CN105877629A - 一种洗地机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及清洁领域，尤其涉及一种洗地机；所述洗地机包括对洗地机所有功能进行管理的洗地机控制系统；地刷电机，所述地刷电机与所述洗地机控制系统相连；水泵，所述水泵与所述洗地机控制系统相连；锂离子电池，所述锂离子电池与所述洗地机控制系统相连；以及真空电机，所述真空电机与所述洗地机控制系统相连；本发明将所有的功能都集中到一张芯片，然后通过芯片来控制所有的功能，大大提高了集成度，显著的减小了占用面积；此外，使用了锂离子电池代替了传统电池，减小了洗地机体积；同时设计了电池保护模块，确保了电池的安全使用。

Description

一种洗地机
技术领域
本发明涉及清洁领域，尤其涉及一种洗地机。
背景技术
随着科技和经济的进步，在超市、商场、宾馆，医院以及餐饮服务等场所越来越多的会使用洗地机进行地面的清洁与清洗工作，然而现有技术中的洗地机控制系统具有诸多缺点，例如，在申请号为201220124921.5的实用新型专利《一种新型的洗地机操作控制系统》中公开了一种新型的洗地机操作控制系统，包括电源装置、控制面板和电气盒，所述控制面板与电源装置和电气盒之间通过线路板连接，电气盒通过线束连接有电磁阀、刷盘电机和真空吸水电机；所述的电气盒内安装有接触器、继电器和保险丝盒；所述的电源装置为24V、100Ah的铅酸蓄电池；所述的控制面板为平面操作控制面板。
上述洗地机系统的主要缺陷在于：现有的洗地机各功能之间相互独立，每个功能都需要依靠自己的芯片和驱动来实现，集成度不足，没有办法缩小体积，且不能进行统一的管理。
除了管理系统落后，现有的洗地机在硬件配套上也具有较多问题，例如，多采用铅酸电池作为电力来源，因铅酸电池体积较大，重量重，导致洗地机的体积较大，只能在一些公共场所进行使用，而无法在家庭等场地较小的场所使用。此外，现有洗地机的地刷电机较多采用直流有刷电机，而直流有刷电机具有运行损耗大，输出功率小，易损坏等缺点。现有洗地车的控制及显示多使用面板形式，控制不同电机的启停及档位切换控制会使用多个实体按键，面板凌乱，操作复杂；而显示屏幕只能显示基本状态信息，这已经不能满足现代人的使用习惯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种洗地机，旨在解决现有洗地机系统分散，管理不集中的问题。
本发明是这样实现的：一种洗地机，所述洗地机包括对洗地机所有功能进行管理的洗地机控制系统；地刷电机，所述地刷电机与所述洗地机控制系统相连；水泵，所述水泵与所述洗地机控制系统相连；锂离子电池，所述锂离子电池与所述洗地机控制系统相连；以及真空电机，所述真空电机与所述洗地机控制系统相连。本发明使用统一的控制系统对多个功能模块进行管理，大大提高了洗地机的集成化程度。
此外，本发明使用锂离子电池代替了常规电池，相对于传统电池，锂电池体积更小也更轻，因而采用锂离子电池可以显著减小洗地机的尺寸，最终可以在家庭等场地较小的场所使用。
本发明的进一步方案在于：所述洗地机控制系统设有电池管理模块，所述电池管理模块包括主控器、与所述主控器相连的采集所述锂离子电池信息的模拟前端。通过模拟前端实现了电流、电压和温度等数据的采集，所述模拟前端将采集到的数据上传给主控器。通过主控器来进行锂电池管理，当锂电池参数达到或超出主控器的预设值时主控器对锂电池进行管理。
本发明的进一步技术方案是：所述模拟前端与外部电池组相连，所述模拟前端与所述主控器之间进行SPI通信，所述模拟前端设有充放电三极管，所述主控器可通过SPI通信控制所述充放电三极管关闭。通过关闭所述充放电三极管来实现管理锂电池的功能。
本发明的进一步技术方案是：所述地刷电机为直流无刷电机，所述主控器通过电压信号控制所述地刷电机转速，所述地刷电机转速与所述主控器电压信号成正比。通过一系列驱动电路实现了主控器对地刷电机转速的直接控制，并且实现了地刷电机的无级变速。
本发明的进一步技术方案是：所述洗地机控制系统还包括监控器，所述监控器与所述主控器相连，所述监控器周期性的向所述主控器下达控制指令；所述主控器周期性的向所述监控器上传信息。所述主控器与所述监控器之间通过UART串口相连。主控器会把模拟前端采集到的数据上传给监控器，监控器将控制人下达的控制命令发送给主控器从而实现洗地机各参数的控制。主控器与监控器可以分开，也可以合并在一起，监控器分离后可以放在距离控制端更近的位置。
