一种水下推进器电路

摘要

本发明涉及水下动力驱动领域，具体涉及一种水下推进器电路，包括：MCU模块，用于对水下推进器电路进行逻辑控制；两个电机驱动模块，均与MCU模块连接，用于接收MCU模块的控制指令并分别驱动外部的两个电机；按键模块，用于输入按键指令至MCU模块由MCU模块控制两个电机驱动模块进行电机启转/停止及速度分挡调节；电源模块，用于在水下推进器电路中进行供电。该水下推进器电路采用双螺旋桨，对比单桨推进器，在产生相同推力情况下，双桨推进器对单个电机及驱动电路的性能要求不高，成本更低，且双螺旋桨设计能有效避免人体受到单桨轴反转扭力对平衡的影响，使得操作更平稳。

权利要求

1.一种水下推进器电路，其特征在于，包括：

MCU模块，用于对所述水下推进器电路进行逻辑控制；

两个电机驱动模块，均与所述MCU模块连接，用于接收所述MCU模块的控制指令并分别驱动外部的两个电机；

按键模块，用于输入按键指令至所述MCU模块由所述MCU模块控制两个所述电机驱动模块对电机进行启转/停止或速度分挡调节操作；

电源模块，用于在所述水下推进器电路中进行供电；

所述MCU模块采用STM32F103作为主控制器，所述电机驱动模块包括集成电路PAC5223和三相NMOS桥臂，所述集成电路PAC5223集成有内嵌微控制器、多模式电源管理及功率驱动，所述集成电路PAC5223的6个引脚分别与所述三相NMOS桥臂中的6个NMOS管连接，所述集成电路PAC5223的I2C引脚与主控制器STM32F103的I2C引脚连接；所述主控制器STM32F103通过PMOS管控制所述电机驱动模块的电源开合，所述PMOS管连接在所述电源模块和两个所述集成电路PAC5223及NMOS桥臂上管之间，所述主控制器STM32F103的ESC POWER_EN引脚与所述PMOS管控制连接；

所述电机驱动模块的速度挡位分为高速挡位和慢速挡位；所述MCU模块还用于时刻检测所述电源模块的电量，当所述电源模块的电量低于预设阈值时，控制两个所述电机驱动模块以所述慢速挡位进行驱动。

2.根据权利要求1所述的水下推进器电路，其特征在于，所述按键模块包括有电源按键、前进按键及速度换挡按键；三个按键都是在板卡上预留的接插件，并通过导线拉出到外部与常开式干簧管连接，当磁铁靠近所述干簧管时，则按键导通；操作所述速度换挡按键可在高速挡位和慢速挡位之间切换。

3.根据权利要求2所述的水下推进器电路，其特征在于，所述电源模块包括电池及与所述电池连接的BUCK电路；所述电源按键与所述BUCK电路控制连接；所述主控制器STM32F103的3.3V引脚连接所述BUCK电路，SW2引脚连接所述速度换挡按键，SW3引脚连接所述前进按键。

4.根据权利要求3所述的水下推进器电路，其特征在于，所述水下推进器电路还包括：

电池电压检测模块、工作电流检测模块及电池温度检测模块；

所述电池电压检测模块通过两个电阻串联的方式将所述电池电压分压后直接送到所述主控制器STM32F103的ADC接口，由所述主控制器STM32F103完成所述电池电压的实时检测；

所述工作电流检测模块在所述电池的干路上串入精密电阻，再通过NCS199A1R采集所述精密电阻两端的电压差，将电压差增益100V/V后输出一个对地电平至所述主控制器STM32F103的ADC接口，由所述主控制器STM32F103完成工作电流的实时检测；

所述电池温度检测模块将一颗温敏电阻与一颗恒值电阻串联，串联后所述温敏电阻一端接地、所述恒值电阻接3.3V，且所述温敏电阻置于所述电池内部的保护板上，将根据温度变化对应所述温敏电阻所分得的电压输入至所述主控制器STM32F10的ADC接口，由所述主控制器STM32F10完成所述电池内部温度的检测。

