CN106618405A - 具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法 - Google Patents

具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法，涉及一种玻璃清洁器及其控制方法，清洁器包括清洗器主控部件、行进部件、清洁部件、供电部件；供电部件包括主电源、主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路、备用电源、备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路、主控单片机、双电源切换开关模块等。方法是通过主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别检测主电源的电流电压数据，由主控单片机将该数据与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源。本发明可实现双电源自动切换，确保玻璃清洁器的持续供电，可满足玻璃清洁器大面积清洗过程的需要，具有清洁环保、智能化程度高等特点，易于推广使用。

Description

具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃清洁器及其控制方法，特别是一种具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法。
背景技术
随着社会经济的发展，玻璃在高楼大厦中的使用面积越来越多。这带来的最大问题便是玻璃清洁问题，人工清洁非常危险，为降低人工安全风险，自动化的玻璃清洁器应运而生。由于用于清洁玻璃外墙的玻璃清洁器不可能一边插电一边工作，因此，目前市面上各种外墙玻璃清洁器大多采用单一的电源供电方式，比如直接由市电充电的电池供电或者由太阳能直接供电。但对于大面积的清洗过程，这两种供电方式都无法满足玻璃清洁器的需要，一旦电源无法供电，玻璃清洁器将停留在高空玻璃上，无法自动返回，需人工参与操作，这对于玻璃清洁器的自动化是一个缺陷。因此，供电成为玻璃清洁器有待解决的重要问题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法，以解决现有技术存在的无法满足玻璃清洁器大面积清洗过程的需要。
解决上述技术问题的技术方案是：一种具有双电源的玻璃清洁器，包括清洗器主控部件、行进部件、清洁部件、供电部件；所述的供电部件包括主电源、主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路、主电源A/D转换模块、备用电源、备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路、备用电源A/D转换模块、主控单片机、双电源切换开关模块，所述的主控单片机的输入端口通过主电源A/D转换模块分别连接主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路，主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别与主电源连接；所述的主控单片机的输入端口还通过备用电源A/D转换模块分别连接备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路，备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别与备用电源连接；主控单片机的输出端口与双电源切换开关模块的输入端口连接，双电源切换开关模块的输入端口还分别与主电源、备用电源连接，双电源切换开关模块的继电器常闭触点K1-2，K2-2分别与清洗器主控部件连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的主控单片机采用AT89C52单片机。
本发明的进一步技术方案是：所述的主电源包括主电池，该主电池通过充电器与市电连接进行充电；所述的备用电源包括备用电池，该备用电池通过太阳能充电模块进行充电。
本发明的再进一步技术方案是：所述的太阳能充电模块包括太阳能电池板、太阳能充电控制电路和蓄电池，太阳能电池板通过太阳能充电控制电路与蓄电池连接；所述的太阳能电池板采用可折叠的柔性薄膜太阳能电池。
本发明的进一步技术方案是：所述的主电源电压检测电路包括阻值相同的主电源分压电阻RZ1、主电源分压电阻RZ2，主电源分压电阻RZ2的一端与主电源的正极连接，主电源分压电阻RZ2的另一端与主电源分压电阻RZ1连接，主电源分压电阻RZ1接地；所述的主电源A/D转换模块连接在主电源分压电阻RZ1、主电源分压电阻RZ2之间的电路上。
