[发明专利]一种带有应急自救浮标的无人潜航器及其控制方法

权利要求书

1.一种带有应急自救浮标的无人潜航器，其特征在于：包括浮标；所述的浮标整体内嵌于无人潜航器的上部，且浮标的上表面与无人潜航器共形；所述的浮标包括浮标耐压舱、存储与供电单元和应急控制单元；所述的存储与供电单元包括供电与通讯防水接口P1、充电防水接口P2、数据存储计算机U0、充电模块U1、电源分配模块U2、蓄电池BT1、第一继电器K1和第一二极管D1；所述的应急控制单元包括压力传感器P3、缆绳释放电磁铁P4、复合天线(1)、北斗定位与通讯模块U3、浮标控制器U4、第二继电器K2、第二二极管D2和三极管Q1；

所述的浮标耐压舱外侧表面上铺设有浮力材料，在浮标耐压舱底部开设有凹槽；所述的数据存储计算机U0、充电模块U1、电源分配模块U2、北斗定位与通讯模块U3、浮标控制器U4、蓄电池BT1、第一继电器K1、第二继电器K2、第一二极管D1、第二二极管D2和三极管Q1均设置在浮标耐压舱内部；所述的供电与通讯防水接口P1、充电防水接口P2和压力传感器P3均设置在浮标耐压舱底部；所述的缆绳释放电磁铁P4设置在浮标耐压舱底部的凹槽中；所述的复合天线(1)设置在浮标耐压舱顶部；

所述的供电与通讯防水接口P1的VCC2引脚分别与数据存储计算机U0的VCC引脚、充电模块U1的Win引脚和第一继电器K1控制回路的正极连接，供电与通讯防水接口P1的GND2引脚分别与数据存储计算机U0的GND引脚、充电模块U1的Gnd引脚和第一继电器K1控制回路的负极连接；所述数据存储计算机U0的TX+、TX-、RX+、RX-引脚与接口供电与通讯防水接口P1的6、5、4、3引脚相连；所述的充电模块U1的Vout+引脚连接至蓄电池BT1的BVCC端，充电模块U1的Vout-引脚连接至蓄电池BT1的BGND端；所述的第一二极管D1并联在第一继电器K1的控制回路；所述的电源分配模块U2的输入端VIN引脚与充电防水接口P2连接，电源分配模块U2的输入端GND引脚分别与蓄电池BT1的BGND端和浮标控制器U4的Gnd引脚连接，电源分配模块U2的输入端CTL控制引脚与第一继电器K1的常开触点的一端连接，第一继电器K1的常开触点的另一端与蓄电池BT1的BGND端连接；电源分配模块U2的输出端BGND引脚与北斗定位与通讯模块U3的Gnd引脚连接，电源分配模块U2的输出端V2引脚分别与浮标控制器U4的Vcc引脚和三极管Q1的集电极连接，电源分配模块U2的输出端V1引脚分别与压力传感器P3的正极、北斗定位与通讯模块U3的Vcc引脚和第二继电器K2输出回路的一端连接，第二继电器K2输出回路的另一端与缆绳释放电磁铁P4的正极连接，缆绳释放电磁铁P4的负极与蓄电池BT1的BGND端连接；

所述的北斗定位与通讯模块U3的串行通讯数据发送引脚Txd与浮标控制器U4的数据接收引脚Rxd连接，北斗定位与通讯模块U3的数据接收引脚Rxd与浮标控制器U4的数据发送引脚Txd连接；所述的复合天线(1)与北斗定位与通讯模块U3的Send引脚和Receive引脚连接；所述的浮标控制器U4的I/O-1引脚与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与第二继电器K2控制回路的一端连接，第二继电器K2控制回路的另一端与蓄电池BT1的BGND端连接；第二继电器K2控制回路的BGND端与第二二极管D2的正极连接，第二二极管D2的负极与三极管Q1的基极连接；在蓄电池BT1的BVCC端和BGND端之间串联有电阻R1和电阻R2，浮标控制器U4的ADC1_0引脚连接至电阻R1和R2之间；所述的压力传感器P3的负极与蓄电池BT1的BGND端连接，压力传感器P3的信号输出引脚与浮标控制器U4的ADC1_1引脚连接；