5.根据权利要求4所述的水下推进器电路，其特征在于，所述水下推进器电路还包括与所述主控制器STM32F103连接的电量指示LED及LOGO LED；

所述主控制器STM32F103根据检测到的电池电压来反馈出所述电池的实时电量，并通过电量指示LED进行实时显示，4颗白色LED显示电量依次为0％—25％、25％-50％、50％-

75％、75％-100％，当电量低于25％时，4颗红色LED以1HZ频率同时闪烁；

所述LOGO LED用来指示速度挡位，高速挡位时显示绿色，慢速挡位时显示蓝色。

6.根据权利要求4所述的水下推进器电路，其特征在于，所述MCU模块还用于当检测到电池温度超出设定阈值时和/或当检测到工作电流超出设定阈值时，将通过ESC POWER_EN引脚强制关断所述电机驱动模块的电源。

7.根据权利要求1所述的水下推进器电路，其特征在于，所述电源模块电量的预设阈值为总电量的25％。

8.根据权利要求1所述的水下推进器电路，其特征在于，所述水下推进器电路集成在长

13.5cm、宽5.5cm、厚1.6mm采用FR4材料的6层基板上，其局部采用了开窗补锡的方式。

说明书

一种水下推进器电路

技术领域

[0001] 本发明涉及水下动力驱动领域，具体而言，涉及一种水下推进器电路。

背景技术

[0002] 目前已有的水下推进器大多都是单螺旋桨，即使出现的水下双螺旋桨推进器也采用单挡位速度。

[0003] 已有的单螺旋桨推进器，由于单桨推力的要求，使得其产品对电机及驱动电路的性能要求高、成本贵，并且桨叶大(对人体构成了一定的安全风险)，使得整机体积较臃肿，另外，由于桨叶的轴反转扭力使得水下操控的平稳性不强。

[0004] 已有的双螺旋桨推进器，虽解决了上述的多种问题，但没有速度分挡调节功能，一定程度上限制了适用人群(例如：小孩使用时其推进速度较快，安全风险大)，并且难以将电池完全放电(快转速时的电池放电电流大，由电池内阻造成的压降使得电池更早的达到截止电压)，造成续航时间的流失。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供了一种水下推进器电路，以至少解决现有水下推进器体积较臃肿、无速度分挡位的技术问题。

[0006] 根据本发明的实施例，提供了一种水下推进器电路，包括：

[0007] MCU模块，用于对水下推进器电路进行逻辑控制；

[0008] 两个电机驱动模块，均与MCU模块连接，用于接收MCU模块的控制指令并分别驱动外部的两个电机；

[0009] 按键模块，用于输入按键指令至MCU模块由MCU模块控制两个电机驱动模块对电机进行启转/停止或速度分挡调节操作；

[0010] 电源模块，用于在水下推进器电路中进行供电。

[0011] 进一步地，MCU模块采用STM32F103作为主控制器，电机驱动模块包括集成电路PAC5223和三相NMOS桥臂，集成电路PAC5223集成有内嵌微控制器、多模式电源管理及功率驱动，集成电路PAC5223的6个引脚分别与三相NMOS桥臂中的6个NMOS管连接，集成电路PAC5223的I2C引脚与主控制器STM32F103的I2C引脚连接；主控制器STM32F103通过PMOS管控制电机驱动模块的电源开合，PMOS管连接在电源模块和两个集成电路PAC5223及NMOS桥臂上管之间，主控制器STM32F103的ESC POWER_EN引脚与PMOS管控制连接。

[0012] 进一步地，电机驱动模块的速度挡位分为高速挡位和慢速挡位；MCU模块还用于时刻检测电源模块的电量，当电源模块的电量低于预设阈值时，控制两个电机驱动模块以慢速挡位进行驱动。

