dāng)岸站供電中斷時(shí)，可以轉(zhuǎn)由UPS為能源供電模組繼續(xù)供電，以維持節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中各用電負(fù)載的不間斷運(yùn)行。對(duì)于岸站與節(jié)點(diǎn)主控電路板之間的通信數(shù)據(jù)和控制信號(hào)等，則可以經(jīng)由光電復(fù)合線纜中的光纖以光信號(hào)的形式進(jìn)行雙向傳輸。此時(shí)，需要在節(jié)點(diǎn)主控電路板和岸站兩側(cè)分別配置光電轉(zhuǎn)換模塊，以完成光信號(hào)與電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。下面對(duì)構(gòu)成所述海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的具體組建結(jié)構(gòu)及工作原理做進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。在本實(shí)施例的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)主控電路板是系統(tǒng)的控制核心，可以實(shí)時(shí)采集與測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，監(jiān)控接口狀態(tài)，并迅速響應(yīng)故障狀態(tài)完成應(yīng)急處理。在節(jié)點(diǎn)主控電路板上設(shè)置有處理器、用于采集數(shù)字信號(hào)的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路、用于采集模擬信號(hào)并實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、以及用于數(shù)據(jù)通信的串口通訊電路，參見(jiàn)圖2所示。其中，處理器可以采用基于ARM內(nèi)核的微處理芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，優(yōu)選采用內(nèi)部集成有MMC/SD卡讀寫(xiě)控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、支持多種類(lèi)型外圍接口等豐富硬件資源的高集成芯片，這樣只需在處理器外部配置少量的外圍電路便可組成及控制、通信功能于一體的中央處理系統(tǒng)，即可減小系統(tǒng)規(guī)模，又可提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路可以選用光耦隔離器連接處理器的IO 口，對(duì)來(lái)自其他子系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行光電隔離處理后，再傳輸至所述的處理器，以保證處理器的安全。對(duì)于ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來(lái)說(shuō)，考慮到其他子系統(tǒng)輸出的模擬信號(hào)有可能是單端信號(hào)，也有可能是差分信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)所述ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路時(shí)優(yōu)選設(shè)置兩種類(lèi)型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分別用于對(duì)單端模擬信號(hào)和差分模擬信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，輸出至處理器的數(shù)字接口。對(duì)于串口通訊電路，可以采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232與MAX1487，分別構(gòu)成RS232與RS485通訊鏈路，用于數(shù)據(jù)通訊和控制指令的發(fā)送。本實(shí)施例的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)主要對(duì)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的三方面故障進(jìn)行檢測(cè)診斷能源供電模組運(yùn)行狀況的故障診斷、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障的檢測(cè)診斷、節(jié)點(diǎn)艙體外部外接傳感器及設(shè)備運(yùn)行狀況的檢測(cè)診斷。針對(duì)上述三方面故障，本實(shí)施例分別設(shè)計(jì)了三個(gè)故障診斷子系統(tǒng)能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)以及節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)，下面分別進(jìn)行具體闡述。( 1)能源故障診斷子系統(tǒng)
