一种具有实时通信功能的无接触供电拾电器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种具有实时通信功能的无接触供电拾电器，属于自动化输送设备技术领域。
【背景技术】
[0002]随着工业4.0和大数据概念在制造业中的引入和发展，要求制造装备不仅能完成正常的功能，还要将各种数据能传递到统一的平台进行保存和集中处理。尤其是各种移动工作的设备，需要在完成工作的同时将数据进行传递。目前移动设备若采用各类有线传递的网络，必须与供电线路一起布线，一方面布线困难繁琐，另一方面强电容易干扰。若采用无线网络，虽无需布线，但受到无线通信频率的限制，易受到电磁干扰，传递能力差，为此每个小车需要安装无线模块，并需要布置大量中继器。目前工业上应用于自动化输送设备技术领域的各种移动装备，如(Automatic Guided Vehicle，自动引导车)、有轨车、EMS(Electrical Monorail System,电动轨道行车)等，有很多已经使用了非接触供电技术，如专利CN101425705A公开了一种自动导引小车的无接触供电、导引装置。它采用了感应耦合的供电原理，通过对磁场进行检测产生比较信号进行导引，但都不具备通讯能力。因此，迫切需要开发一种利用电能传输电缆为信道的载波通信装置，在不破坏电能无接触传输结构下完成系统控制信息的传递，并具有成本低、集成度高、布局灵活等特性。
[0003]本专利就是在无接触供电技术的基础上，开发一种既能实现无接触供电又能实现实时通信的拾电器，利用供电线缆上的高频交流电，在不破坏电能无接触传输结构下完成系统控制信息的传递，兼具供电和通讯功能。如果本专利所实现的拾电器用于AGV上，还能利用电缆上的电磁信号，实现导航的功能。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于在前人研宄的基础上，克服现有技术的不足，提出一种具有载波通信功能、拾电性能好、具有磁导引功能的无接触供电拾电器。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种具有实时通信功能的无接触供电拾电器，包括无接触供电模块1、磁导引模块2、载波通信模块3以及上位控制系统；所述无接触供电模块I包括一电能变换模块5以及供电线缆6，供电线缆6通过电磁感应产生电能，经过电能变换后输出恒定电压的直流电；另外，所述磁导引模块2检测加载在供电线缆6高频交流电的磁场，产生偏差信号给上位控制系统，进行导引定位；
所述载波通信模块3具有双向通信功能，利用供电线缆6作为载波传输的信道，与上位控制系统实时通信。
[0006]具体的，所述无接触供电模块I包括电磁拾取机构4，该电磁拾取机构4采用平板式结构，包括平板式铁氧体磁芯41、绕制在磁芯中部的铜芯绕组42。
[0007]进一步的，所述电能变换模块5包括依次连接的谐振电路51、整流电路52、升降压电路53 ;所述谐振电路51采用LCL拓扑结构，整流电路52采用全波桥式电路，采用4个互相并联的二极管，升降压电路53采用Buck-Boost电路。
[0008]进一步的，所述磁导引模块块2包括依次连接的磁场信号检测电路21和信号处理电路22。
[0009]更进一步的，在所述信号处理电路22中包括放大电路和幅值检波电路，当初级信号进入后，由放大电路放大至I?5V伏特级，然后通过幅值检波电路转换为直流电压。
[0010]进一步的，所述载波通信模块3包括依次连接的控制电路31、调制电路32、解调电路33。
[0011]更进一步的，所述控制电路31采用嵌入式系统，包括电源、晶振、复位电路以及JTAG调试接口 ；其采用RS485接收和发送通信信号，并且使用SPI接口产生受控脉冲序列。
[0012]更进一步的，所述调制电路32，采用二进制频移键控调制方式产生2FSK信号。
[0013]作为一种优选，所述调制电路32，使用直接数字合成电路321，产生相位连续的2FSK信号，将基带信号的O和I转换成两种频率不同的正弦载波fl、f2 ;并且，所述调制电路32采用乙类互补推挽式功率放大电路322，放大载波信号的功率。