[0013] 进一步地，按键模块包括有电源按键、前进按键及速度换挡按键；三个按键都是在板卡上预留的接插件，并通过导线拉出到外部与常开式干簧管连接，当磁铁靠近干簧管时，则按键导通；操作速度换挡按键可在高速挡位和慢速挡位之间切换。

[0014] 进一步地，电源模块包括电池及与电池连接的BUCK电路；电源按键与BUCK电路控制连接；主控制器STM32F103的3.3V引脚连接BUCK电路，SW2引脚连接速度换挡按键，SW3引脚连接前进按键。

[0015] 进一步地，水下推进器电路还包括：电池电压检测模块、工作电流检测模块及电池温度检测模块；

[0016] 电池电压检测模块通过两个电阻串联的方式将电池电压分压后直接送到主控制器STM32F103的ADC接口，由主控制器STM32F103完成电池电压的实时检测；

[0017] 工作电流检测模块在电池的干路上串入精密电阻，再通过NCS199A1R采集精密电阻两端的电压差，将电压差增益100V/V后输出一个对地电平至主控制器STM32F103的ADC接口，由主控制器STM32F103完成工作电流的实时检测；

[0018] 电池温度检测模块将一颗温敏电阻与一颗恒值电阻串联，串联后温敏电阻一端接地、恒值电阻接3.3V，且温敏电阻置于电池内部的保护板上，将根据温度变化对应温敏电阻所分得的电压输入至主控制器STM32F10的ADC接口，由主控制器STM32F10完成电池内部温度的检测。

[0019] 进一步地，水下推进器电路还包括与主控制器STM32F103连接的电量指示LED及LOGO LED；

[0020] 主控制器STM32F103根据检测到的电池电压来反馈出电池的实时电量，并通过电量指示LED进行实时显示，4颗白色LED显示电量依次为0％—25％、25％-50％、50％-75％、75％-100％，当电量低于25％时，4颗红色LED以1HZ频率同时闪烁；

[0021] LOGO LED用来指示速度挡位，高速挡位时显示绿色，慢速挡位时显示蓝色。

[0022] 进一步地，MCU模块还用于当检测到电池温度超出设定阈值时和/或当检测到工作电流超出设定阈值时，将通过ESC POWER_EN引脚强制关断电机驱动模块的电源。

[0023] 进一步地，电源模块电量的预设阈值为总电量的25％。

[0024] 进一步地，水下推进器电路集成在长13.5cm、宽5.5cm、厚1.6mm采用FR4材料的6层基板上，其局部采用了开窗补锡的方式。

[0025] 本发明实施例中的水下推进器电路，采用双螺旋桨，因此在产生相同推力情况下，双桨推进器对单个电机及驱动电路的性能要求不高，成本更低，且双螺旋桨设计能有效避免人体受到单桨轴反转扭力对平衡的影响，使得操作更平稳，另外由于双桨桨叶的缩小，使得整机的体积也减小。本推进器电路采用速度分挡位的方式，能够有效避免体重轻的用户因推进速度过快而构成的安全风险。

附图说明

[0026] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0027] 图1为本发明水下推进器电路的模块框图；

[0028] 图2为本发明水下推进器电路的电路图。

具体实施方式

[0029] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0030] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0031] 根据本发明实施例，提供了一种水下推进器电路，参见图1，包括：

[0032] MCU模块10，用于对水下推进器电路进行逻辑控制；

[0033] 两个电机驱动模块20，均与MCU模块10连接，用于接收MCU模块10的控制指令并分别驱动外部的两个电机；

[0034] 按键模块30，用于输入按键指令至MCU模块10由MCU模块10控制两个电机驱动模块20对电机进行启转/停止或速度分挡调节操作；

[0035] 电源模块40，用于在水下推进器电路中进行供电。

[0036] 本发明实施例中的水下推进器电路，采用双螺旋桨，因此在产生相同推力情况下，双桨推进器对单个电机及驱动电路的性能要求不高，成本更低，且双螺旋桨设计能有效避免人体受到单桨轴反转扭力对平衡的影响，使得操作更平稳，另外由于双桨桨叶的缩小，使得整机的体积也减小。本推进器电路采用速度分挡位的方式，能够有效避免体重轻的用户因推进速度过快而构成的安全风险。

