一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統的製作方法
2023-09-10 00:28:05 2
專利名稱：一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及換能器領域，具體地，本發明涉及一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統。
背景技術：
電磁脈衝聲源的原理是高壓儲能電容器通過電感線圈放電，使線圈上覆蓋的振膜感應產生電磁場，振膜磁場與線圈磁場相互作用產生排斥力，激發周圍介質形成聲波。與其它聲源相對比，電磁脈衝聲源有以下特點(1)這種聲源所輻射的聲脈衝特性，主要取決於聲源本身的電聲結構，輻射的聲脈衝的波形十分規則，具有極佳的寬帶譜結構，而且能夠根 據要求很方便地改變聲脈衝的峰值壓力和寬度；(2)安全可靠，信號可重複性好。可以作為水聲物理實驗、地質勘探和非線性聲學的研究等領域的寬帶聲源。美國專利3227. 996和中國專利85100714都涉及到了這種換能器。但是，二者均未對其控制方式進行描述。在大電流、高電壓的情況下，利用手動開關去控制電容的充放電是危險的，同時也很不方便，而且這些控制方式只能對單一的換能器進行控制。
發明內容
本發明的目的在於為了克服上述問題，提供了一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統。為了實現上述目的，本發明提供的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統包括計算機和變壓器，該系統還包括一單片機、CAN總線晶片、MOSFET驅動晶片、高低電壓電源驅動晶片、電容和至少一個MOSFET ；所述單片機的CAN總線接口通過CAN總線晶片與所述計算機連接,用於接收計算機發出的控制指令；所述單片機的輸入、輸出埠連接高低電壓電源驅動晶片輸入埠，所述高低電壓電源驅動晶片輸出埠連接若干繼電器，用於控制電容A和外部脈衝電容的充電；所述單片機輸入、輸出埠連接MOSFET驅動晶片的輸入埠，所述MOSFET驅動晶片的輸出埠連接MOSFET的柵極，所述MOSFET的漏極接電容A，源極接地，用於控制對電容A並通過變壓器實現外部脈衝電容的放電。根據本發明的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，所述的系統還包括電源模塊和電源轉換模塊，該電源模塊用於將220V的電壓轉換為12V的電壓，電源轉換模塊用於將12V的電壓轉換為5V的電壓。根據本發明的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，該系統還包括一防護電路，該一防護電路設置在CAN總線和計算機之間，用於消除放電瞬間產生的強電磁場對控制電路中晶片的破壞和幹擾。根據本發明的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，所述的防護電路包括三路並聯設置在CAN總線的兩端的兩個串聯的瞬態抑制二極體、兩個串聯的防雷管和另一個防雷管，其中，兩個串聯的瞬態抑制二極體之間接地，兩個串聯的防雷管之間接地。此外，本發明還提供了一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制方法，該方法由上述的控制系統實現的，該方法包括以下步驟I)所述單片機通過CAN總線接收到計算機發出的低電壓充電的指令後，單片機的輸入輸出埠打開，並通過與單片機電連接的高低電壓電源驅動晶片控制低電壓電源對電容A充電，當單片機接收到計算機發出的低電壓停止充電的指令後，停止對電容A充電；2)所述單片機通過CAN總線接收到計算機發出的高電壓充電的指令後，單片機的輸入輸出埠打開，並通過與單片機電連接的高低電壓電源驅動晶片控制電路外部高電壓電源對脈衝電容充電，當單片機接收到計算機發出的高電壓停止充電的指令後，停止對脈衝電容充電；3)所述單片機通過CAN總線接收到計算機發出的發送指令後，單片機的輸入輸出埠打開，與單片機電連接的MOSFET驅動晶片控制MOSFET導通，MOSFET導通後，與之連接 的電容A通過變壓器初級線圈放電，進而在次級線圈產生高電壓促使外部脈衝電容放電。本發明提供的一種通過單片機及一些外圍電路去控制電容的充電和放電，並利用CAN總線通訊與計算機聯繫的控制系統。其具體操作步驟如下I)當單片機接收到計算機發出的低電壓充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠打開，由O變為1，通過輸出驅動晶片(從埠 B輸出)控制低電壓電源對電容A充電。