一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，包括控制器、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、溫度采集模塊、開關(guān)控制模塊、無刷電機驅(qū)動器、無刷電機、供電電池、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其中控制器分別與GPRS通信模塊、GPS定位模塊、溫度采集模塊、開關(guān)控制模塊、無刷電機驅(qū)動器相連，無刷電機驅(qū)動器還與無刷電機相連；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過GPRS通信模塊與控制器相連，控制器內(nèi)部有AD采樣模塊；本實用新型通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端遠(yuǎn)程控制無刷電機，可控制操作覆蓋范圍廣，不需要額外布線，另外還實時上報當(dāng)前工作狀態(tài)；監(jiān)控方便靈活、功能強大、便于安裝、使用、操作和維護管理通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端遠(yuǎn)程控制無刷電機。
【專利說明】—種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于無刷電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]無刷電機即無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，無刷電機在我國的發(fā)展時間雖短，但是隨著技術(shù)的日益成熟與完善得到了迅猛發(fā)展。已在航模、醫(yī)療器械、家用電器、電動車、水質(zhì)監(jiān)測等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近幾年來，無刷電機成為在模型領(lǐng)域里快速發(fā)展的一種動力。由于產(chǎn)量和價格的原因，過去幾年無刷電機多使用在中高檔航空模型中，現(xiàn)在由于機械加工技術(shù)的快速發(fā)展，無刷電機的生產(chǎn)成本下降許多，目前它正進入模型領(lǐng)域的各個層面，從電動遙控車到電動遙控船再到電動模型飛機，無處不在。
[0003]無刷電機已經(jīng)逐步取代有刷電機，有刷電機的具有磨損大、損耗大、發(fā)熱大、壽命短、效率低、輸出功率小的缺點，由于有刷電機的結(jié)構(gòu)原因，電刷和換向器的接觸電阻很大，造成電機整體電阻較大，容易發(fā)熱，如果溫度太高，磁鋼容易退磁，使電機性能下降，影響有刷電機的壽命，同時電能在很大程度上轉(zhuǎn)換為了熱能，所以有刷電機的輸出功率不大，效率也不高。
[0004]而無刷電機無電刷、低干擾，因為無刷電機沒有電刷、最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾；噪音低、運轉(zhuǎn)順暢，無刷電機沒有了電刷，運轉(zhuǎn)時摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會低許多，這個優(yōu)點對于模型運行穩(wěn)定性是一個巨大的支持；壽命長，低維護成本，少了電刷，無刷電機的磨損主要是在軸承上了，從機械角度看，無刷電機幾乎是一種免維護的電動機。
[0005]無刷電機目前廣泛的用于軍事裝備、電子信息裝備、工業(yè)裝備、家用電器、交通工具等領(lǐng)域，家用電器領(lǐng)域中，很多空調(diào)生產(chǎn)廠家采用無刷電動機替代異步電動機、不僅效率提高了，還獲得了節(jié)能降噪的效果，在機械工業(yè)中，高度高精密機床以前都是用有刷直流電動機和交流異步電動機，目前使用量越來越少，有刷電機引起的可靠性低、壽命短、需經(jīng)常保養(yǎng)等缺點，限制了它的進一步開發(fā)應(yīng)用，汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，近年來受能源危機的影響，汽車采用無刷電機逐步增多，在信息處理系統(tǒng)和通訊、音響、視聽設(shè)備中，在要求高性能、高可靠性的運動伺服系統(tǒng)中，在航天、航空、武器裝備中以及醫(yī)療設(shè)備中也都采用性能好、體積小、效率高的直流電機。
[0006]專利號為CN103384127A，專利名稱為一種無刷電機的驅(qū)動控制系統(tǒng)及其控制方法；專利號為CN101647189A，名稱為無刷電機、無刷電機控制系統(tǒng)以及無刷電機的控制方法；專利號為CN103684142A，名稱為用于無刷電機的控制系統(tǒng)，這三個專利都只是提到了如何對無刷電機進行驅(qū)動控制，并未提到如何對無刷電機進行遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程通信的方法。
[0007]目前無刷電機用在衛(wèi)星上作為執(zhí)行元件，潛艇中采用無刷電機驅(qū)動，噪聲低、不易暴露目標(biāo)、控制靈活；慣性導(dǎo)航測試設(shè)備、電磁彈射技術(shù)、衛(wèi)星光通信技術(shù)、空間飛行器的飛輪、水質(zhì)檢測盒改善領(lǐng)域的儀器都開始采用無刷電機進行驅(qū)動，而這些【技術(shù)領(lǐng)域】中，儀器和設(shè)備都需要在室外進行，使用者需要遠(yuǎn)程監(jiān)控這些設(shè)備和儀器的工作狀態(tài)，并且能夠遠(yuǎn)距離獲得儀器和設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，從而有效的進行判斷和控制，但是現(xiàn)有的一些設(shè)備中，尤其在水質(zhì)監(jiān)測和改善領(lǐng)域，使用者無法通過遠(yuǎn)程控制無刷電機的工作狀況，也無法監(jiān)控?zé)o刷電機的工作狀態(tài)，上述問題都是目前急需要解決的問題。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端遠(yuǎn)程控制無刷電機，可控制操作覆蓋范圍廣，不需要額外布線，另外還實時上報當(dāng)前工作狀態(tài)；本控制系統(tǒng)監(jiān)控方便靈活、功能強大、便于安裝、使用、操作和維護管理。