本发明的进一步技术方案是：所述洗地机还设有HMI显示屏，所述HMI显示屏与所述监控器相连。HMI显示屏是洗地机控制人 直接看到的屏幕，控制人通过HMI显示屏的触摸操作实现对洗地机命令的下达，这些命令通过监控器传递到主控器上，同时监控器将主控器上传的参数反映到HMI显示屏上供使用人参考。如果锂电池发生欠压、过压、过载、过热等情况时，主控器一方面会自动对锂电池进行管理，另一方面会将警报信息上传给监控器，再通过监控器反映到HMI显示屏上以便使用人了解。
本发明的进一步技术方案是：所述真空电机与所述主控器通过PWM信号相连，通过控制PWM信号的占空比来实现真空电机的停止、软启动、转速切换和软关闭。该方案使得主控器可以实现对真空电机的直接控制。
本发明的进一步技术方案是：所述水泵电机与所述主控器通过PWM信号相连，通过控制PWM信号的占空比来实现水泵电机的停止、软启动、转速切换和软关闭。该方案使得主控器可以实现对水泵电机的直接控制。
本发明的进一步技术方案是：所述洗地机还设有杀菌模块，所述杀菌模块与所述主控器相连。主控器可以直接实现杀菌模块的打开和关闭，从而实现对经过洗地机底部的地面进行杀菌消毒。主控器通过L_EN引脚输出信号至此模块以控制杀菌灯的开启和关闭。
本发明的进一步技术方案是：所述洗地机还设有无线模块，所述无线模块与所述监控器通过UART串口相连。所述监控器可以把得到的信息通过无线模块传递到手机APP或客户端上，通过无线网络实现了洗地机的远程控制，使得洗地机成为物联网的一部分，可以通过手机APP或客户端实现对洗地机的控制。
本发明的进一步技术方案是：所述无线模块为GPRS模块或蓝牙模块。通过GPRS可以方便的将信号接入互联网中，在没有GPRS信号的情况下可以通过蓝牙将信号传输到附近的客户端或交换机中。
本发明的有益效果是：将所有的功能都集中到一张芯片，然后通过芯片来控制所有的功能，大大提高了集成度，显著的减小了占用面积。此外，使用了锂离子电池代替了传统电池，减小了洗地机体积。同时设计了电池保护模块，确保了电池的安全使用。
其次，本洗地机控制系统使用了无刷电机，从而降低了洗地机噪音并延长了洗地机使用寿命。第三、控制及显示使用HMI触控屏，参数状态显示更加直观，数据显示更加丰富全面，控制更加简单方便。第四、洗地机接入无线模块，成为物联网的一部分。最后，加入杀菌模块辅助清洁功能，洗刷地面的同时进行紫外线杀菌，清洁更彻底。
附图说明
图1是本发明实施例提供的洗地机组成框图。
图2是本发明实施例提供的洗地机控制系统内部框图。
图3是本发明实施例提供的锂电池管理模块电路图。
图4是本发明实施例提供的地刷电机驱动电路。
图5是本发明实施例提供的真空电机驱动电路。
图6是本发明实施例提供的监控器、无线模块和HMI显示屏驱动电路。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的洗地机的组成框图。
从图中可以看到本发明具体实施例提供的洗地机包括洗地机控制系统、地刷电机、水泵、锂离子电池以及真空电机，此外还设有杀菌模块和HMI触控显示屏。本发明一改现有洗地机各个模块相互独立需要分别进行管理的设计，创造性的将各个模块统一在一起，使用中央控制系统进行集中管理，大大增加了集成化程度，并且极大的简化了洗地机的系统构造。
本发明具体实施例提供的洗地机使用了锂离子电池，相对于传统电池体积减小明显。因此可以大幅缩减洗地机体积。
此外，本发明具体实施例也对地刷电机进行了改进。传统洗地机使用的都是有刷电机，但是有刷电机长时间运行时发热严重，噪声大，在对噪声要求的较高的场所使用受到限制、使用寿命短等缺点。而无刷电机则克服了上述各种缺点。因此引入无刷电机作为地刷电机可以显著延长洗地机使用寿命。
本发明提供的洗地机还设有杀菌模块、无线模块和HMI显示屏，这使得本发明提供的洗地机具有了杀菌功能，可以加入物联网并且操控性更佳。
图2是本发明实施例提供的洗地机控制系统内部框图。从图中可以看到所述洗地机控制系统包括主控器、与所述主控器相连的采集电池组信息的模拟前端。还设有地刷电机驱动、真空电机驱动、水泵驱动、杀菌模块、无线模块、监控器和HMI显示屏。
