CN109832996A

CN109832996A - 一种手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法

Info

Publication number: CN109832996A
Application number: CN201910056100.9A
Authority: CN
Inventors: 张磊
Original assignee: Blue Sea Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Blue Sea Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本专利公开了一种手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其采用高容量锂电池包提供动力，先进的高速电机提供清洁功能所需的强大吸力，无线WIFI模块ESP8266提供联网功能，包括采用含均衡板的电池单元包实现电池包的充放管理，WIFI和显示板单元实现吸尘器的现实和数据传输功能，STM32F103(MCU)为主控的高速电机控制单元实现吸尘器的超强吸力功能。本专利将三个功能集合到一款产品中，同时实现了吸尘器的便携、联网功能并且保证了吸尘器的强大吸力。

Description

一种手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法

技术领域

本发明涉及吸尘器技术领域，尤其涉及手持便携式智能联网吸尘器技术领域，涉及吸尘器的电池管理、联网和电机控制的技术整合和软硬件开发。

背景技术

使用诸如手提充电式电转，吸尘器之类设备的用户注重随时随地使用这些设备的便携性。影响设备便携性的重要因素之一是电池。一般用户希望在较长的时间内持续使用设备，因此对电池容量有较高要求，锂电池电源管理技术的进步，使得多个锂电池串并联使用成为可能，这样可以提供设备或装置所需的电压及电流，实现想要的功能。本技术方案采用高容量锂电池组，并配备完善的电池组单元充放电控制及电路保护功能，有效延长吸尘器两次充电之间的使用时间。

无线WIFI技术的进步，云端数据传送成为可能，比如通过手机了解电器的状态及参数成为可能，故本技术采用ESP8266芯片加软件实现吸尘器数据与手机、笔记本的传输及屏幕显示功能。

传统吸尘器电机转速较低，吸力较弱，发热量大，申请人研发了一款高速电机及驱动单元，转速高达10万转/分钟，配套电池的大电流放电能力，结合以上技术，形成高转速、大吸力并且便携的手持式吸尘器。

发明内容

本发明提供一种通过整合几种先进的电子电气技术和方法，来实现一种手持便携式智能联网功能的吸尘器，它具有联网，高转速，便携，续航时间长的特点。

具体技术方案如下：

一种手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，包括电池包单元、WIFI+ 显示板单元、电机控制单元；

所述电池包单元以STM32F103(MCU)为主控单元，经软件和硬件控制实现电池包的充放电管理，所述电池包单元包括均衡板，所述电池包单元还包括温度监控单元；

所述WIFI+显示板单元包含显示板、WIFI模块和按键，所述按键构成均衡板的控制输入信号，所述WIFI+显示板单元经软硬件控制实现吸尘器的显示功能，所述WIFI模块具有无线联网和数据传输功能；

所述电机控制单元包含电机控制板，所述电机控制板提供受控电力，所述电机控制单元以STM32F103(MCU)为主控单元，经软件和硬件控制实现电机的旋转功能，所述电机控制单元控制电机的转速最高可达10万转/分以上；

所述WIFI+显示板单元与所述均衡板相互通讯，所述电机控制单元与所述均衡板相互通讯。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述电池包单元的电力提供方法为：

所述电池包单元提供给电机控制单元的P+和P-电压是受控锂电池包电压，输出电压范围18V-30V，优选为20V-29.4V，电流负载不超过30A；所述电池包单元提供给WIFI+显示板单元的DC电压是受控锂电池包输出电压，输出电压范围电压范围18V-30V，优选18V-29.4V。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述WIFI+显示板单元与所述均衡板相互通讯通过连接STM32F103的TX3、RX3实现；所述电机控制单元与所述均衡板的通讯通过连接STM32F103的TX2、RX2实现。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，还包括I/O接口，所述I/O 接口的控制方法为：

所述均衡板向所述电机控制单元提供速度控制信号，所述电机控制单元根据该信号的高低电平选择电机运行的速度；

所述按键包括Key键、H-Speed键、L-Speed键，点动按下所述按键后产生按键指令；

所述均衡板给所述WIFI+显示板单元发送信号，所述均衡板接受所述 WIFI+显示板单元的按键产生的按键指令；

点动按下Key键启动电池包单元，开始供电，向电机控制单元的P+和P- 电压输出电能，再次点动按下Key键，电池包单元停止供电；

点动按下H-Speed键，均衡板向电机驱动板发送高速信号，控制电机高速转动；

点动按下L-Speed键，均衡板向电机驱动板发送低速信号，控制电机低速转动。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述显示板为TFN液晶屏。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述电池包单元包含7节 18650规格锂电池，所述锂电池单节的容量为2500mAH。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述WIFI模块为ESP8266， ESP8266拥有高性能无线SOC，便于WIFI功能嵌入其他系统。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述温度监控单元定时监测所述电池包单元的温度，发现异常升温时开启温度保护措施。

本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述电池包单元包含电池包主控单元，电池包充电单元，电池包放电单元，电池包均衡单元，电池包通讯及接口单元。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：

本专利将三个功能集合到一款产品中，使得吸尘器便携、具有联网功能可以实现数据传输，此外，本发明还配备了电池均衡功能，电池保护措施，延长电机不接通电源时的使用时间，延长锂电池的使用寿命进而延长吸尘器使用寿命；使用蓝海智能科技有限公司研发的电机产品，转速最高可达10万转/分钟，增强了吸尘器的清洁效率。