在本實(shí)施例的能源故障診斷子系統(tǒng)中主要設(shè)置有能源供電模組、單片機(jī)、短路漏電保護(hù)控制單元、能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元和串口通訊電路，參見(jiàn)圖2所示。其中，在所述能源供電模組中包含有N路并聯(lián)的能源模塊，所述N為大于1的自然數(shù)，本實(shí)施例以N=15為例進(jìn)行說(shuō)明，分別與高壓供電電源對(duì)應(yīng)連接，例如通過(guò)電源模塊變換輸出的400V高壓供電電源， 用于對(duì)高壓供電電源進(jìn)行降壓變換處理，例如變換成48V的直流電壓輸出至后級(jí)用電負(fù)載。所述的每一路能源模塊都具有短路檢測(cè)功能和電壓、電流輸出異常檢測(cè)功能，在能源模塊發(fā)生短路故障或者供電輸出異常情況時(shí)，可以分別輸出短路信號(hào)和供電故障信號(hào)，以通知外圍設(shè)備該能源模塊當(dāng)前所發(fā)生的故障。對(duì)于各能源模塊的故障檢測(cè)及故障響應(yīng)處理， 本實(shí)施例提出以下兩種處理方案
其一是，直接利用能源故障診斷子系統(tǒng)中的單片機(jī)連接各路能源模塊，采集各能源模塊輸出的短路信號(hào)和供電故障信號(hào)，進(jìn)而解析出是哪一路能源模塊發(fā)生了何種類(lèi)型的故障。對(duì)于發(fā)生短路故障的能源模塊，單片機(jī)輸出控制信號(hào)至短路漏電保護(hù)控制單元，進(jìn)而切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路，使發(fā)生短路故障的能源模塊停止運(yùn)行，以保證其他能源模塊的正常供電。對(duì)于輸出的電壓或者電流發(fā)生過(guò)壓、欠壓或者過(guò)流、欠流故障的能源模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)輸出控制信號(hào)至能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元，進(jìn)而切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路，以避免對(duì)后級(jí)用電負(fù)載造成損壞。 此時(shí)，可以利用其他運(yùn)行正常的能源模塊轉(zhuǎn)換輸出低壓直流電源，以滿足后級(jí)用電負(fù)載的供電需求。對(duì)于發(fā)生故障的能源模塊，單片機(jī)可以根據(jù)接收到的短路信號(hào)和供電故障信號(hào)分別編碼生成短路故障編碼和電壓/電流超限故障編碼，經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的處理器，進(jìn)而通過(guò)處理器上傳至岸站，供陸上工作人員監(jiān)控。這種故障檢測(cè)處理方案需要單片機(jī)配置有足夠的接口資源，以滿足與各個(gè)能源模塊的連接需求。但是，對(duì)于采用接口資源相對(duì)緊張的單片機(jī)設(shè)計(jì)的能源故障診斷子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則很難滿足與多個(gè)能源模塊的連接要求，此時(shí)，可以考慮采用下述第二種設(shè)計(jì)方案。其二是，利用節(jié)點(diǎn)主控電路板上配置的處理器來(lái)采集各能源模塊輸出的短路信號(hào)和供電故障信號(hào)，進(jìn)而解析出是哪一路能源模塊發(fā)生了何種類(lèi)型的故障，然后對(duì)故障信息進(jìn)行編碼后，回傳至能源故障診斷子系統(tǒng)中的單片機(jī)，進(jìn)而通過(guò)單片機(jī)控制短路漏電保護(hù)控制單元或者能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元?jiǎng)幼鳎詳嚅_(kāi)有故障的一路能源模塊，避免其對(duì)其他各路能源模塊造成影響。采用這種設(shè)計(jì)方案需要在能源故障診斷子系統(tǒng)中進(jìn)一步設(shè)置短路信號(hào)反饋接口和能源供電反饋接口，如圖2所示。通過(guò)各能源模塊輸出的短路信號(hào)經(jīng)由短路信號(hào)反饋接口輸出至節(jié)點(diǎn)主控電路板，通過(guò)節(jié)點(diǎn)主控電路板上的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路進(jìn)行采集和光電隔離處理后，輸出至處理器的不同IO 口。處理器根據(jù)其不同IO 口接收到的短路信號(hào)進(jìn)行短路故障編碼，然后經(jīng)由串口通訊電路以RS232串行通信方式發(fā)送至單片機(jī)。單片機(jī)接收到短路故障編碼后，分析出是哪一路能源模塊發(fā)生了短路故障，然后生成控制信號(hào)輸出至短路漏電保護(hù)控制單元，控制短路漏電保護(hù)控制單元將能源供電模組中出現(xiàn)短路故障的能源模塊斷開(kāi)，即切斷該路能源模塊與高壓供電電源的供電線路，以保證其他的能源模塊正常供電。當(dāng)能源供電模組中的能源模塊的輸出電壓或者電流出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)生故障的能源模塊會(huì)產(chǎn)生供電故障信號(hào)，例如過(guò)流值、過(guò)壓值、欠流值或者欠壓值，經(jīng)由能源供電反饋接口發(fā)送至節(jié)點(diǎn)主控電路板，通過(guò)節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集并進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，分別傳輸至處理器的不同數(shù)字接口。處理器根據(jù)其不同數(shù)字接口接收到的供電故障信號(hào)，編碼生成電壓/電流超限故障編碼，經(jīng)由串口通訊電路以 RS232串行通信方式發(fā)送至單片機(jī)。