主控器与模拟前端一起构成了洗地机控制系统中的电池管理模块。如图3所示，主控器V_EN引脚与电源相连，SW引脚与系统开关SW1相连来控制整个系统的开启和关闭。模拟前端通过 ISM引脚与ISP引脚采集电池组充放电电流；通过V0到V10引脚与锂离子电池的电芯B1至B10相连，用来监测锂离子电池每个电芯的电压，引脚个数与锂离子电池组电芯数有关，电池组电芯数越多，需要的引脚就越多。模拟前端的NTC+引脚和NTC-引脚则与温度传感器相连，用来监测锂离子电池组的温度。主控器通过SDO、SDI、SCK、CS引脚与模拟前端进行SPI通信，EN引脚用于主控器控制模拟前端处于工作或休眠状态，当不需要使用洗地机或一段时间没有使用时，EN引脚会将模拟前端转入休眠模式以节省电量，IRQ引脚用于模拟前端保护发生时快速上报中断，模拟前端将温度传感器上传来的温度数据和其他电池组数据传给主控器，当电池组电芯发生过压，欠压，充电过流，放电过流，短路保护等情况时，主控器通过SPI通讯关闭模拟前端上的充放电MOS管M4和M5，停止电池组的充电或者放电，同时控制电机停止工作。在这里也可以通过其他电子元器件代替充放电MOS管。本发明具体实施例通过模拟前端对电池参数的监控和主控器对驱动电路的管理来实现洗地机的锂离子电池管理控制。
图4是本发明具体实施例提供的地刷电机驱动电路，本发明使用的地刷电机为无线电机，主控器通过PWM_M1引脚和PWM_M2两个引脚分别与两个地刷电机相连。图4是地刷电机1的驱动电路图，地刷电机2与地刷电机1的驱动电路原理相同，只是无刷电机1的ZF引脚接GND，无刷电机2的ZF引脚接VREG，而无刷电机控制驱动的ZF引脚控制电机的正反转，所以两个电机的转向相反。从图4可见，PWM信号由地刷电机驱动的VR引脚接入，无刷电机驱动通过3对引脚AH、AL、BH、BL、CH、CL引脚分别与地刷电机的三相驱动控制输入端，其中A、B、C代表序号顺序，每根引脚都与一个三极管相连，地刷电机驱动通过该电路实现了通过主控器电压对地刷电机功率的控制。本具体实施例中主控器通过0V-5V电压信号控制两个无刷电机驱动电路的启停动作以及转速快慢，无刷电机的转速与主控器给出的电压值成正比关系。
同时，无刷电机的实时电流采集信号CURR1接入无刷电机IS引脚进行过流保护检测，同时CURR1接入主控器的ADC管脚进行实时电流的ADC采集，主控器采集此模拟电压值进行计算得出各地刷的实时电流参数；电机的实时换相由HA、HB、HC引脚接入地刷电机的霍尔传感器获得，再由驱动模块通过TEM引脚和COUNT地刷实时转速反馈线以PWM信号的形式接至主控器的计数器TIM管脚，主控器再换算出各地刷的实时转速。在地刷电机电流过大时，主控器控制此模块进行降速或者保护停止转动处理。
本发明具体实施例中的洗地机控制系统中还包括真空电机驱动电路。如图5所示，真空电机驱动电路为有刷电机驱动模块，主控器通过PWM_S引脚输出PWM信号至有刷电机的驱动模块，PWM信号的占空比在0%-100%间进行调节，可以实现有刷电机的停止，软启动，高低速档位以及软关闭等；有刷电机驱动模块将真空电机的实时电流转化为模拟电压量传至主控器的ADC管脚，主控器采集此模拟电压值进行计算得出吸水电机的实时电流参数；在真空电机电流过大时，主控器控制此模块进行降速或者保护停止转动处理。
水泵驱动模块是直流电机的驱动模块，用于驱动一台小型水泵，主控器通过PWM_M引脚输出PWM信号至此模块，PWM信号的占空比在0%-100%间进行调节，实现水泵吸水量的调节。
本发明公开的洗地机上还设有杀菌模块，主控器通过L_EN引脚输出信号至此模块以控制杀菌灯的开启和关闭。
图6是本发明具体实施例监控器、HMI显示屏和无线模块的驱动电路图。主控器由TXD和RXD两个引脚与监控器相连并通信，监控器与主控器可以视实际需要进行集成或分离。所述监控器与所述主控器相连，所述监控器周期性的向所述主控器下达控制指令；所述主控器周期性的向所述监控器上传信息。所述主控器与所述监控器之间通过UART串口相连。主控器会把模拟前端采集到的数据上传给监控器，监控器将控制人下达的控制命令发送给主控器从而实现洗地机各参数的控制。主控器与监控器可以分开，也可以合并在一起，监控器分离后可以放在距离控制端更近的位置。
从图6可以看到，监控器通过UART2_RXD、UART2_TXD两个引脚与HMI显示屏相连并接受或发送HMI显示屏的信息。HMI显示屏是洗地机控制人直接看到的屏幕，控制人通过HMI显示屏的触摸操作实现对洗地机命令的下达，这些命令通过监控器传递到主控器上，同时监控器将主控器上传的参数反映到HMI显示屏上供使用人参考。如果锂电池发生欠压、过压、过载、过热等情况时，主控器一方面会自动对锂电池进行管理，另一方面会将警报信息上传给监控器，再通过监控器反映到HMI显示屏上以便使用人了解。
