CN106773960A - 一种智能卷帘门的远程无线控制电路 - Google Patents

一种智能卷帘门的远程无线控制电路 Download PDF

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范亚南
王智伟
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Abstract

本发明涉及一种智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于包括STM32主芯片、wifi转串口模块、红外探测接口、电机控制电路、电流过流保护和供电模块；STM32的无线wifi收发处理模块与大电流继电器一同构成卷帘门远程控制电路，同时利用电流互感器和电压比较器进行电机过流保护，并通过红外探测器进行开关门状态检测。用途是实现变电站监控后台和巡检机器人对机器人充电房门的无线控制与状态判断。本发明通过802.11b协议与远程操控端或者巡检机器人进行无线通信，处理电路接收指令后，通过相应IO管口控制由三极管构成的继电器线圈回路，从而控制直流电机的电流方向和通断，实现对卷帘门开合的控制。

Description

一种智能卷帘门的远程无线控制电路
技术领域
本发明属于无线通信技术，涉及一种智能卷帘门的远程无线控制电路，用于巡检机器人充电房门控制的无线通信处理电路，可执行机器人或者远程后台的开关门指令同时反馈当前充电房门的开合状态。
背景技术
传统的普通遥控门主要完成开关门等基本操作,功能单一,缺少防盗、过流保护和状态反馈等辅助功能。采用固定编码格式，无法接入网络与网络设备进行通信。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种智能卷帘门的远程无线控制电路，是一种多功能、安全性高、可靠性高的用于变电站巡检机器人充电房门远程遥控的处理电路。
技术方案
一种智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于包括STM32主芯片、wifi转串口模块、红外探测接口、电机控制电路、电流过流保护和供电模块；STM32主芯片通过串口转wifi模块与巡检机器人的通信，接收卷帘门开启或关闭的控制指令；STM32主芯片的PD13、PD14和PD15输出IO管脚连接电机控制电路的输入端，控制卷帘门电机的开启或关闭；过流检测电路检测电机工作电流，其输出连接STM32的PB15端口，当电机过流时,STM32主芯片做停机；2个红外探测器分别安装在充电房门的上下位置，其输出的关门或开门到位信号通过红外探测接口的光耦继电器处理后输入给STM32的IO输入管脚PB1和PB2，并通过wifi模块向机器人反馈关门或开门到位；所述STM32通过串口转wifi模块与巡检机器人的通信，采用802.11b无线标准和UDP通信协议进行无线通信。
所述电机控制电路以三极管控制继电器导通或关闭，继电器触点控制AC220V交流电接入电机控制A端或B端；具体电路为：STM32处理器通过IO管脚PD15的输出信号输入Q1三极管的基极，R11电阻和R14电阻为Q1三极管的偏值电阻，Q1三极管的集电极控制继电器Relay1，当当PD15输出高电平时，继电器Relay1的触点控制AC220V交流电接入N1所连接的卷帘门电机的控制A端；STM32处理器通过IO管脚PD14的输出信号输入Q2三极管的基极，R12电阻和R15电阻为Q2三极管的偏值电阻，Q2三极管的集电极控制继电器Relay2，当当PD14输出高电平时，继电器Relay2的触点控制AC220V交流电接入N2所连接的卷帘门电机的控制B端；所述卷帘门电机的控制A端或B端控制电机的正转或反转；所述STM32处理器通过IO管脚PD15端和PD14端同时输出的电平为高低或低高。
所述红外探测接口电路包括卷帘门开合状态检测电路外接红外探测光电开关；两个红外探测光电开关分别安装在充电房门的上下位置，通过光耦继电器采集两个红外探测器信息，STM32处理器的IO输入管脚PB1,PB2根据两路光耦继电器的信号，确认关门到位或开门到位信息。
所述STM32主芯片选用ST公司的STM32F103VETb。
所述串口转wifi模块选用ALIENTEK公司的ATK_ESP8266。
有益效果
本发明提出的一种智能卷帘门的远程无线控制电路，基于STM32的无线wifi收发处理模块与大电流继电器一同构成卷帘门远程控制电路，同时利用电流互感器和电压比较器进行电机过流保护，并通过红外探测器进行开关门状态检测。用途是实现变电站监控后台和巡检机器人对机器人充电房门的无线控制与状态判断。
本发明的采用的串口转wifi模块，内置IEEE802.11标准支持多种网络协议：TCP/UDP等，并支持多种安全加密及认证机制。功耗低，体积小，集成度高，节约印制板面积。采用微型电流互感器，与二极管组合的桥式整流电路以及LM311比较器构成的过流保护电路，电路简单，稳定性高。采用漫反射式红外感应器，探测精度高，安装方便。