單片機(jī)在接收到所述的電壓/電流超限故障編碼后， 即可分析出是哪一路能源模塊發(fā)生了供電故障，進(jìn)而輸出控制信號(hào)至能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元，將能源供電模組中發(fā)生電流或者電壓超限故障的一路能源模塊斷開(kāi)，例如切斷該路能源模塊的電源輸出線路，以保證其他的能源模塊正常工作。對(duì)于各路能源模塊的故障編碼信息，處理器可以通過(guò)光電復(fù)合線纜實(shí)時(shí)或者定時(shí)的上傳至岸站，提供給陸上工作人員進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)出現(xiàn)故障的能源模塊及時(shí)進(jìn)行修理或者更換，確保整個(gè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全運(yùn)行。作為所述短路漏電保護(hù)控制單元的一種優(yōu)選電路設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例提出了光電耦合器配合繼電器的電路設(shè)計(jì)形式，參見(jiàn)圖3所示。針對(duì)N路能源模塊配置N組分別由光電耦合器Ul和繼電器Kl連接而成的開(kāi)關(guān)支路，一一對(duì)應(yīng)地連接在400V高壓供電電源與各能源模塊的供電線路中，并在單片機(jī)的控制作用下進(jìn)行供電線路的通斷控制。具體來(lái)講，可以將N組開(kāi)關(guān)支路中的光電耦合器分別與單片機(jī)的N路IO 口一一對(duì)應(yīng)連接，N個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)地串聯(lián)在高壓供電電源與N路能源模塊的供電線路中。以能源模塊1為例進(jìn)行說(shuō)明，將光電耦合器Ul中發(fā)光二極管的陽(yáng)極通過(guò)限流電阻Rl連接直流電源VDD3. 3， 發(fā)光二極管的陰極連接單片機(jī)的RBO 口，接收單片機(jī)輸出的控制信號(hào)。將光電耦合器Ul中受光三極管的發(fā)射極接地，集電極通過(guò)限流電阻R2連接到繼電器Kl線圈的一端，繼電器Kl 線圈的另一端連接直流電源，例如+5V，繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在400V高壓供電電源與能源模塊1的正極輸入端Vin之間。當(dāng)能源模塊1正常運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)通過(guò)其RBO 口輸出高電平控制信號(hào)，此時(shí)光電耦合器Ul不導(dǎo)通，繼電器Kl的線圈中無(wú)電流流過(guò)，繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)保持關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)而使能源模塊1的正極輸入端Vin與400高壓供電電源連通，通過(guò)能源模塊1對(duì)高壓供電電源進(jìn)行降壓變換處理。當(dāng)能源模塊1發(fā)生短路故障時(shí)，單片機(jī)通過(guò)其RBO 口輸出低電平控制信號(hào)，控制光電耦合器Ul導(dǎo)通，進(jìn)而連通繼電器Kl的線圈供電回路，控制繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，以切斷400V高壓供電電源與能源模塊1正極輸入端Vin的連接，控制能源模塊1停止工作， 從而將能源模塊1從能源供電模組中切除。當(dāng)然，所述短路漏電保護(hù)控制單元也可以僅采用繼電器或者其他具有開(kāi)關(guān)作用的開(kāi)關(guān)元件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例并不僅限于以上舉例。作為所述能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元的一種優(yōu)選電路設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例提出了模擬開(kāi)關(guān)電路配合N個(gè)光電耦合器和N個(gè)繼電器的電路組建形式，參見(jiàn)圖4所示。考慮到能源供電模組中配置有15路能源模塊，因此對(duì)于支持8路輸出的模擬開(kāi)關(guān)電路U2來(lái)說(shuō)需要設(shè)置兩片。將兩片模擬開(kāi)關(guān)電路U2的片選端 1分別與單片機(jī)的兩個(gè)IO 口對(duì)應(yīng)連接，接收單片機(jī)輸出的片選信號(hào)，進(jìn)而確定啟用哪一片模擬開(kāi)關(guān)電路U2接收單片機(jī)發(fā)出的地址編碼。將單片機(jī)輸出地址編碼的三個(gè)IO 口 RA0、 RAU RA2分別與兩片模擬開(kāi)關(guān)電路U2的選擇端子SO、Si、S2 一一對(duì)應(yīng)連接，模擬開(kāi)關(guān)電路 U2根據(jù)其選擇端子SO、Si、S2接收到的地址編碼確定其各路輸出端子Y0-Y7的高低電平狀態(tài)，進(jìn)而分別控制與其連接的一路光電耦合器U3導(dǎo)通發(fā)光或者關(guān)斷。具體來(lái)講，可以將模擬開(kāi)關(guān)電路U2的N路輸出端子分別與N個(gè)光電耦合器的發(fā)光側(cè)一一對(duì)應(yīng)連接，N個(gè)光電耦合器的受光側(cè)分別與N個(gè)繼電器的線圈一一對(duì)應(yīng)連接，通過(guò)對(duì)各個(gè)繼電器的線圈進(jìn)行通斷電控制，進(jìn)而控制各個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，以切斷或者連通各路能源模塊的電源輸出線路。