2)當單片機接收到計算機發出的低電壓停止充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠關閉，由I變為0，通過輸出驅動晶片(從埠 B輸出)控制低電壓電源停止對電容A充電。3)當單片機接收到計算機發出的高電壓充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠打開，由O變為1，通過輸出驅動晶片(從埠 C輸出)控制控制電路外部高電壓電源對脈衝電容充電。4)當單片機接收到計算機發出的高電壓停止充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠關閉，由I變為0，通過輸出驅動晶片(從埠 C輸出)控制控制電路外部高電壓電源停止對脈衝電容充電。5)當單片機接收到計算機發出的發射指令後(從埠 A進入)，單片機的I/O埠 RCO打開，由O變為I，通過輸出驅動晶片用於控制MOSFET開通，此時，電容A通過外部變壓器(經埠 D連接)初級線圈放電，進而在次級線圈產生高電壓促使外部脈衝電容放電。本發明的要點在於在控制電路與外部接口處添加放雷管和瞬態抑制二極體以防止放電瞬間產生的強電磁場對控制電路中晶片的破壞和幹擾。本發明採用的防護電路如圖2所示。和現有技術相比，本發明的用於電磁脈衝聲源換能器的控制系統有如下特點提供一種用於電磁脈衝聲源的控制方式，解決了手動控制的危險性和不靈活性問題，並解決了在強電磁場情況下的幹擾和破壞問題。本發明的設計採用PIC18F系列單片機和一系列外圍晶片，實現了對電磁脈衝聲源的安全靈活控制。具體的靈活性表現在PIC單片機可以通過CAN總線實現與人之間的信息交換，操作人員可以通過單片機反饋回的已充電壓值，對聲源進行實時的監控，並可同時控制已充電電量。具體的安全性體現在通過CAN總線使人機分離，避免了人與機器的直接接觸，避免了操作人員接觸高電壓的危險。
圖I為本發明的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統的結構示意圖；圖2為本發明控制系統的防護電路圖。
具體實施例方式下面對本發明的控制系統以及實施方式進行詳細的說明。本發明提供的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統包括計算機和變壓器，該系 統還包括一單片機、CAN總線晶片、MOSFET驅動晶片、高低電壓電源驅動晶片、電容和6個MOSFET ；所述單片機的CANTX和CANRX埠通過CAN總線晶片與所述計算機連接，用於接收計算機發出的控制指令；所述單片機I/O埠 RDO和RDl連接高低電壓電源驅動晶片INA和INB埠，高低電壓電源驅動晶片OUTA和OUTB埠連接若干繼電器，用於控制電容A和外部脈衝電容的充電； 所述單片機I/O埠 RCO連接MOSFET驅動晶片INA埠、驅動晶片OUTA和OUTB埠連接6個並聯的MOSFET單元的柵極，所述6個並聯的MOSFET單元的漏極接電容，源極接地，用於控制對電容A並通過變壓器實現外部脈衝電容的放電。本發明提供了一種通過單片機及一些外圍電路去控制電容的充電和放電，並利用CAN總線通訊與計算機聯繫的控制系統。其具體操作步驟如下I)當單片機接收到計算機發出的低電壓充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠打開，由O變為1，通過輸出驅動晶片(從埠 B輸出)控制低電壓電源對電容A充電。2)當單片機接收到計算機發出的低電壓停止充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠關閉，由I變為0，通過輸出驅動晶片(從埠 B輸出)控制低電壓電源停止對電容A充電。3)當單片機接收到計算機發出的高電壓充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠打開，由O變為1，通過輸出驅動晶片(從埠 C輸出)控制控制電路外部高電壓電源對脈衝電容充電。4)當單片機接收到計算機發出的高電壓停止充電的指令後(從埠 A進入)，單片機的過高低電壓電源驅動晶片埠關閉，由I變為0，通過輸出驅動晶片(從埠 C輸出)控制控制電路外部高電壓電源停止對脈衝電容充電。5)當單片機接收到計算機發出的發射指令後(從埠 A進入)，單片機的I/O埠 RCO打開，由O變為I，通過輸出驅動晶片用於控制MOSFET開通，此時，電容A通過外部變壓器(經埠 D連接)初級線圈放電，進而在次級線圈產生高電壓促使外部脈衝電容放電。
權利要求