本发明通过802.11b协议与远程操控端或者巡检机器人进行无线通信，处理电路接收指令后，通过相应IO管口控制由三极管构成的继电器线圈回路，从而控制直流电机的电流方向和通断，实现对卷帘门开合的控制。
本发明控制器控制距离远、安全性强，高低温试验依然能保持稳定。
附图说明
图1：机器人充电房门控制电路框图
图2：充电房控制电路的处理器模块
图3：充电房控制电路的电源转换模块
图4：充电房控制电路的电机控制模块
图5：充电房控制电路的过流保护电路
图6：充电房控制电路的卷帘门开合红外检测接口电路
图7：充电房控制电路的仿真调试接口与状态指示灯
图8：充电房控制电路的串口转WIFI模块与外部接口电路
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
系统核心处理器采用STM32f103的芯片，通过串口转wifi模块接入无线网络。采用802.11b无线标准和UDP通信协议进行无线通信。控制板接收到来自局域网的控制信号，解析命令后，相应的通用IO口的高低电平切换来控制三极管放大电路。三极管放大电路为继电器线圈提供吸合电压做出开关动作。由电流互感器、桥式整流电路和运放电压比较器组成电机过流检测控制电路,电机电流由互感器转换成交流电压信号，通过桥式整流处理后与运放电压比较器对比，将比较结果接入STM32的IO输入管脚，监测到管脚电压为低时，执行停机程序。
处理器选用ST公司的STM32F103VETb，串口转wifi模块选用ALIENTEK公司的ATK_ESP8266，电流互感器选用择明电子的ZMCT303A，电压比较器选用TI公司的LM211,红外探测模块选用OMRON公司的E3JK-DS30M1，光耦继电器选用TOSHIBA的TLP206A。电机控制继电器选用OMRON公司的G5LA-14。巡检机器人经过加密认证后连接到控制电路的Wifi模块,Wifi模块将接收到的指令通过串口传输到stm32处理器，处理器解析后做出开关门的判断，通过IO口控制相应的继电器的开合，从而控制电机的转动，进而拖动卷帘门开合。
巡检机器人进出充电房时，需要对充电房门进行开关控制。机器人通过自身的无线设备请求连接充电房门控制板，充电房门控制板通过IP地址和加密密钥判断是否接受连接。连接成功后，机器人发出2.4GHz的802.11b标准，符合UDP协议的指令信号。充电房门控制板的wifi转串口模块接收信号后，将wifi信号转换为UART标准电平信号与STM32主芯片进行通信。
STM32F103作为机器人充电房门控制电路的核心处理器，用于处理卷帘门电机控制，卷帘门开合状态检测，以及通过串口转WIFI模块与机器人以及后台集控站进行通信等。如图2。
图3电源转换模块，电源转换模块将直流电12V电压经过稳压模块LM2736降压到5V后，再经过LP3985稳压模块转换为3.3V。
图4为充电房控制电路的电机控制模块：
图8为充电房控制电路的串口转WIFI模块与外部接口电路；
控制板通过串口转WIFI模块，将外部UDP无线网络信号转换为RS232串口协议TTL电平信号,从而通过STM32的串口UASRT1完成与机器人的无线通信。巡检机器人进出充电房时，需要对充电房门进行开关控制。机器人通过自身的无线设备请求连接充电房门控制板，充电房门控制板通过IP地址和加密密钥判断是否接受连接。连接成功后，机器人发出2.4GHz的802.11b标准，符合UDP协议的指令信号。充电房门控制板的wifi转串口模块接收信号后，将wifi信号转换为UART标准电平信号与STM32主芯片进行通信。
STM32主芯片的PD13、PD14、PD15作为输出IO管脚，分别与三极管Q1、Q2、Q3的基极相连，IO管脚输出电平的高低用来控制相应三极管的导通和阻断。当PD13输出低电平时，三极管Q1阻断，继电器Relay1的线圈两端电压都为+12V，继电器处于断开状态。当PD13输出高电平时，此时三极管Q1导通，继电器Relay1的线圈两端压差为12V，继电器吸合。D11,D12，D13是相应的LED之时灯，当继电器吸合时，LED点亮。
STM32通过串口转wifi模块，实现与巡检机器人等他网络设备的通信。当接收到开门信号时，PD15输出高电平，而PD14输出低电平，三极管Q1导通，而Q2阻断，相应的继电器Relay1吸合，通过N1将AC220V交流电接入电机控制A端，而Relay2断开，此时电机正转，卷帘门被打开。同理当STM32收到关门指令时，继电器Relay1断开而断开AC220V交流电，同时Relay2吸合并通过N2将AC220V交流电接入到电机控制B端，此时电机反转，卷帘门被打开。当STM32收到停止指令时，继电器Relay1和Relay2都断开，电机停转，卷帘门停止动作。