以能源模塊2為例進(jìn)行說(shuō)明，將模擬開(kāi)關(guān)電路U2的輸出端子YO連接到光電耦合器U3中發(fā)光二極管的陰極K，發(fā)光二極管的陽(yáng)極A通過(guò)串聯(lián)的限流電阻R3連接直流電源 VDD3. 3V;光電耦合器U3中受光三極管的發(fā)射極GND接地，集電極E通過(guò)串聯(lián)的限流電阻R4 連接繼電器K2線圈的一端，繼電器K2線圈的另一端連接+5V直流電源，繼電器K2的常閉觸點(diǎn)連接在能源模塊2的正極輸出端Vout與48V電源輸出線路之間。當(dāng)能源模塊2正常運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)通過(guò)其RA3 口輸出高電平，禁止模擬開(kāi)關(guān)電路U2 工作，此時(shí)，光電耦合器U3不導(dǎo)通，繼電器K2的線圈斷電，其常閉觸點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，使能源模塊2的正極輸出端Vout與48V電源輸出線路連通，為后級(jí)負(fù)載供電。當(dāng)能源模塊2輸出的電壓或電流出現(xiàn)異常時(shí)，單片機(jī)通過(guò)其RA3 口輸出低電平有效的片選信號(hào)至模擬開(kāi)關(guān)電路U2，控制模擬開(kāi)關(guān)電路U2啟動(dòng)運(yùn)行，并向模擬開(kāi)關(guān)電路U2的選擇端子SO、Si、S2發(fā)出均為低電平的地址編碼信號(hào)，進(jìn)而選擇第一路輸出端子YO輸出低電平，其余各路輸出端子輸出高電平。此時(shí)，光電耦合器U3的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，控制繼電器K2的線圈通電，使其常閉觸點(diǎn)K2斷開(kāi)，進(jìn)而切斷能源模塊2的電源輸出，從而將能源供電模組中出現(xiàn)電壓、電流故障的能源模塊2斷開(kāi)，利用其它無(wú)故障的能源模塊為后級(jí)負(fù)載提供直流供電。(2)節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)
在本實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)中，包括安裝在節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部的溫度傳感器、鹽度傳感器、壓力傳感器及濕度傳感器，分別用于對(duì)節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部的溫度、鹽度、壓力及濕度情況進(jìn)行采樣檢測(cè)，參見(jiàn)圖5所示。其中，溫度傳感器和壓力傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)可能是差分信號(hào)，傳輸至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行差分模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，輸出至處理器進(jìn)行故障判斷。對(duì)于鹽度傳感器和濕度傳感器來(lái)說(shuō)，其輸出的檢測(cè)信號(hào)可能是單端信號(hào)，傳輸至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行單端模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，輸出至處理器的數(shù)字接口。當(dāng)節(jié)點(diǎn)主控電路板上的處理器檢測(cè)到通過(guò)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換輸出的測(cè)量值出現(xiàn)異常時(shí)，例如溫度過(guò)高、鹽度偏小、壓力過(guò)大、濕度過(guò)大等，則處理器將故障信息與測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)光電復(fù)合線纜及時(shí)上傳給岸站，以通知岸站上的工作人員及時(shí)對(duì)該節(jié)點(diǎn)艙進(jìn)行維護(hù)。節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部安裝傳感器輸出的數(shù)據(jù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的故障診斷有著重要的意義。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)艙體內(nèi)部傳感器測(cè)得的壓力值與濕度值同時(shí)過(guò)高，而鹽度值顯著改變并與節(jié)點(diǎn)艙外測(cè)得的鹽度值相當(dāng)時(shí)，則可判斷節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部進(jìn)水。此時(shí)，需要將此故障警情及時(shí)上傳給岸站并進(jìn)行應(yīng)急處理。而溫度值過(guò)高，則說(shuō)明節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的散熱裝置出現(xiàn)故障，并且可以輔助證明能源供電模組的故障狀態(tài)。(3)節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)