[0014]更进一步的，所述解调电路33采用非相干解调对信号进行解调，得到数字基带信号，其采用有源高通滤波器331滤除干扰噪声。
[0015]更进一步的，所述解调电路33还包络检波、比较电路333，采用二极管包络检波电路和比较器，得到数字基带信号。
[0016]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
该无接触供电拾电器拾电器摒弃了传统的蓄电池，包括无接触供电、磁导引和载波通信模块，利用无接触供电线圈的高频交流电给上级设备供电并提供导引信号，同时也具有载波通信的收发器，将控制信号调制后经过供电线缆传输，实现与上位控制器的双向通信，本发明可以用于AGV、EMS等多种物流自动化设备上。
[0017]其中，无接触供电模块中加载有高频正弦交流电的无接触供电线缆和绕在磁芯上的线圈发生松耦合电磁感应得到感应电动势，该感应电动势经过电能变换后给设备供电；载波通信模块具有双向通信功能，利用供电线缆作为载波传输的信道，与线缆上并联的通信电路实现实时通信；加载有高频正弦交流电的无接触供电线缆在周围空间产生电磁场，磁导引模块内的传感器检测产生的磁场，磁导引模块根据检测信号做出处理输出偏差信号作为导引定位的依据。
[0018]本发明的拾电器采用无接触供电技术，减轻了 AGV、EMS等物流装备的负载，保证了其长时间可靠稳定的工作；利用载波通信，克服了无线通信范围小、抗干扰性弱的缺点，保证了通信的有效性和实时性；本发明没有采用传统的磁性材料如磁条来产生磁场，避免了磁条长时间出现的磁性下降的问题，保证了磁导引AGV运行的可靠性和稳定性。
【附图说明】
[0019]图1为本发明具有实时通信功能的无接触供电拾电器的原理示意图；
图2为无接触供电模块磁场耦合图；
图3为电能变换电路不意图；
图4为磁导引模块磁场耦合图； 图5为磁导引模块电路示意图；
图6为载波通信模块电路结构图；
图7为控制电路结构示意图；
图8为功率放大电路结构示意图；
图9为尚通滤波电路不意图；
图10为本发明具有实时通信功能的无接触供电拾电器的安装示意图；
图11为供电线缆安装示意图；
图12为本发明具有实时通信功能的无接触供电拾电器的原理示意图。
【具体实施方式】
[0020]本发明提供一种具有实时通信功能的无接触供电拾电器，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明:
本发明具有实时通信功能的无接触供电拾电器，由无接触供电模块1、磁导引模块2、载波通信模块3组成，其中无接触供电模块I包括电磁拾取机构4和电能变换电路5，电磁拾取机构4由平板式磁芯41，和绕制在磁芯的绕组42组成。
[0022]如图2所示，供电线缆6是两根相距较近的导线，在工作时通有20kHz的高频正弦交流电，电磁拾取机构4采用了平板式结构，铜芯绕组42绕制在平板式铁氧体磁芯41中部，工作时与供电线缆6进行电磁场耦合，在磁芯的绕组42产生高频不规则交流电，有待电流变换电路进行下一步处理。
[0023]如图3所示，电能变换电路5由依次连接的谐振电路51、整流电路52和降压电路53组成。输入谐振电路的是感应耦合所得高频交流电，必须经过谐振滤波才能满足要求。谐振电路51包括磁芯绕组自身电感、LCL拓扑的电容和电感、稳压电容，能够有效的进行谐振滤波；
谐振滤波后输出到整流电路52进行整流变换，整流电路52采用全桥式，由四个二极管并联而成，整流可得较平整的电压波形；整流后进入到降压电路53，降压电路53采用Buck-Boost电路，通过调节开关占空比得到需要的输出电压。
[0024]磁导引模块2的电路如图5所示，包括磁场信号的检测电路21和信号处理电路22。如图4所示，检测电路21采用多路圆柱形电感线圈211，供电线缆6工作时产生高频磁场，在每路线圈211上都会产生大小不同的感应电动势作为信号，根据各路线圈的信号强弱确定AGV的位置。每路线圈均输出频率20kHz、毫伏级幅值的初级信号，信号处理电路22包括放大电路以及幅值检波电路，其将初级信号放大至I?5V伏特级，然后通过幅值检波电路转换为直流电压输