本发明的进一步技术方案是：所述的备用电源电压检测电路包括阻值相同备用电源分压电阻RB1、备用电源分压电阻RB2，备用电源分压电阻RB2的一端与备用电源的正极连接，备用电源分压电阻RB2的另一端与备用电源分压电阻RB1连接，备用电源分压电阻RB1接地；所述的备用电源A/D转换模块连接在备用电源分压电阻RB1、备用电源分压电阻RB2之间的电路上。
本发明的进一步技术方案是：所述的双电源切换开关模块包括限流电阻R1、限流电阻R2，开关三极管T1、开关三极管T2，继电器K1、继电器K2和稳压二极管D1、稳压二极管D2；
所述的开关三极管T1的基极经电阻R1连接到主控单片机的第一输出端口，开关三极管T1的发射极接地，开关三极管T1的集电极连接继电器K1的线圈K1-1，继电器K1的线圈K1-1接5伏电压并与稳压二极管D1两端连接；
所述的开关三极管T2的基极经电阻R2连接到主控单片机的第二输出端口，开关三极管T2的发射极接地，开关三极管T2的集电极连接继电器K2的线圈K2-1，继电器K2的线圈K2-1接5伏电压并与稳压二极管D2两端连接；
继电器K1的常开触点K1-3依次连接主电源、继电器K2的常闭触点K2-2后连接清洗器主控部件；继电器K2的常开触点K2-3依次连接备用电源、继电器K1的常闭触点K1-2后连接清洗器主控部件。
本发明的再进一步技术方案是：所述的供电部件还包括有电源状态显示模块、报警模块，该电源状态显示模块、报警模块分别与主控单片机输出端口连接。
本发明的另一技术方案是：一种具有双电源的玻璃清洁器的控制方法，该方法是通过主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别检测主电源的放电电流、放电电压数据，该主电源的放电电流、放电电压数据通过主电源A/D转换模块传输至主控单片机；同时还通过备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别检测备用电源的放电电流、放电电压数据，该备用电源的放电电流、放电电压数据通过备用电源A/D转换模块传输至主控单片机；由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源，实现主电源与备用电源之间自动切换。
本发明的进一步技术方案是：所述的由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源的具体方法如下：
当主电源的放电电压或放电电流的数值正常时，主控单片机的第一输出端口输出高电平，经过限流电阻R1，控制开关三极管T1进入饱和状态，开关三极管T1接通，继电器K1的常开触点K1-3闭合，主电源到清洁器主控部件的通路形成，主电源给清洁器主控部件供电；当主电源的放电电压或放电电流的数值不在设定的阈值范围内时，主控单片机发出指令，主控单片机的第一输出端口输出低电平，第二输出端口输出高电平，经过限流电阻R2，控制开关三极管T2进入饱和状态，开关三极管T2接通，继电器K2的常开触点K2-3闭合，备用电源到清洁器主控部件的通路形成，备用电源给清洁器主控部件供电；当主电源和备用电源和的放电电压或放电电流的数值不在设定的阈值范围内时，主控单片机发出指令，控制报警模块通知用户，同时通知清洁器主控组件控制玻璃清洁器停止工作，返回充电。
由于采用上述结构，本发明之具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.可实现双电源自动切换：
由于本发明的供电部件包括主电源、主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路、备用电源、备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路、主控单片机、双电源切换开关模块等；使用时，通过主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别检测主电源的放电电流、放电电压数据，该主电源的放电电流、放电电压数据通过主电源A/D转换模块传输至主控单片机；同时还通过备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别检测备用电源的放电电流、放电电压数据，该备用电源的放电电流、放电电压数据通过备用电源A/D转换模块传输至主控单片机；由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源。因此，本发明可实现双电源的自动切换。
2.可满足玻璃清洁器大面积清洗过程的需要：
由于本发明的清洁器可实现双电源自动切换，当主电源供电不足时，主控单片机控制双电源切换开关模块启用备用电源，使玻璃清洁器继续工作。当主电源与备用电源的电量都进入低于一定阈值的状态，不足以使得清洁器继续运行工作时，主控单片机通过报警模块通知用户，同时通知清洁器主控组件控制玻璃清洁器返回充电。因此，本发明通过双电源方式供电，确保玻璃清洁器的持续供电，可满足玻璃清洁器大面积清洗过程的需要。
3. 清洁环保、智能化程度高：