在本實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)中，包括與外接傳感器相連接的傳感器電源反饋接口、數(shù)據(jù)傳輸接口及傳感器模塊開(kāi)關(guān)控制單元，參見(jiàn)圖6所示。其中，在每一路外接傳感器設(shè)備的供電線路中均分別連接有一個(gè)檢測(cè)電路，用于檢測(cè)外接傳感器的供電電源狀況，并輸出電壓、電流采樣值通過(guò)傳感器電源反饋接口傳輸至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至處理器。所述處理器在檢測(cè)到連接某一路外接傳感器的供電電源出現(xiàn)異常時(shí)(例如過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、欠流等)或者某一路外接傳感器發(fā)出的檢測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不正常時(shí)，輸出控制信號(hào)至節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)中的傳感器模塊開(kāi)關(guān)控制單元，進(jìn)而切斷出現(xiàn)故障的一路外接傳感器的供電線路，以保證其它的傳感器設(shè)備正常工作。與此同時(shí)，處理器將外接傳感器的故障信息上傳至岸站，供工作人員監(jiān)控。所述傳感器模塊開(kāi)關(guān)控制單元同樣可以選用模擬開(kāi)關(guān)電路配合光電耦合器和繼電器連接而成，仿照?qǐng)D4所示的電路組建結(jié)構(gòu)，每一路光電耦合器和繼電器對(duì)應(yīng)某一特定的外接傳感器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)該路外接傳感器設(shè)備供電的通斷控制。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)艙體外接傳感器設(shè)備接口的即插即用，在所述數(shù)據(jù)傳輸接口中包含有差分信號(hào)接口、廣5V信號(hào)接口、Γ20πιΑ信號(hào)接口、RS232及RS485串口。節(jié)點(diǎn)主控電路板上的處理器通過(guò)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和串口通訊電路接收外接傳感器設(shè)備發(fā)送的各種類(lèi)型的檢測(cè)數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)可外接搭載多種所需的故障診斷傳感器設(shè)備，例如CTD傳感器、聲學(xué)多普勒海流剖面儀等。舉例來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)可搭載水下攝像機(jī)，該攝像機(jī)配置RS485云臺(tái)控制串口，可與節(jié)點(diǎn)主控電路板上的串口通訊電路連接，可接收處理器發(fā)出的控制指令和設(shè)置參數(shù)，以完成節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)水下周邊360°視頻監(jiān)控故障診斷與分析的任務(wù)。本實(shí)施例針對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的故障診斷及維護(hù)需求而設(shè)計(jì)，此節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)按照標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口，可適配不同的傳感器外設(shè)，并可進(jìn)行系統(tǒng)功能性的可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的異常狀況進(jìn)行故障診斷與快速故障定位，并對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行應(yīng)急處理，最大程度上維持節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，顯著降低了維護(hù)成本。當(dāng)然，以上所述僅是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于包括用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中能源供電模組運(yùn)行狀況的能源故障診斷子系統(tǒng)、用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部傳感器運(yùn)行狀況的節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)、用于監(jiān)測(cè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)外接傳感器及設(shè)備運(yùn)行狀況的節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)、用于信號(hào)采集與處理的節(jié)點(diǎn)主控電路板、以及用于遠(yuǎn)程監(jiān)控海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀況及數(shù)據(jù)管理的岸站；所述節(jié)點(diǎn)主控電路板分別與能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)相連接，采集運(yùn)行狀況檢測(cè)信號(hào)，并與岸站連接通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)主控電路板通過(guò)光電復(fù)合線纜連接岸