[0037] 作为优选的技术方案中，参见图2，MCU模块10采用STM32F103作为主控制器，电机驱动模块20包括集成电路PAC5223和三相NMOS桥臂，集成电路PAC5223集成有内嵌微控制器、多模式电源管理及功率驱动，集成电路PAC5223的6个引脚分别与三相NMOS桥臂中的6个NMOS管连接，集成电路PAC5223的I2C引脚与主控制器STM32F103的I2C引脚连接；主控制器STM32F103通过PMOS管控制电机驱动模块20的电源开合，PMOS管连接在电源模块40和两个集成电路PAC5223及NMOS桥臂上管之间，主控制器STM32F103的ESC POWER_EN引脚与PMOS管控制连接。

[0038] 单组的电机驱动模块20由一个内嵌微控制器、多模式电源管理及功率驱动的集成电路PAC5223(Motor Drive)来驱动三相NMOS桥臂，形成三相无刷电机的驱动电路模块来驱动电机(Motor)。

[0039] 作为优选的技术方案中，参见图2，电机驱动模块20的速度挡位分为高速挡位和慢速挡位；MCU模块10还用于时刻检测电源模块40的电量，当电源模块40的电量低于预设阈值时，控制两个电机驱动模块20以慢速挡位进行驱动。电源模块40电量的预设阈值为总电量的25％。

[0040] 电池电量＜25％时，MCU将强制使得推进器速度为低速挡，由于本推进器低电量模式的存在(电量低于25％时，推进器将切换为低速挡位)，能够使得电池放电更充分(低速挡位电池放电电流小，使得电池内阻造成的压降小，从而能够延迟电池电压达到截止电压的时间)，相同电池容量的情况下续航时间加长，同时也是对电池使用寿命的一种保护措施。

[0041] 作为优选的技术方案中，参见图2，按键模块30包括有电源按键(POWER ENABLE)、前进按键(Motor_EN)及速度换挡按键(Shift gears)；三个按键都是在板卡上预留的接插件，并通过导线拉出到外部与常开式干簧管连接，当磁铁靠近干簧管时，则按键导通，上述即为按键开关的原理，此处应用是为了改善常规按键的防水可靠性问题；操作速度换挡按键可在高速挡位和慢速挡位之间切换。

[0042] 具体地，采用STM32F103作为主控制器，其主要参与推进器电路的逻辑控制。该主控制器的主要功能如下：

[0043] 实时判断前进及速度按键的接口电平状态，并作出相应的命令动作：

[0044] 电源按键 前进按键 速度换挡按键 功能0 X X 无
1 X X 整机上电
1 1 X 前进
1 1 0 慢速前进
1 1 1 快速前进

[0045] (注：0表示按键为断开状态，1表示按键为闭合状态，X表示任意状态)[0046] 该主控制器通过ADC接口，完成电池电压、整机工作电流及电池内部温度的实时检测。

[0047] 该主控制器控制LED的亮灭来实时显示电量及速度挡位。

[0048] 按下电源按键，将使得BUCK电路开始工作并输出3.3V电源，随之MCU上电开始工作，并通过ESC POWER_EN引脚默认打开电机驱动模块20的电源，使得电机驱动模块20处于待机状态。

[0049] 完成上述过程后，按下前进按键，MCU检测到前进按键电平变化，随之通过I2C总线向电机驱动模块20发送起转命令，两个马达开始转动。

[0050] 此时，若拨动速度换挡按键，则马达转速会发生变化，当然，也可以在操作电源按键及前进按键之前操作速度换挡按键，同样可达到设置速度挡位的目的。

[0051] 作为优选的技术方案中，参见图2，电源模块40包括电池及与电池连接的BUCK电路，优选为锂电池；电源按键与BUCK电路控制连接；主控制器STM32F103的3.3V引脚连接BUCK电路，SW2引脚连接速度换挡按键，SW3引脚连接前进按键。