由于本发明的备用电源采用太阳能供电方式，具有清洁环保的特点。同时本发明还采用主控单片机对电源的状态进行自动识别，智能地管理电源的应用过程，充分利用太阳能的同时，保证玻璃清洁器的智能供电，其智能化程度较高。
4.可提高清洁玻璃的效率：
由于本发明可实现双电源自动切换，当主电源供电不足时，应用已经充电的备用电池可以使得玻璃清洁器不会停止工作，且能及时返回。双电源互为补充，有效保证了玻璃清洁器的正常工作，提高了清洁玻璃的效率，易于推广使用。
下面，结合附图和实施例对本发明之具有双电源的玻璃清洁器及其控制方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：实施例一所述本发明之具有双电源的玻璃清洁器的结构框图，
图2：实施例一所述太阳能充电器的组成框图，
图3：实施例一所述主电源电压检测电路的电路图，
图4：实施例一所述备用电源电压检测电路的电路图，
图5：实施例一所述双电源切换开关模块的电路图，
图6：实施例二中，采用双电源切换开关模块进行双电源切换的流程图。
具体实施方式
实施例一：
一种具有双电源的玻璃清洁器，包括清洗器主控部件、行进部件、清洁部件、供电部件；所述的行进部件主要由直流电机驱动的转动轴承以及与转动轴承连接的驱动轮子组成。
所述的供电部件包括主电源、主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路、主电源A/D转换模块、备用电源、备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路、备用电源A/D转换模块、主控单片机、双电源切换开关模块、电源状态显示模块、报警模块；其中，
所述的主控单片机的输入端口通过主电源A/D转换模块分别连接主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路，主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别与主电源连接；所述的主控单片机的输入端口还通过备用电源A/D转换模块分别连接备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路，备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别与备用电源连接；主控单片机的输出端口与双电源切换开关模块的输入端口连接，双电源切换开关模块的输入端口还分别与主电源、备用电源连接，双电源切换开关模块的继电器常闭触点与清洗器主控部件连接，主控单片机与清洗器主控部件、电源状态显示模块、报警模块连接。
所述的主控单片机作为控制中心器件，选用通用的AT89C52单片机。
所述的主电源包括主电池，该主电池通过充电器与市电连接进行充电；
所述的备用电源包括备用电池，该备用电池通过太阳能充电模块进行充电。所述的太阳能充电模块包括太阳能电池板、太阳能充电控制电路和蓄电池，太阳能电池板覆盖在玻璃清洁器的表面，该太阳能电池板通过太阳能充电控制电路与蓄电池连接；太阳能电池板实现太阳能到电能的光伏转换，然后通过充电控制电路进行处理后，将电充到蓄电池上。太阳能电池板采用可折叠的柔性薄膜太阳能电池，当机器充电或者开始工作前，可打开太阳能电池板，打开的太阳能电池板覆盖在玻璃清洁器表面上，可以遮挡太阳光；当机器停止工作时，可以把电池板折叠起来，以便存放。
所述的太阳能充电控制电路，采用太阳能充电管理集成电路BQ24650，实现自动控制和管理太阳能电池板对蓄电池的充电；该太阳能充电控制电路主要通过芯片UC3906和外围电路组成，可有效防止电池的充放电中出现的浮充、反充和过充；
为了便于携带，所述的蓄电池选用锂电池。
通过主控单片机控制放电过程中主电源和备用电源的欠压放电和过流放电，可延长电池的寿命。
所述的主电源放电电流检测电路、备用电源放电电流检测电路均是在主电源或备用电源与负载的干路上串联一个很小阻值的精密电阻，然后把精密电阻上的电压通过主电源或备用电源A/D转换模块转换接到主控单片机，根据I=U/R，可以计算出来精密电阻的通过的电流，也就是电源放电时的电流。
所述的主电源电压检测电路包括阻值相同的主电源分压电阻RZ1、主电源分压电阻RZ2，主电源分压电阻RZ2的一端与主电源的正极连接，主电源分压电阻RZ2的另一端与主电源分压电阻RZ1连接，主电源分压电阻RZ1接地；所述的主电源A/D转换模块连接在主电源分压电阻RZ1、主电源分压电阻RZ2之间的电路上。
所述的备用电源电压检测电路包括阻值相同备用电源分压电阻RB1、备用电源分压电阻RB2，备用电源分压电阻RB2的一端与备用电源的正极连接，备用电源分压电阻RB2的另一端与备用电源分压电阻RB1连接，备用电源分压电阻RB1接地；所述的备用电源A/D转换模块连接在备用电源分压电阻RB1、备用电源分压电阻RB2之间的电路上。