站，岸站通過(guò)光電復(fù)合線纜中的電纜向節(jié)點(diǎn)主控電路板輸送供電電源，所述供電電源經(jīng)由節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的電源模塊轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中各用電負(fù)載所需的工作電源，為各用電負(fù)載供電；岸站與節(jié)點(diǎn)主控電路板之間的通信數(shù)據(jù)和控制信號(hào)經(jīng)由光電復(fù)合線纜中的光纖以光信號(hào)的形式傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述節(jié)點(diǎn)主控電路板上設(shè)置有用于傳輸數(shù)字信號(hào)的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路、用于接收模擬信號(hào)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、用于數(shù)據(jù)通信的串口通訊電路、以及分別與所述的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和串口通訊電路對(duì)應(yīng)連接的處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述能源故障診斷子系統(tǒng)中包含有能源供電模組、單片機(jī)、短路漏電保護(hù)控制單元、能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元以及串口通訊電路；在所述能源供電模組中包含有N路并聯(lián)的能源模塊，所述N為大于1的自然數(shù)，連接在供電線路中用于對(duì)高壓供電電源進(jìn)行降壓變換；所述能源模塊在發(fā)生短路故障時(shí)輸出短路信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制短路漏電保護(hù)控制單元切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路；所述能源模塊在其輸出的電壓或電流出現(xiàn)異常時(shí)，輸出供電故障信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路，利用其它無(wú)故障的能源模塊轉(zhuǎn)換輸出低壓直流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)所述能源模塊輸出的短路信號(hào)和供電故障信號(hào)傳輸至單片機(jī)，一方面通過(guò)單片機(jī)生成控制信號(hào)輸出至短路漏電保護(hù)控制單元或者能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元，以切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路或者切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路；另一方面通過(guò)單片機(jī)生成短路故障編碼和電壓/電流超限故障編碼，經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的處理器，通過(guò)處理器上傳至岸站。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述能源故障診斷子系統(tǒng)中還包含有短路信號(hào)反饋接口和能源供電反饋接口 ；通過(guò)不同能源模塊輸出的短路信號(hào)經(jīng)由短路信號(hào)反饋接口輸出至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的開(kāi)關(guān)量輸入檢測(cè)電路，進(jìn)而傳輸至處理器的不同IO 口，所述處理器根據(jù)其IO 口接收到的短路信號(hào)進(jìn)行短路故障編碼，經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)解析出是哪一路能源模塊發(fā)生了短路故障，進(jìn)而輸出控制信號(hào)至短路漏電保護(hù)控制單元，以切斷高壓供電電源與發(fā)生短路故障的一路能源模塊的供電線路；通過(guò)不同能源模塊輸出的供電故障信號(hào)經(jīng)由能源供電反饋接口輸出至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，輸出至處理器的不同數(shù)字接口，進(jìn)而生成電壓/電流超限故障編碼經(jīng)由串口通訊電路發(fā)送至單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)解析出是哪一路能源模塊發(fā)生了供電故障，進(jìn)而輸出控制信號(hào)至能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元，以切斷發(fā)生電壓或電流故障的一路能源模塊的電源輸出線路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述短路漏電保護(hù)控制單元中包含有N組由光電耦合器和繼電器連接而成的開(kāi)關(guān)支路，其中，N組開(kāi)關(guān)支路中的光電耦合器分別與單片機(jī)的N路IO 口一一對(duì)應(yīng)連接，N個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的串聯(lián)在高壓供電電源與N路能源模塊的供電線路中；通過(guò)單片機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)由光電耦合器進(jìn)行光電隔離處理后，控制繼電器的線圈供電回路通斷，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，以切斷或者連通高壓供電電源與能源模塊的供電線路。