一種具有實時通信功能的無接觸供電拾電器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種具有實時通信功能的無接觸供電拾電器，屬于自動化輸送設備技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著工業4.0和大數據概念在制造業中的引入和發展，要求制造裝備不僅能完成正常的功能，還要將各種數據能傳遞到統一的平臺進行保存和集中處理。尤其是各種移動工作的設備，需要在完成工作的同時將數據進行傳遞。目前移動設備若采用各類有線傳遞的網絡，必須與供電線路一起布線，一方面布線困難繁瑣，另一方面強電容易干擾。若采用無線網絡，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。目前工業上應用于自動化輸送設備技術領域的各種移動裝備，如(Automatic Guided Vehicle，自動引導車)、有軌車、EMS(Electrical Monorail System,電動軌道行車)等，有很多已經使用了非接觸供電技術，如專利CN101425705A公開了一種自動導引小車的無接觸供電、導引裝置。它采用了感應耦合的供電原理，通過對磁場進行檢測產生比較信號進行導引，但都不具備通訊能力。因此，迫切需要開發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構下完成系統控制信息的傳遞，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的基礎上，開發一種既能實現無接觸供電又能實現實時通信的拾電器，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構下完成系統控制信息的傳遞，兼具供電和通訊功能。如果本專利所實現的拾電器用于AGV上，還能利用電纜上的電磁信號，實現導航的功能。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于在前人研宄的基礎上，克服現有技術的不足，提出一種具有載波通信功能、拾電性能好、具有磁導引功能的無接觸供電拾電器。
[0005]本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
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、磁導引模塊2、載波通信模塊3以及上位控制系統；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通過電磁感應產生電能，經過電能變換后輸出恒定電壓的直流電；另外，所述磁導引模塊2檢測加載在供電線纜6高頻交流電的磁場，產生偏差信號給上位控制系統，進行導引定位；
所述載波通信模塊3具有雙向通信功能，利用供電線纜6作為載波傳輸的信道，與上位控制系統實時通信。
[0006]具體的，所述無接觸供電模塊I包括電磁拾取機構4，該電磁拾取機構4采用平板式結構，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拓撲結構，整流電路52采用全波橋式電路，采用4個互相并聯的二極管，升降壓電路53采用Buck-Boost電路。
[0008]進一步的，所述磁導引模塊塊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，當初級信號進入后，由放大電路放大至I?5V伏特級，然后通過幅值檢波電路轉換為直流電壓。
[0010]進一步的，所述載波通信模塊3包括依次連接的控制電路31、調制電路32、解調電路33。
[0011]更進一步的，所述控制電路31采用嵌入式系統，包括電源、晶振、復位電路以及JTAG調試接口 ；其采用RS485接收和發送通信信號，并且使用SPI接口產生受控脈沖序列。
[0012]更進一步的，所述調制電路32，采用二進制頻移鍵控調制方式產生2FSK信號。
[0013]作為一種優選，所述調制電路32，使用直接數字合成電路321，產生相位連續的2FSK信號，將基帶信號的O和I轉換成兩種頻率不同的正弦載波fl、f2 ;并且，所述調制電路32采用乙類互補推挽式功率放大電路322，放大載波信號的功率。
[0014]更進一步的，所述解調電路33采用非相干解調對信號進行解調，得到數字基帶信號，其采用有源高通濾波器331濾除干擾噪聲。
[0015]更進一步的，所述解調電路33還包絡檢波、比較電路333，采用二極管包絡檢波電路和比較器，得到數字基帶信號。
[0016]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
該無接觸供電拾電器拾電器摒棄了傳統的蓄電池，包括無接觸供電、磁導引和載波通信模塊，利用無接觸供電線圈的高頻交流電給上級設備供電并提供導引信號，同時也具有載波通信的收發器，將控制信號調制后經過供電線纜傳輸，實現與上位控制器的雙向通信，本發明可以用于AGV、EMS等多種物流自動化設備上。
[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生松耦合電磁感應得到感應電動勢，該感應電動勢經過電能變換后給設備供電；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的信道，與線纜上并聯的通信電路實現實時通信；加載有高頻正弦交流電的無接觸供電線纜在周圍空間產生電磁場，磁導引模塊內的傳感器檢測產生的磁場，磁導引模塊根據檢測信號做出處理輸出偏差信號作為導引定位的依據。
[0018]本發明的拾電器采用無接觸供電技術，減輕了 AGV、EMS等物流裝備的負載，保證了其長時間可靠穩定的工作；利用載波通信，克服了無線通信范圍小、抗干擾性弱的缺點，保證了通信的有效性和實時性；本發明沒有采用傳統的磁性材料如磁條來產生磁場，避免了磁條長時間出現的磁性下降的問題，保證了磁導引AGV運行的可靠性和穩定性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發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為磁導引模塊磁場耦合圖； 圖5為磁導引模塊電路示意圖；
圖6為載波通信模塊電路結構圖；
圖7為控制電路結構示意圖；
圖8為功率放大電路結構示意圖；
圖9為尚通濾波電路不意圖；
圖10為本發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，為使本發明的目的，技術方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0021]下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明:
本發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包括電磁拾取機構4和電能變換電路5，電磁拾取機構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線，在工作時通有20kHz的高頻正弦交流電，電磁拾取機構4采用了平板式結構，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進行電磁場耦合，在磁芯的繞組42產生高頻不規則交流電，有待電流變換電路進行下一步處理。
[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耦合所得高頻交流電，必須經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拓撲的電容和電感、穩壓電容，能夠有效的進行諧振濾波；
諧振濾波后輸出到整流電路52進行整流變換，整流電路52采用全橋式，由四個二極管并聯而成，整流可得較平整的電壓波形；整流后進入到降壓電路53，降壓電路53采用Buck-Boost電路，通過調節開關占空比得到需要的輸出電壓。
[0024]磁導引模塊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工作時產生高頻磁場，在每路線圈211上都會產生大小不同的感應電動勢作為信號，根據各路線圈的信號強弱確定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換為直流電壓輸