[0009]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0010]一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，包括控制器、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、無刷電機驅(qū)動器、無刷電機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和太陽能供電系統(tǒng)，其中控制器分別與GPRS通信模塊、GPS定位模塊、無刷電機驅(qū)動器相連，無刷電機驅(qū)動器還與無刷電機相連；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過GPRS通信模塊與控制器相連，控制器內(nèi)部有AD采樣模塊；
[0011]網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)保存和命令遠(yuǎn)程操作；
[0012]GPRS模塊負(fù)責(zé)控制器與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸；
[0013]GPS定位模塊為控制系統(tǒng)提供位置定位；
[0014]控制器通過無刷電機驅(qū)動器對電機進行控制操作；
[0015]無刷電機是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分，只需要能夠跟無刷電機驅(qū)動器匹配就可以正常運行。
[0016]控制器通過DA轉(zhuǎn)換控制無刷電機驅(qū)動器，實現(xiàn)無刷電機高精度調(diào)速，關(guān)啟功能，同時控制器通過檢測無刷電機的轉(zhuǎn)速，控制無刷電機的工作和反饋無刷電機的工作狀態(tài)，GPS定位模塊將無刷電機所驅(qū)動的設(shè)備的位置信息發(fā)送給控制器，AD采樣模塊將控制系統(tǒng)內(nèi)部的電流、電壓和光強信號發(fā)送給控制器，控制器監(jiān)控控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制器內(nèi)部獲得的所有數(shù)據(jù)通過GPRS通信模塊發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分析所得的數(shù)據(jù)，同時向控制器發(fā)出命令信息，對無刷電機所驅(qū)動的設(shè)備作出相應(yīng)的調(diào)整。
[0017]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，所述系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)存儲模塊保存當(dāng)GPRS數(shù)據(jù)通信堵塞時上報失敗的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)通信恢復(fù)時系統(tǒng)自動將這些數(shù)據(jù)上報到服務(wù)器，以保證數(shù)據(jù)不丟失。
[0018]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，還包括DA轉(zhuǎn)換模塊，無刷電機驅(qū)動器通過所述DA轉(zhuǎn)換模塊與控制器相連。
[0019]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述控制器通過RS232或485串口方式與GPRS進行通信，采用DA轉(zhuǎn)換通過無刷電機驅(qū)動器實現(xiàn)無刷電機的高精度遠(yuǎn)程調(diào)速，遠(yuǎn)程關(guān)啟功能。
[0020]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述太陽能供電系統(tǒng)由太陽能光電板、太陽能控制器、供電電池和交流控制盒組成；
[0021]所述太陽能光電板、太陽能控制器、供電電池、交流控制盒、控制器依次相連。
[0022]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，還包括霍爾電流傳感器，所述霍爾電流傳感器檢測供電電池和無刷電機的工作電流，并將測得的電流進行隔離測量轉(zhuǎn)換后發(fā)送給控制器的AD米樣模塊。
[0023]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述太陽能供電系統(tǒng)通過太陽能光電板和太陽能控制器對供電電池充電，所述交流控制盒與市電輸入端相連，市電作為后備電源，控制器檢測供電電池的供電電壓；
[0024]當(dāng)供電電壓不足時，太陽能供電系統(tǒng)自動切換到市電供電，當(dāng)供電電池充滿時，再自動切回供電電池供電；
[0025]當(dāng)沒有市電時，如果供電電池電壓過低時，控制器將控制無刷電機停轉(zhuǎn)，防止供電電池過放電。
[0026]本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0027]第一、本實用新型通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端遠(yuǎn)程控制無刷電機，可控制操作覆蓋范圍廣，不需要額外布線，另外還實時上報當(dāng)前工作狀態(tài)；