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述能源模塊開(kāi)關(guān)控制單元中包含有模擬開(kāi)關(guān)電路、N個(gè)光電耦合器和N個(gè)繼電器，所述N個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的串聯(lián)在N路能源模塊的電源輸出線路中；單片機(jī)根據(jù)各能源模塊的供電故障情況生成地址編碼，輸出至模擬開(kāi)關(guān)電路的選擇端子，以配置模擬開(kāi)關(guān)電路中N路輸出端子的高低電平狀態(tài)；所述模擬開(kāi)關(guān)電路的N路輸出端子分別與N個(gè)光電耦合器的發(fā)光側(cè)一一對(duì)應(yīng)連接，N個(gè)光電耦合器的受光側(cè)分別與N個(gè)繼電器的線圈一一對(duì)應(yīng)連接，通過(guò)對(duì)各個(gè)繼電器的線圈進(jìn)行通斷電控制，進(jìn)而控制各個(gè)繼電器的活動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，以切斷或者連通各路能源模塊的電源輸出線路。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)中包含有分別用于對(duì)節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部的溫度、鹽度、壓力、濕度情況進(jìn)行采樣檢測(cè)的溫度傳感器、鹽度傳感器、壓力傳感器和濕度傳感器，各傳感器將檢測(cè)值發(fā)送至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模擬轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理后，傳輸至處理器，以分析出節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部是否出現(xiàn)異常，并將分析結(jié)果上傳至岸站。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在所述節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)中包含有用于檢測(cè)外接傳感器的供電電源狀況的檢測(cè)電路，輸出電壓、電流采樣值至節(jié)點(diǎn)主控電路板上的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至處理器；所述處理器在檢測(cè)到連接某一路外接傳感器的供電電源出現(xiàn)異常時(shí)或者某一路外接傳感器發(fā)出的檢測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不正常時(shí)，輸出控制信號(hào)至節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)中的傳感器模塊開(kāi)關(guān)控制單元，進(jìn)而切斷出現(xiàn)故障的一路外接傳感器的供電線路；同時(shí)，處理器將外接傳感器的故障信息上傳至岸站。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)，包括能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)主控電路板以及岸站；所述節(jié)點(diǎn)主控電路板分別與能源故障診斷子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)艙體內(nèi)部故障診斷子系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)艙體外部故障診斷子系統(tǒng)相連接，采集運(yùn)行狀況檢測(cè)信號(hào)，并與岸站連接通信。本發(fā)明的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷系統(tǒng)針對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)平臺(tái)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，能夠很好地完成海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的常規(guī)故障診斷與維護(hù)任務(wù)，不僅縮短了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障診斷時(shí)間，最大程度上保證了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行，而且大大降低了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的維修費(fèi)用。
文檔編號(hào)H04L12/26GK102571435SQ20121000814
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉杰, 呂斌, 吳承璇, 曲君樂(lè), 李正寶, 杜立彬, 江守和, 王秀芬, 賀海靖 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所