在无人潜航器上部设有浮标释放电磁铁P8和UUV供电与通讯防水接口P7，无人潜航器内部设有UUV主控单元和储线舱；所述的浮标耐压舱下表面通过铁板吸附在浮标释放电磁铁P8上；所述的储线舱中设有缆绳，缆绳的一端固定在储线舱内，另一端通过铁块吸附在缆绳释放电磁铁P4上；所述的UUV主控单元包括主控制器、第一电源、第二电源、第三二极管D3、双刀单掷继电器K3；所述的双刀单掷继电器K3的控制回路与主控制器连接，双刀单掷继电器K3的第一静触点与第一电源的正极PVCC1连接，双刀单掷继电器K3的第一动触点与浮标释放电磁铁P8连接，双刀单掷继电器K3的第二静触点与第二电源的正极PVCC2连接，双刀单掷继电器K3的第二动触点与UUV供电与通讯防水接口P7的VCC2引脚连接；所述的第三二极管D3并联在双刀单掷继电器K3的控制回路上。

2.基于权利要求1所述的一种带有应急自救浮标的无人潜航器的一种带有应急自救浮标的无人潜航器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在无人潜航器下水工作之前，连接UUV供电与通讯防水接口P7和充电防水接口P2，UUV主控单元中的双刀单掷继电器K3的第二静触点闭合，通过第二电源为浮标中的蓄电池BT1充电，充电结束后使用防水堵头堵住充电防水接口P2；

步骤2：在无人潜航器正常工作时，连接UUV供电与通讯防水接口P7和供电与通讯防水接口P1，UUV主控单元中的双刀单掷继电器K3的两个动触点均闭合，第一电源为浮标释放电磁铁P8供电，浮标释放电磁铁P8提供的吸附力大于浮标自身的浮力，使浮标不能脱离无人潜航器上浮；第二电源为浮标耐压舱供电，浮标耐压舱内的数据存储计算机U0保持工作状态，充电模块U1为蓄电池BT1充电；第一继电器K1控制回路的触点闭合，电源分配模块U2的输入端CTL控制引脚与蓄电池BT1的BGND端连接，使电源分配模块U2不工作；

步骤3：当无人潜航器出现故障且主控单元主控制器执行自救程序失败，需要外界救援时，UUV主控单元中的主控制器向浮标耐压舱内数据存储计算机U0最后传递状态信息，双刀单掷继电器K3的两个动触点均断开，浮标释放电磁铁P8失电消磁，浮标携带缆绳上浮；若无人潜航器发生严重故障导致主控制器无法工作时，双刀单掷继电器K3的控制回路同样失电，导致双刀单掷继电器K3输出回路的两个动触点均断开，使浮标携带缆绳上浮；

步骤4：浮标与UUV分离后，存储与供电单元的数据存储计算机U0停止工作，充电模块U1停止为蓄电池BT1充电，第一继电器K1的控制回路失电，第一继电器K1的常开式触点断开，使电源分配模块U2的输入端CTL控制引脚悬空，电源分配模块U2开始工作并为应急控制单元供电；应急控制单元的压力传感器P3、浮标控制器U4开始工作，开始计时并定时采样压力传感器P3的AD2信号和蓄电池BT1的分压AD1信号；

若浮标上浮的时间超过预先设定值，且压力传感器P3测量的压力值大于预设的出水压力值，则说明浮标所带缆绳长度小于无人潜航器失事的深度，浮标不能按时浮出到水面，此时浮标控制器U4控制器的I/O-1引脚输出高电平至少5秒钟，借助三极管Q1使第二继电器K2控制回路的常开触点闭合，进而使缆绳释放电磁铁P4上电，缆绳释放电磁铁P4通电后消磁，不再吸附带缆绳的铁块，使浮标抛弃铁块及缆绳；

若压力传感器P3测量的压力值小于预设的出水压力值，则说明浮标已经浮出到水面上，浮标开始通过北斗定位与通讯模块和复合天线(1)，以一定时间间隔发送含自身定位信息的求救信号；若浮标控制器U4检测蓄电池BT1的分压值小于预设值，则说明蓄电池剩余电量不多，浮标控制器U4降低求救信号发送频率以延长工作时间。