一種具有實時通信功能的無接觸供電拾電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種具有實時通信功能的無接觸供電拾電器，屬于自動化輸送設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)4.0和大數(shù)據(jù)概念在制造業(yè)中的引入和發(fā)展，要求制造裝備不僅能完成正常的功能，還要將各種數(shù)據(jù)能傳遞到統(tǒng)一的平臺進(jìn)行保存和集中處理。尤其是各種移動工作的設(shè)備，需要在完成工作的同時將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞。目前移動設(shè)備若采用各類有線傳遞的網(wǎng)絡(luò)，必須與供電線路一起布線，一方面布線困難繁瑣，另一方面強(qiáng)電容易干擾。若采用無線網(wǎng)絡(luò)，雖無需布線，但受到無線通信頻率的限制，易受到電磁干擾，傳遞能力差，為此每個小車需要安裝無線模塊，并需要布置大量中繼器。目前工業(yè)上應(yīng)用于自動化輸送設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的各種移動裝備，如(Automatic Guided Vehicle，自動引導(dǎo)車)、有軌車、EMS(Electrical Monorail System,電動軌道行車)等，有很多已經(jīng)使用了非接觸供電技術(shù)，如專利CN101425705A公開了一種自動導(dǎo)引小車的無接觸供電、導(dǎo)引裝置。它采用了感應(yīng)耦合的供電原理，通過對磁場進(jìn)行檢測產(chǎn)生比較信號進(jìn)行導(dǎo)引，但都不具備通訊能力。因此，迫切需要開發(fā)一種利用電能傳輸電纜為信道的載波通信裝置，在不破壞電能無接觸傳輸結(jié)構(gòu)下完成系統(tǒng)控制信息的傳遞，并具有成本低、集成度高、布局靈活等特性。
[0003]本專利就是在無接觸供電技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種既能實現(xiàn)無接觸供電又能實現(xiàn)實時通信的拾電器，利用供電線纜上的高頻交流電，在不破壞電能無接觸傳輸結(jié)構(gòu)下完成系統(tǒng)控制信息的傳遞，兼具供電和通訊功能。如果本專利所實現(xiàn)的拾電器用于AGV上，還能利用電纜上的電磁信號，實現(xiàn)導(dǎo)航的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于在前人研宄的基礎(chǔ)上，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種具有載波通信功能、拾電性能好、具有磁導(dǎo)引功能的無接觸供電拾電器。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種具有實時通信功能的無接觸供電拾電器，包括無接觸供電模塊1、磁導(dǎo)引模塊2、載波通信模塊3以及上位控制系統(tǒng)；所述無接觸供電模塊I包括一電能變換模塊5以及供電線纜6，供電線纜6通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電能，經(jīng)過電能變換后輸出恒定電壓的直流電；另外，所述磁導(dǎo)引模塊2檢測加載在供電線纜6高頻交流電的磁場，產(chǎn)生偏差信號給上位控制系統(tǒng)，進(jìn)行導(dǎo)引定位；
所述載波通信模塊3具有雙向通信功能，利用供電線纜6作為載波傳輸?shù)男诺?，與上位控制系統(tǒng)實時通信。
[0006]具體的，所述無接觸供電模塊I包括電磁拾取機(jī)構(gòu)4，該電磁拾取機(jī)構(gòu)4采用平板式結(jié)構(gòu)，包括平板式鐵氧體磁芯41、繞制在磁芯中部的銅芯繞組42。
[0007]進(jìn)一步的，所述電能變換模塊5包括依次連接的諧振電路51、整流電路52、升降壓電路53 ;所述諧振電路51采用LCL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整流電路52采用全波橋式電路，采用4個互相并聯(lián)的二極管，升降壓電路53采用Buck-Boost電路。
[0008]進(jìn)一步的，所述磁導(dǎo)引模塊塊2包括依次連接的磁場信號檢測電路21和信號處理電路22。
[0009]更進(jìn)一步的，在所述信號處理電路22中包括放大電路和幅值檢波電路，當(dāng)初級信號進(jìn)入后，由放大電路放大至I?5V伏特級，然后通過幅值檢波電路轉(zhuǎn)換為直流電壓。
[0010]進(jìn)一步的，所述載波通信模塊3包括依次連接的控制電路31、調(diào)制電路32、解調(diào)電路33。
[0011]更進(jìn)一步的，所述控制電路31采用嵌入式系統(tǒng)，包括電源、晶振、復(fù)位電路以及JTAG調(diào)試接口 ；其采用RS485接收和發(fā)送通信信號，并且使用SPI接口產(chǎn)生受控脈沖序列。
[0012]更進(jìn)一步的，所述調(diào)制電路32，采用二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制方式產(chǎn)生2FSK信號。