[0028]第二、本實用新型設(shè)有斷電恢復(fù)功能，可以避免某些軟復(fù)位可能出現(xiàn)的故障，從而保證通信的可靠性，同時無刷電機驅(qū)動器的電壓控制為開關(guān)控制，調(diào)速電壓采用DA轉(zhuǎn)換方式，拋棄了原來的電位器方式調(diào)速，使得控制系統(tǒng)可通過無線網(wǎng)絡(luò)進行遠(yuǎn)程速度控制和調(diào)節(jié)；
[0029]第三、本實用新型監(jiān)控方便靈活、功能強大、便于安裝、使用、操作和維護管理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型的模塊結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明:
[0032]本實用新型公開一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括控制器、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、無刷電機驅(qū)動器、無刷電機、太陽能供電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，本系統(tǒng)使用市電作為后備電源，其中控制器分別與GPRS通信模塊、GPS定位模塊、無刷電機驅(qū)動器相連，無刷電機驅(qū)動器還與無刷電機相連；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過GPRS通信模塊與控制器相連，控制器內(nèi)部有AD采樣模塊；
[0033]所述太陽能供電系統(tǒng)由太陽能光電板、太陽能控制器、供電電池和交流控制盒組成；所述太陽能光電板、太陽能控制器、供電電池、交流控制盒、控制器依次相連，太陽能供電系統(tǒng)通過太陽能光電板和太陽能控制器對供電電池充電，所述交流控制盒還與市電輸入端相連，市電作為后備電源，控制器檢測供電電池的供電電壓；
[0034]當(dāng)供電電壓不足時，太陽能供電系統(tǒng)自動切換到市電為整個系統(tǒng)提供電源，當(dāng)供電電池充滿時，再自動切回供電電池供電；
[0035]當(dāng)沒有市電時，如果供電電池電壓過低時，控制器將控制無刷電機停轉(zhuǎn)，防止供電電池過放電。
[0036]控制器采用32位單片機，該系統(tǒng)設(shè)有DA轉(zhuǎn)換模塊，控制器通過DA轉(zhuǎn)換模塊控制無刷電機驅(qū)動器，實現(xiàn)無刷電機高精度調(diào)速、關(guān)啟的功能，同時控制器通過檢測無刷電機的轉(zhuǎn)速，控制無刷電機的工作和反饋無刷電機的工作狀態(tài)。其中無刷電機驅(qū)動器的電源控制為開關(guān)狀態(tài)控制，調(diào)速電壓為DA轉(zhuǎn)換，拋棄了原來的電位器方式調(diào)速，這樣使得控制系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)進行遠(yuǎn)程速度控制和調(diào)節(jié)；同時，無刷電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有霍爾電流傳感器，霍爾電流傳感器，所述霍爾電流傳感器檢測供電電池和無刷電機的工作電流，并將測得的電流進行隔離測量轉(zhuǎn)換后發(fā)送給控制器的AD采樣模塊；單片機對霍爾信號的脈寬進行檢測，通過計算得到電機運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，方便實時了解和控制電機的工作狀態(tài)。
[0037]單片機內(nèi)部自帶AD采樣模塊，單片機通過AD采樣模塊對電池的電壓、電池的工作電流、電機控制器的電壓、電機的工作電流和光強信號進行測量，實時了解和監(jiān)控控制系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)。
[0038]單片機通過串口與GPS定位模塊相連，GPS定位模塊將無刷電機所驅(qū)動的設(shè)備的位置信息發(fā)送給控制器，AD采樣模塊將控制系統(tǒng)內(nèi)部的電流、電壓和光強等信號發(fā)送給控制器，控制器監(jiān)控控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制器內(nèi)部獲得的所有數(shù)據(jù)通過GPRS通信模塊發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分析所得的數(shù)據(jù)，同時向控制器發(fā)出命令信息，對無刷電機所驅(qū)動的設(shè)備作出相應(yīng)的調(diào)整。
[0039]單片機與GPRS模塊通過RS232串口通信或485串口方式連接，同時還控制GPRS模塊的供電狀態(tài)，當(dāng)GPRS數(shù)據(jù)通信堵塞時可以通過對GPRS模塊斷電復(fù)位使得網(wǎng)絡(luò)通信重新恢復(fù)正常，斷電方式復(fù)位可以避免某些軟復(fù)位可能出現(xiàn)的故障，以保證通信可靠。
[0040]當(dāng)GPRS數(shù)據(jù)通信堵塞時，單片機將未能上報的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)存儲模塊中，當(dāng)數(shù)據(jù)通信恢復(fù)時系統(tǒng)自動將這些數(shù)據(jù)上報到服務(wù)器，以保證數(shù)據(jù)不丟失。
[0041]電池電流和電機電流都使用霍爾電流傳感器進行隔離測量轉(zhuǎn)換，霍爾電流傳感器輸出(T5V之間的電壓，經(jīng)電阻分壓后送入單片機的AD采樣模塊的端口。
[0042]電機控制器采用無刷電機控制器，這樣對電機控制更加穩(wěn)定可靠。電機控制器的電源使用24V電源，該24V電源由5V電壓通過LM2577升壓芯片升壓獲得；電機的調(diào)速由單片機通過一片外擴的DA芯片實現(xiàn)。