1.一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，該控制系統包括計算機和變壓器其特徵在於，該系統還包括一單片機、CAN總線晶片、MOSFET驅動晶片、高低電壓電源驅動晶片、電容和至少I個MOSFET ；所述單片機的CAN總線接口通過CAN總線晶片與所述計算機連接，用於接收計算機發出的控制指令；所述單片機的輸入、輸出埠連接高低電壓電源驅動晶片的輸入埠，所述高低電壓電源驅動晶片的輸出埠連接若干繼電器，用於控制電容A和外部脈衝電容的充電；所述單片機輸入、輸出埠連接MOSFET驅動晶片的輸入埠，所述MOSFET驅動晶片的輸出埠連接MOSFET的柵極，所述MOSFET的漏極接電容A，源極接地，用於控制電容A並通過變壓器實現外部脈衝電容的放電。
2.根據權利要求I所述的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，其特徵在於，所述的系統還包括電源模塊和電源轉換模塊，該電源模塊用於將220V的電壓轉換為12V的電壓， 電源轉換模塊用於將12V的電壓轉換為5V的電壓，用於給單片機供電。
3.根據權利要求I所述的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，其特徵在於，該系統還包括一防護電路，該一防護電路設置在CAN總線和計算機之間，用於消除放電瞬間產生的強電磁場對控制電路中晶片的破壞和幹擾。
4.根據權利要求3所述的用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統，其特徵在於，所述的防護電路包括三路並聯設置在CAN總線的兩端的兩個串聯的瞬態抑制二極體、兩個串聯的防雷管和另一個防雷管，其中，兩個串聯的瞬態抑制二極體之間接地，兩個串聯的防雷管之間接地。
5.一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制方法，該方法由一單片機、CAN總線晶片、 MOSFET驅動晶片、高低電壓電源驅動晶片、電容和至少一個MOSFET組成的控制系統實現的，其中，所述單片機的CAN總線接口通過CAN總線晶片與所述計算機連接，用於接收計算機發出的控制指令；所述單片機的輸入、輸出埠連接高低電壓電源驅動晶片輸入埠，所述高低電壓電源驅動晶片輸出埠連接若干繼電器，用於控制電容A和外部脈衝電容的充電；所述單片機輸入、輸出埠連接MOSFET驅動晶片的輸入埠，所述MOSFET驅動晶片的輸出埠連接MOSFET的柵極，所述MOSFET的漏極接電容A，源極接地，用於控制對電容A並通過變壓器實現外部脈衝電容的放電；其特徵在於，所述方法包括以下步驟1)所述單片機通過CAN總線接收到計算機發出的低電壓充電的指令後，單片機的輸入輸出埠打開，並通過與單片機電連接的高低電壓電源驅動晶片控制低電壓電源對電容A 充電，當單片機接收到計算機發出的低電壓停止充電的指令後，停止對電容A充電；2)所述單片機通過CAN總線接收到計算機發出的高電壓充電的指令後，單片機的輸入輸出埠打開，並通過與單片機電連接的高低電壓電源驅動晶片控制電路外部高電壓電源對脈衝電容充電，當單片機接收到計算機發出的高電壓停止充電的指令後，停止對脈衝電容充電；3)所述單片機通過CAN總線接收到計算機發出的發送指令後，單片機的輸入輸出埠打開，與單片機電連接的MOSFET驅動晶片控制MOSFET導通，MOSFET導通後，與之連接的電容A通過變壓器初級線圈放電，進而在次級線圈產生高電壓促使外部脈衝電容放電。
6.根據權利要求5所述的用於大功率電磁脈衝聲源的控制方法，其特徵在於，所述步驟I)中CAN總線和計算機之間設一防護電路，用於消除放電瞬間產生的強電磁場對控制電路中晶片的破壞和幹擾。
7.根據權利要求6所述的用於大功率電磁脈衝聲源的控制方法，其特徵在於，所述的防護電路包括三路並聯設置在CAN總線的兩端的兩個串聯的瞬態抑制二極體、兩個串聯的防雷管和另一個防雷管，其中，兩個串聯的瞬態抑制二極體之間接地，兩個串聯的防雷管之間接地。
全文摘要
本發明涉及一種用於大功率電磁脈衝聲源的控制系統。該控制系統包括一單片機、CAN總線晶片、MOSFET驅動晶片、高低電壓電源驅動晶片、電容和至少1個MOSFET；所述單片機的CAN總線接口通過CAN總線晶片與所述計算機連接，用於接收計算機發出的控制指令；所述單片機的輸入、輸出埠連接高低電壓電源驅動晶片輸入埠，所述高低電壓電源驅動晶片輸出埠連接若干繼電器，用於控制電容A和外部脈衝電容的充電；所述單片機輸入、輸出埠連接MOSFET驅動晶片的輸入埠，所述MOSFET驅動晶片的輸出埠連接MOSFET的柵極，所述MOSFET的漏極接電容A，源極接地，用於控制對電容A並通過變壓器實現外部脈衝電容的放電。通過改進更加靈活安全。
文檔編號H03G3/20GK102931934SQ20111022888
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者於鍾德, 於晉生, 費興波 申請人:中國科學院聲學研究所