[0052] 电源模块40由24V锂电池及BUCK电路构成。锂电池电源主要是提供给电机驱动模块20，另一方面经由TPS54231构成的BUCK电路降压后提供给MCU、LED等相关模块作为工作电源。

[0053] 作为优选的技术方案中，参见图2，水下推进器电路还包括：电池电压检测模块、工作电流检测模块及电池温度检测模块；

[0054] 电池电压检测(Voltage ADC)：电池电压检测模块通过两个电阻串联的方式将电池电压分压后直接送到主控制器STM32F103的ADC接口，由主控制器STM32F103完成电池电压的实时检测；

[0055] 工作电流检测(current_ADC)：工作电流检测模块在电池的干路上串入精密电阻，再通过NCS199A1R采集精密电阻两端的电压差，将电压差增益100V/V后输出一个对地电平至主控制器STM32F103的ADC接口，由主控制器STM32F103完成工作电流的实时检测；

[0056] 电池温度检测(BAT_temperature_ADC)：电池温度检测模块将一颗温敏电阻与一颗恒值电阻串联，串联后温敏电阻一端接地、恒值电阻接3.3V，且温敏电阻置于电池内部的保护板上，将根据温度变化对应温敏电阻所分得的电压输入至主控制器STM32F10的ADC接口，由主控制器STM32F10完成电池内部温度的检测。

[0057] 作为优选的技术方案中，参见图2，水下推进器电路还包括与主控制器STM32F103连接的电量指示LED(Electric quantity_LED)及LOGO LED；

[0058] 主控制器STM32F103根据检测到的电池电压来反馈出电池的实时电量，并通过电量指示LED进行实时显示，4颗白色LED显示电量依次为0％—25％、25％-50％、50％-75％、75％-100％，当电量低于25％时，4颗红色LED以1HZ频率同时闪烁；LOGO LED用来指示速度挡位，高速挡位时显示绿色，慢速挡位时显示蓝色。

[0059] 具体地，电量指示LED：根据电池电压对电池电量的曲线关系，将MCU检测到的电池电压来反馈出电池的实时电量，并通过电量指示LED进行实时显示。4颗白色LED显示电量为0％—25％、25％-50％、50％-75％、75％-100％(电量75％—100％时4颗白色LED全亮，
50％—75％时3颗白色LED亮，依次类推)，当电量低于25％时，4颗红色LED开始以1HZ频率同时闪烁。

[0060] LOGO LED:LOGO LED在整机外观上可以起到很好的装饰作用，另一方面是用来指示速度挡位，高速挡位显示绿色，慢速挡位显示蓝色。

[0061] 作为优选的技术方案中，MCU模块10还用于当检测到电池温度超出设定阈值时和/或当检测到工作电流超出设定阈值时，将通过ESC POWER_EN引脚强制关断电机驱动模块20的电源。

[0062] 过温保护：当电池内部温度高出设定阈值时，MCU将通过ESC POWER_EN强制关断电机驱动模块20的电源。过流保护：当整机干路电流超出设定阈值时，MCU将通过ESC POWER_EN强制关断电机驱动模块20的电源。

[0063] 作为优选的技术方案中，水下推进器电路集成在长13.5cm、宽5.5cm、厚1.6mm采用FR4材料的6层基板上，其局部采用了开窗补锡的方式。即各模块电路集成在一片长13.5cm、宽5.5cm、厚1.6mm的FR4材料的基板上(6层板)，为使得板卡具备足够的载流能力及防止过热，对其局部采用了开窗补锡的方式。

[0064] 同时本推进器采用双螺旋桨小桨叶外加涵道的设计大大降低了桨叶对人体造成的安全风险。

[0065] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0066] 在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

[0067] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

[0068] 作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0069] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0070] 集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0071] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。