动作过程为：控制电路的STM32处理器通过IO管脚PD15、PD14、PD13(及K1、K2、K3)输出高低电平信号，分别控制三极管Q1、Q2、Q3导通或者截止，从而控制继电器Relay1、Relay2、Relay3动作。当PD15输出高电平，三极管Q1导通，在继电器线圈两端形成12V压差，从而继电器Relay1闭合，并将AC220V交流电接入N1所连接的交流电机的控制A端。当PD15输出低电平，三极管Q1截止，在继电器线圈两端均为12V，从而继电器Relay1断开，并断开电机控制端的AC220V交流电,同时Relay1的线圈通过由二极管D8组成的续流环释放电流。继电器Relay2，Relay3的工作原理同Relay1。
卷帘门电机的两个控制端A端口和B端口，分别与继电器Relay1的常开端口N1以及Relay2的常开端口N2相连接。当PD15输出高电平同时PD14输出低电平时，电机正转，将充电房门向上打开；当PD15输出低电平同时PD14输出高电平时，电机反转，将充电房门向下关闭；当PD15和PD14同时输出低电平或者同时输出高电平时，电机停转，此时卷帘门保持当前位置不动。
D11,D12,D13作为三个继电器的状态指示灯，当Q1,Q2,Q3三个三极管在各自相应的控制引脚(PD15,PD14,PD13)作用下导通时，则带动相应的LED状态指示灯正向导通，从而点亮D11,D12,D13发光，显示相应继电器的工作状态。
PD15 PD14 电机 充电房门
高电平 低电平 正转 向上打开
低电平 高电平 反转 向下关闭
高电平 高电平 停转 保持不动
低电平 低电平 停转 保持不动
图5为充电房控制电路的过流保护电路：
过流检测电路可检测电机工作时电流过大的异常情况,确保充电房门开合控制时的安全。电机过流检测控制电路由电流互感器TA、桥式整流电路VD1～VD13、运放电压比较器LM211组成。当电机过流时,TA输出的互感电流升高,采样电阻两端的采样电压增高，经桥式整流后的直流电压高于比较器同相输入端2脚电压的设定值,7脚变为低电平,比较器7脚与STM32的PB15脚连接作为反馈输入，当检测到低电平时,执行停机程序。
图6为充电房控制电路的卷帘门开合红外检测接口电路：
卷帘门开合状态检测电路外接E3JK-DS30M1红外探测光电开关，两个红外探测器分别安装在充电房门的上下位置。当充电房门处于关闭状态，2个红外探测器均检测到车门，并分别将Door_state1和Door_state2处电压置低，此时TLP206A的两路光耦继电器均导通，TLP206A输出端对应的7脚和8脚导通，5脚和6脚导通，STM32的IO输入管脚PB1,PB2检测到低电平，确认关门到位，并通过wifi模块向机器人反馈关门到位。
同理，当卷帘门打开后，2个红外探测器探测不到充电房门，此时Door_state1和Door_state2处电压均为+12V，此时TLP206A的两路光耦继电器的各脚电压均为+12V，因此光耦断开，对应的PB1,PB2与GND低电平断开，并由STM32进行内部上拉。IO输入管脚PB1,PB2由于内部上拉，检测到为高电平，确定开门到位后，通过wifi模块向机器人反馈开门到位信号后，机器人方可执行出门任务。
工作时：机器人在进出充电房时，需要确定充电房门的开合状态。2个红外探测器分别安装在充电房门的上下位置。其反馈信号通过光耦继电器处理后输入给STM32,判断充电房门的开合状态。当车门关闭后时，2个红外探测器均感应到车门关闭，其反馈信号低电平作用到光耦继电器的2脚和4脚，此时，光耦继电器的7脚和8脚导通，5脚和6脚导通，STM32的IO输入管脚PB1,PB2检测到低电平。当STM32通过PB1,PB2管脚输入的低电压检测到充电房门关闭到位后，首先通过PD15，PD14控制当前卷帘门电机动作，停止当前打开卷帘门动作，然而通过wifi模块向机器人反馈关门到位。同理，当车门打开后，2个红外探测器探测不到充电房门，此时光耦继电器的2脚和4脚都为+12V，相应的继电器管脚不导通，STM32的IO输入管脚PB1,PB2由于内部上拉，检测到为高电平。当STM32通过PB1,PB2管脚输入的高电压检测到充电房门打开到位后，首先通过PD15，PD14停止当前卷帘门打开动作，然后通过wifi模块向机器人反馈开门到位信号后，机器人方可执行出门任务。此外，用户可以通过手机或电脑等通过UDP通信，对充电房门进行控制。
本实施例中还设有图7充电房控制电路的仿真调试接口与状态指示灯电路：
控制电路通过P1的JTAG接口进行仿真调试以及程序烧录。而D2，D3，D4作为控制电路板的状态灯，用来显示控制板是否正常工作和与外部通信情况。其中led D2为心跳灯，并以1Hz频率进行闪烁显示控制板是否工作。状态灯D3，D4用来显示与外部通信状态，当成功接收一组有效数据时led D3的明暗状态变化一次，而当成功发送一组数据时led D4的明暗状态变化一次。