在上述主电源电压检测电路中，设主电源的总电压为U，所述RZ1上的电压为U1，RZ2上的电压为U2，把RZ1的电压U1经主电源A/D转换模块转换连接到主控单片机的输入端，再通过公式U=U1+（RZ2/ RZ1）U1计算得到所述主电源的总电压。同理，可通过同样的方法计算得到备用电源的总电压。
所述的双电源切换开关模块包括限流电阻R1、限流电阻R2，开关三极管T1、开关三极管T2，继电器K1、继电器K2和稳压二极管D1、稳压二极管D2；
所述的开关三极管T1采用NPN型的开关三极管，该开关三极管T1的基极经电阻R1连接到主控单片机的第一输出端口P2.1，开关三极管T1的发射极接地，开关三极管T1的集电极连接继电器K1的线圈K1-1，继电器K1的线圈K1-1接5伏电压并与稳压二极管D1两端连接；
所述的开关三极管T2采用NPN型的开关三极管，该开关三极管T2的基极经电阻R2连接到主控单片机的第二输出端口P2.2，开关三极管T2的发射极接地，开关三极管T2的集电极连接继电器K2的线圈K2-1，继电器K2的线圈K2-1接5伏电压并与稳压二极管D2两端连接；
继电器K1的常开触点K1-3依次连接主电源、继电器K2的常闭触点K2-2后连接清洗器主控部件；继电器K2的常开触点K2-3依次连接备用电源、继电器K1的常闭触点K1-2后连接清洗器主控部件。所述的继电器K1与继电器K2形成互锁，备用电源与主电源不会同时供电。主电源与备用电源均正常供电优先采用主电源供电。
所述的电源状态显示模块用于直观的显示当前的电源状态，该电源状态显示模块采用LCD1602字符型液晶显示模块，将主电源和备用电源的电流电压以滚动的方式在液晶显示模块上进行显示，使用者可以根据显示的电流电压值，对电源进行更好的管理。
实施例二：
一种具有双电源的玻璃清洁器的控制方法，该方法是通过主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别检测主电源的放电电流、放电电压数据，该主电源的放电电流、放电电压数据通过主电源A/D转换模块传输至主控单片机；同时还通过备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别检测备用电源的放电电流、放电电压数据，该备用电源的放电电流、放电电压数据通过备用电源A/D转换模块传输至主控单片机；由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源，实现主电源与备用电源之间自动切换。
所述的由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源的具体方法如下：
当主电源的放电电压或放电电流的数值正常时，主控单片机的第一输出端口输出5V高电平，经过限流电阻R1，控制开关三极管T1进入饱和状态，开关三极管T1接通，继电器K1的常开触点K1-3闭合，主电源到清洁器主控部件的通路形成，主电源给清洁器主控部件供电；当主电源的放电电压或放电电流的数值不在设定的阈值范围内时，主控单片机发出指令，主控单片机的第一输出端口P2.1输出低电平，第二输出端口P2.2输出高电平，经过限流电阻R2，控制开关三极管T2进入饱和状态，开关三极管T2接通，继电器K2的常开触点K2-3闭合，备用电源到清洁器主控部件的通路形成，备用电源给清洁器主控部件供电；当主电源与备用电源的放电电压或放电电流的数值都不在设定的阈值范围内时，主控单片机发出指令，控制报警模块通知用户，同时通知清洁器主控组件控制玻璃清洁器返回充电。

Claims (10)

1.一种具有双电源的玻璃清洁器，包括清洗器主控部件、行进部件、清洁部件、供电部件；其特征在于：所述的供电部件包括主电源、主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路、主电源A/D转换模块、备用电源、备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路、备用电源A/D转换模块、主控单片机、双电源切换开关模块，所述的主控单片机的输入端口通过主电源A/D转换模块分别连接主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路，主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别与主电源连接；所述的主控单片机的输入端口还通过备用电源A/D转换模块分别连接备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路，备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别与备用电源连接；主控单片机的输出端口与双电源切换开关模块的输入端口连接，双电源切换开关模块的输入端口还分别与主电源、备用电源连接，双电源切换开关模块的继电器常闭触点K1-2、K2-2分别与清洗器主控部件连接。