[0013]作為一種優(yōu)選，所述調(diào)制電路32，使用直接數(shù)字合成電路321，產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號，將基帶信號的O和I轉(zhuǎn)換成兩種頻率不同的正弦載波fl、f2 ;并且，所述調(diào)制電路32采用乙類互補(bǔ)推挽式功率放大電路322，放大載波信號的功率。
[0014]更進(jìn)一步的，所述解調(diào)電路33采用非相干解調(diào)對信號進(jìn)行解調(diào)，得到數(shù)字基帶信號，其采用有源高通濾波器331濾除干擾噪聲。
[0015]更進(jìn)一步的，所述解調(diào)電路33還包絡(luò)檢波、比較電路333，采用二極管包絡(luò)檢波電路和比較器，得到數(shù)字基帶信號。
[0016]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
該無接觸供電拾電器拾電器摒棄了傳統(tǒng)的蓄電池，包括無接觸供電、磁導(dǎo)引和載波通信模塊，利用無接觸供電線圈的高頻交流電給上級設(shè)備供電并提供導(dǎo)引信號，同時也具有載波通信的收發(fā)器，將控制信號調(diào)制后經(jīng)過供電線纜傳輸，實現(xiàn)與上位控制器的雙向通信，本發(fā)明可以用于AGV、EMS等多種物流自動化設(shè)備上。
[0017]其中，無接觸供電模塊中加載有高頻正弦交流電的無接觸供電線纜和繞在磁芯上的線圈發(fā)生松耦合電磁感應(yīng)得到感應(yīng)電動勢，該感應(yīng)電動勢經(jīng)過電能變換后給設(shè)備供電；載波通信模塊具有雙向通信功能，利用供電線纜作為載波傳輸?shù)男诺?，與線纜上并聯(lián)的通信電路實現(xiàn)實時通信；加載有高頻正弦交流電的無接觸供電線纜在周圍空間產(chǎn)生電磁場，磁導(dǎo)引模塊內(nèi)的傳感器檢測產(chǎn)生的磁場，磁導(dǎo)引模塊根據(jù)檢測信號做出處理輸出偏差信號作為導(dǎo)引定位的依據(jù)。
[0018]本發(fā)明的拾電器采用無接觸供電技術(shù)，減輕了 AGV、EMS等物流裝備的負(fù)載，保證了其長時間可靠穩(wěn)定的工作；利用載波通信，克服了無線通信范圍小、抗干擾性弱的缺點(diǎn)，保證了通信的有效性和實時性；本發(fā)明沒有采用傳統(tǒng)的磁性材料如磁條來產(chǎn)生磁場，避免了磁條長時間出現(xiàn)的磁性下降的問題，保證了磁導(dǎo)引AGV運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明具有實時通信功能的無接觸供電拾電器的原理示意圖；
圖2為無接觸供電模塊磁場耦合圖；
圖3為電能變換電路不意圖；
圖4為磁導(dǎo)引模塊磁場耦合圖； 圖5為磁導(dǎo)引模塊電路示意圖；
圖6為載波通信模塊電路結(jié)構(gòu)圖；
圖7為控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為功率放大電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為尚通濾波電路不意圖；
圖10為本發(fā)明具有實時通信功能的無接觸供電拾電器的安裝示意圖；
圖11為供電線纜安裝示意圖；
圖12為本發(fā)明具有實時通信功能的無接觸供電拾電器的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提供一種具有實時通信功能的無接觸供電拾電器，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
本發(fā)明具有實時通信功能的無接觸供電拾電器，由無接觸供電模塊1、磁導(dǎo)引模塊2、載波通信模塊3組成，其中無接觸供電模塊I包括電磁拾取機(jī)構(gòu)4和電能變換電路5，電磁拾取機(jī)構(gòu)4由平板式磁芯41，和繞制在磁芯的繞組42組成。
[0022]如圖2所示，供電線纜6是兩根相距較近的導(dǎo)線，在工作時通有20kHz的高頻正弦交流電，電磁拾取機(jī)構(gòu)4采用了平板式結(jié)構(gòu)，銅芯繞組42繞制在平板式鐵氧體磁芯41中部，工作時與供電線纜6進(jìn)行電磁場耦合，在磁芯的繞組42產(chǎn)生高頻不規(guī)則交流電，有待電流變換電路進(jìn)行下一步處理。
[0023]如圖3所示，電能變換電路5由依次連接的諧振電路51、整流電路52和降壓電路53組成。輸入諧振電路的是感應(yīng)耦合所得高頻交流電，必須經(jīng)過諧振濾波才能滿足要求。諧振電路51包括磁芯繞組自身電感、LCL拓?fù)涞碾娙莺碗姼?、穩(wěn)壓電容，能夠有效的進(jìn)行諧振濾波；
諧振濾波后輸出到整流電路52進(jìn)行整流變換，整流電路52采用全橋式，由四個二極管并聯(lián)而成，整流可得較平整的電壓波形；整流后進(jìn)入到降壓電路53，降壓電路53采用Buck-Boost電路，通過調(diào)節(jié)開關(guān)占空比得到需要的輸出電壓。
[0024]磁導(dǎo)引模塊2的電路如圖5所示，包括磁場信號的檢測電路21和信號處理電路22。如圖4所示，檢測電路21采用多路圓柱形電感線圈211，供電線纜6工作時產(chǎn)生高頻磁場，在每路線圈211上都會產(chǎn)生大小不同的感應(yīng)電動勢作為信號，根據(jù)各路線圈的信號強(qiáng)弱確定AGV的位置。每路線圈均輸出頻率20kHz、毫伏級幅值的初級信號，信號處理電路22包括放大電路以及幅值檢波電路，其將初級信號放大至I?5V伏特級，然后通過幅值檢波電路轉(zhuǎn)換為直流電壓輸