从图6可以看出本发明公开的洗地机还包括无线模块，监控器通过UART3_TXD、UART3_RXD、DEV_EN三个引脚与无线模块相连，通过UART3_TXD、UART3_RXD引脚进行通信，通过DEV_EN引脚控制无线模块处于正常工作或者低功耗睡眠模式。所述无线模块可以是蓝牙或GPRS或者其他无线通信设备，GPRS模块或者蓝牙模块与监控器通过UART串口进行通信，在使用GPRS模块时，监控器可以将系统的参数状态信息通过GPRS网络发送至对应的终端系统，服务商或者客户可以进行相关的信息统计与信息处理工作，有利于后期的维护服务；同时服务商或者客户的终端系统通过GPRS网络向系统发送控制指令，进行参数调节，系统停机等操作。在使用蓝牙模块时，监控器可以将系统的参数状态信息通过蓝牙发送至对应的手机APP应用软件中，服务商或者客户在APP应用软件上进行相关的信息统计与信息处理工作，同时服务商或者客户的APP应用软件通过蓝牙向系统发送控制指令，进行参数调节，系统停机等操作。
本发明具体实施例提供的洗地机监控器上还设有实时时钟。监控器通过实时时钟可以准确获知发生保护及执行动作的具体时间。监控器通过SDA和SCL两个引脚与实时时钟相连。
本发明具体实施例提供的洗地机监控器上还设有报警灯和蜂鸣器，这样当电路出现异常需要警告使用者时可以进行亮灯和发出警报等操作。
本发明提供的洗地机将所有的功能都集中到一张芯片，然后通过芯片来控制所有的功能，大大提高了集成度，显著的减小了占用面积。此外，使用了锂离子电池代替了传统电池，减小了洗地机体积。同时设计了电池保护模块，确保了电池的安全使用。
其次，本洗地机控制系统使用了无刷电机，从而降低了洗地机噪音并延长了洗地机使用寿命。第三、控制及显示使用HMI触控屏，参数状态显示更加直观，数据显示更加丰富全面，控制更加方便。第四、洗地机接入无线模块，成为物联网的一部分。最后，加入杀菌模块辅助清洁功能，洗刷地面的同时进行紫外线杀菌，清洁更彻底。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种洗地机，其特征在于：所述洗地机包括对洗地机所有功能进行管理的洗地机控制系统；地刷电机，所述地刷电机与所述洗地机控制系统相连；水泵，所述水泵与所述洗地机控制系统相连；锂离子电池，所述锂离子电池与所述洗地机控制系统相连；以及真空电机，所述真空电机与所述洗地机控制系统相连。
2.根据权利要求1所述的洗地机，其特征在于：所述洗地机控制系统设有电池管理模块，所述电池管理模块包括主控器、与所述主控器相连的采集所述锂离子电池信息的模拟前端。
3.根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述模拟前端与所述锂离子电池相连，所述模拟前端与所述主控器之间进行SPI通信，所述模拟前端设有充放电三极管，所述主控器可通过SPI通信控制所述充放电三极管关闭。
4.根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述地刷电机为直流无刷电机，所述主控器通过电压信号控制所述地刷电机转速，所述地刷电机转速与所述主控器的电压信号成正比。
5.根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述洗地机控制系统还包括监控器，所述监控器与所述主控器相连，所述监控器周期性的向所述主控器下达控制指令；所述主控器周期性的向所述监控器上传信息。
6.根据权利要求5所述的洗地机，其特征在于：所述洗地机还设有HMI显示屏，所述HMI显示屏与所述监控器相连。
7.根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述真空电机与所述主控器通过PWM信号相连，通过控制PWM信号的占空比来实现真空电机的停止、软启动、转速切换和软关闭。
8. 根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述水泵电机与所述主控器通过PWM信号相连，通过控制PWM信号的占空比来实现水泵电机的停止、软启动、转速切换和软关闭。
9. 根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述洗地机还设有杀菌模块，所述杀菌模块与所述主控器相连。
10.根据权利要求2所述的洗地机，其特征在于：所述洗地机还设有无线模块，所述无线模块与所述监控器相连。
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