[0043]系統(tǒng)的電源主要由多塊光電板通過MPPT太陽能控制器給電池進行充電。除此之外還有一種可選電源就是市電通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換成12V或24V后給系統(tǒng)供電。這兩種電源之間通過一個單刀雙擲的繼電器進行切換，繼電器由單片機的1端口通過三極管放大后驅(qū)動。
[0044]在控制系統(tǒng)程序啟動的時候，控制器將執(zhí)行一次電池電壓識別計算，通過AD采樣模塊采集的數(shù)據(jù)計算出電池的電壓，根據(jù)該電壓值判斷電池是12V還是24V，為后續(xù)的電源管理提供判斷標(biāo)準(zhǔn)。
[0045]該控制系統(tǒng)設(shè)有兩組電池，在有市電的情況下，當(dāng)檢測到單組電池電壓低于11.6V時，單片機將控制繼電器切換到市電供電，當(dāng)光電板通過太陽能控制器給電池充電超過13V后恢復(fù)電池供電。如果沒有市電，則當(dāng)單組電池電壓低于11.2V時單片機控制電機停轉(zhuǎn)，以防止電池過放電。
[0046]控制器與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的對話命令主要包括校時命令和數(shù)據(jù)上報等，控制器將對話命令的數(shù)據(jù)包組好后，發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在發(fā)送成功后會作出響應(yīng)，即向控制器發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果控制器沒有收到任何數(shù)據(jù)包，在超時重發(fā)后啟動復(fù)位DTU (無線傳輸設(shè)備)的操作，若沒有收到對話命令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包則將繼續(xù)重發(fā)該對話命令數(shù)據(jù)包，直到發(fā)送成功完成。
[0047]控制器內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)存數(shù)模塊，所述數(shù)據(jù)存儲模塊用來存數(shù)控制系統(tǒng)的配置參數(shù)和控制器未能及時發(fā)送出去的數(shù)據(jù)。
[0048]本實用新型不僅適用于水質(zhì)改善和水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域，還可以用于其他通過無刷電機作為動力的設(shè)備，同樣可以實現(xiàn)本實用新型的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程通信的功能。
[0049]一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端遠(yuǎn)程控制無刷電機，可控制操作覆蓋范圍廣，不需要額外布線，另外還實時上報當(dāng)前工作狀態(tài)；本控制系統(tǒng)監(jiān)控方便靈活、功能強大、便于安裝、使用、操作和維護管理。
[0050]上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，其特征在于:包括控制器、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、無刷電機驅(qū)動器、無刷電機、太陽能供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其中控制器分別與GPRS通信模塊、GPS定位模塊、無刷電機驅(qū)動器相連，無刷電機驅(qū)動器還與無刷電機相連；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過GPRS通信模塊與控制器相連，控制器內(nèi)部有AD采樣模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，所述系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)存儲模塊保存當(dāng)GPRS數(shù)據(jù)通信堵塞時上報失敗的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)通信恢復(fù)時系統(tǒng)自動將這些數(shù)據(jù)上報到服務(wù)器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括DA轉(zhuǎn)換模塊，無刷電機驅(qū)動器通過所述DA轉(zhuǎn)換模塊與控制器相連。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器通過RS232或485串口方式與GPRS進行通信。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能供電系統(tǒng)由太陽能光電板、太陽能控制器、供電電池和交流控制盒組成； 所述太陽能光電板、太陽能控制器、供電電池、交流控制盒、控制器依次相連。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于無刷電機遠(yuǎn)程監(jiān)控的控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括霍爾電流傳感器，所述霍爾電流傳感器檢測供電電池和無刷電機的工作電流，并將測得的電流進行隔離測量轉(zhuǎn)換后發(fā)送給控制器的AD采樣模塊。
【文檔編號】G08C17/02GK204009471SQ201420477589
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】孫永健, 余大信 申請人:南京領(lǐng)先環(huán)保技術(shù)有限公司