Claims (5)

1.一种智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于包括STM32主芯片、wifi转串口模块、红外探测接口、电机控制电路、电流过流保护和供电模块；STM32主芯片通过串口转wifi模块与巡检机器人的通信，接收卷帘门开启或关闭的控制指令；STM32主芯片的PD13、PD14和PD15输出IO管脚连接电机控制电路的输入端，控制卷帘门电机的开启或关闭；过流检测电路检测电机工作电流，其输出连接STM32的PB15端口，当电机过流时,STM32主芯片做停机；2个红外探测器分别安装在充电房门的上下位置，其输出的关门或开门到位信号通过红外探测接口的光耦继电器处理后输入给STM32的IO输入管脚PB1和PB2，并通过wifi模块向机器人反馈关门或开门到位；所述STM32通过串口转wifi模块与巡检机器人的通信，采用802.11b无线标准和UDP通信协议进行无线通信。
2.根据权利要求1所述智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于：所述电机控制电路以三极管控制继电器导通或关闭，继电器触点控制AC220V交流电接入电机控制A端或B端；具体电路为：STM32处理器通过IO管脚PD15的输出信号输入Q1三极管的基极，R11电阻和R14电阻为Q1三极管的偏值电阻，Q1三极管的集电极控制继电器Relay1，当当PD15输出高电平时，继电器Relay1的触点控制AC220V交流电接入N1所连接的卷帘门电机的控制A端；STM32处理器通过IO管脚PD14的输出信号输入Q2三极管的基极，R12电阻和R15电阻为Q2三极管的偏值电阻，Q2三极管的集电极控制继电器Relay2，当当PD14输出高电平时，继电器Relay2的触点控制AC220V交流电接入N2所连接的卷帘门电机的控制B端；所述卷帘门电机的控制A端或B端控制电机的正转或反转；所述STM32处理器通过IO管脚PD15端和PD14端同时输出的电平为高低或低高。
3.根据权利要求1所述智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于：所述红外探测接口电路包括卷帘门开合状态检测电路外接红外探测光电开关；两个红外探测光电开关分别安装在充电房门的上下位置，通过光耦继电器采集两个红外探测器信息，STM32处理器的IO输入管脚PB1,PB2根据两路光耦继电器的信号，确认关门到位或开门到位信息。
4.根据权利要求1所述智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于：所述STM32主芯片选用ST公司的STM32F103VETb。
5.根据权利要求1所述智能卷帘门的远程无线控制电路，其特征在于：所述串口转wifi模块选用ALIENTEK公司的ATK_ESP8266。
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