2.根据权利要求1所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的主控单片机采用AT89C52单片机。
3.根据权利要求1所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的主电源包括主电池，该主电池通过充电器与市电连接进行充电；所述的备用电源包括备用电池，该备用电池通过太阳能充电模块进行充电。
4.根据权利要求3所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的太阳能充电模块包括太阳能电池板、太阳能充电控制电路和蓄电池，太阳能电池板通过太阳能充电控制电路与蓄电池连接；所述的太阳能电池板采用可折叠的柔性薄膜太阳能电池。
5.根据权利要求1所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的主电源电压检测电路包括阻值相同的主电源分压电阻RZ1、主电源分压电阻RZ2，主电源分压电阻RZ2的一端与主电源的正极连接，主电源分压电阻RZ2的另一端与主电源分压电阻RZ1连接，主电源分压电阻RZ1接地；所述的主电源A/D转换模块连接在主电源分压电阻RZ1、主电源分压电阻RZ2之间的电路上。
6.根据权利要求1所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的备用电源电压检测电路包括阻值相同备用电源分压电阻RB1、备用电源分压电阻RB2，备用电源分压电阻RB2的一端与备用电源的正极连接，备用电源分压电阻RB2的另一端与备用电源分压电阻RB1连接，备用电源分压电阻RB1接地；所述的备用电源A/D转换模块连接在备用电源分压电阻RB1、备用电源分压电阻RB2之间的电路上。
7.根据权利要求1所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的双电源切换开关模块包括限流电阻R1、限流电阻R2，开关三极管T1、开关三极管T2，继电器K1、继电器K2和稳压二极管D1、稳压二极管D2；
所述的开关三极管T1的基极经电阻R1连接到主控单片机的第一输出端口，开关三极管T1的发射极接地，开关三极管T1的集电极连接继电器K1的线圈K1-1，继电器K1的线圈K1-1接5伏电压并与稳压二极管D1两端连接；
所述的开关三极管T2的基极经电阻R2连接到主控单片机的第二输出端口，开关三极管T2的发射极接地，开关三极管T2的集电极连接继电器K2的线圈K2-1，继电器K2的线圈K2-1接5伏电压并与稳压二极管D2两端连接；
继电器K1的常开触点K1-3依次连接主电源、继电器K2的常闭触点K2-2后连接清洗器主控部件；继电器K2的常开触点K2-3依次连接备用电源、继电器K1的常闭触点K1-2后连接清洗器主控部件。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的具有双电源的玻璃清洁器，其特征在于：所述的供电部件还包括有电源状态显示模块、报警模块，该电源状态显示模块、报警模块分别与主控单片机输出端口连接。
9.一种具有双电源的玻璃清洁器的控制方法，其特征在于：该方法是通过主电源放电电流检测电路、主电源电压检测电路分别检测主电源的放电电流、放电电压数据，该主电源的放电电流、放电电压数据通过主电源A/D转换模块传输至主控单片机；同时还通过备用电源放电电流检测电路、备用电源电压检测电路分别检测备用电源的放电电流、放电电压数据，该备用电源的放电电流、放电电压数据通过备用电源A/D转换模块传输至主控单片机；由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源，实现主电源与备用电源之间自动切换。
10.根据权利要求9所述的具有双电源的玻璃清洁器的控制方法，其特征在于：所述的由主控单片机将采集得到的主电源和备用电源的放电电流电压数值与设定的电流电压阈值进行对比，决定是否通过双电源切换开关模块启用备用电源的具体方法如下：
当主电源的放电电压或放电电流的数值正常时，主控单片机的第一输出端口输出高电平，经过限流电阻R1，控制开关三极管T1进入饱和状态，开关三极管T1接通，继电器K1的常开触点K1-3闭合，主电源到清洁器主控部件的通路形成，主电源给清洁器主控部件供电；当主电源的放电电压或放电电流的数值不在设定的阈值范围内时，主控单片机发出指令，主控单片机的第一输出端口输出低电平，第二输出端口输出高电平，经过限流电阻R2，控制开关三极管T2进入饱和状态，开关三极管T2接通，继电器K2的常开触点K2-3闭合，备用电源到清洁器主控部件的通路形成，备用电源给清洁器主控部件供电；当主电源和备用电源和的放电电压或放电电流的数值不在设定的阈值范围内时，主控单片机发出指令，控制报警模块通知用户，同时通知清洁器主控组件控制玻璃清洁器停止工作，返回充电。
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