附图说明

图1是本发明整体配置的框图；

图2是本发明的电池包单元的组成框图；

图3是本发明的电池包单元控制方式的流程图；

图4是本发明的WIFI模块ESP8266的组成框图；

图5是本发明电机控制系统的框图；

图6是本发明的电机控制系统的控制流程图；

图7充电和温度保护单元框图；

图8充电和温度保护系统控制流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式。以使本领域技术人员可以容易地实施本发明。然而，本发明并不限于这些实施方式。相反，提供实施方式是为了使本发明的公开内容全面透彻，且充分地向本领域技术人员表达本发明的范围。为了清楚地描述本发明，在附图中省略了与描述无关的部分，且全文中相似的参考标记表示相似的元件。

本说明书中使用的术语可以是考虑了本发明的功能的目前广泛使用的通用术语，但可以根据本领域技术人员的意图、判例或新技术的出现而改变。此外，在某些情况下，存在申请人任意选择的术语，在这种情况下，它们的含义将在本发明的相关描述部分中进行描述。因此，本文中所使用的术语应根据术语的含义和本发明的整体内容来定义，而不是根据简单的术语名称来定义。

本发明包括电池包单元、WIFI+显示板单元、电机控制单元。

如图1所示，电池包单元以STM32F103(MCU)为主控单元，经软件和硬件控制实现电池包的充放电管理，所述电池包单元包括均衡板，所述电池包单元还包括温度监控单元；

所述电机控制单元包含电机控制板，所述电机控制板提供受控电力，所述电机控制单元以STM32F103(MCU)为主控单元，经软件和硬件控制实现电机的旋转功能，所述电机控制单元控制电机转动。

进一步的，所述WIFI模块为ESP8266。以ESP8266作为核心控制芯片，负责和电池包系统的通讯及数据处理功能，同时推动屏幕显示功能，同时该系统还集成按键，这些功能输入通过线束接入电池包系统，作为电池包接口输入。 ESP8266同时实现云端数据传送功能。

进一步的，电机采用的是申请人蓝海智能有限公司生产的电机，电机转速最高可达10万转/分以上；

进一步的，均衡板采用均衡芯片OZ3710或者OZ3708。

进一步的，所述显示板为TFN液晶屏。

进一步的，所述温度监控单元定时监测所述电池包单元的温度，发现异常升温时开启温度保护措施。温度保护电路如图7所示，在后文中具体介绍。

进一步的，所述电机控制板包括以STM32F103为核心控制芯片、H桥驱动电路、保护电路、通讯及接口部分，电机控制板实现与电池包单元的通讯及接受控制指令。

如图2所示，本发明中电池包单元包括电池包主控单元110、电池包充电单元120、电池包通讯及接口单元130、电池包均衡单元140和电池包放电单元 150。

进一步的，电池包主控单元110由STM32F103C8T6核心构成，包括 USATR1，USATR2，USATR3对外通讯接口、输入输出接口，电池包主控单元 110控制周边电路或接受输入指令，接受均衡芯片OZ3710或者OZ3708的数据传送，监控电路工作状态，做出相应的反馈。

进一步的，所述电池包单元包含7节18650规格锂电池，所述锂电池单节的容量为2500mAH。

进一步的，电池包充电单元120可以开启或停止充电功能。

进一步的，电池包通讯及接口单元130负责与本装置系统的其他功能单元通讯，并接受按键输入指令。

进一步的，电池包均衡单元140在充电、放电、静置期间都能进行电池均衡功能。

进一步的，电池包放电单元150接受到放电指令，开启放电功能，并启动安全保护措施。

进一步的，所述电池包单元的电力提供方法为：所述电池包单元提供给电机控制单元的P+和P-电压是受控锂电池包电压，输出电压范围18V-29.4V，电流负载能力不超过30A；所述电池包单元提供给WIFI+显示板单元的DC电压是受控锂电池包电压，输出电压范围DC18V-29.4V。

进一步的，所述WIFI+显示板单元与所述均衡板相互通讯通过连接 STM32F103的TX3、RX3实现；所述电机控制单元与所述均衡板的通讯通过连接STM32F103的TX2、RX2实现。

如图3所示，是根据本发明的7节电池包充电保护控制流程图。下文中，将参照图3详细描述下本发明的充电保护控制系统实现思路及方法。

图3示出电池包单元控制方法的逻辑，首先，控制开始，首先进入检测充电电压环节(S100环节)，进行充电电压检测，检测是否有合适的充电电压接入，判断是否监测到充电电压(S200环节)，如果没有，表示不是充电情况，进入按键扫描步骤检测KEY键是否按下(S220环节)。如果KEY键按下，开始放电(S221环节)，电池包均衡环节放电状态时同步进行；如果KEY键没有按下，则进入电池包均衡环节(S230环节)。

图3所示，在电池包充电、放电、置期间，都可同步进行。均衡结束，电池包关机。

图4示出本发明的WIFI配置框图。

如图4所示，本发明的WIFI的硬件配置是以ESP8266智能互联平台为基础，它包括射频收发单元，锁相环单元，MCU控制单元，电源管理，SRAM，接口单元，具有云端数据收发处理的强大功能，并具备I/O接口功能，还有串口通讯，及IIC通讯功能。ESP8266智能互联平台是一款功能强大，使用方便的智能互联平台，与本发明结合，实现吸尘器的云端智能互联功能。

进一步的，所述I/O接口的控制方法为：所述均衡板向所述电机控制单元提供速度控制信号，所述电机控制单元根据该信号的高低电平选择电机运行的速度；

所述按键包括Key键、H-Speed键、L-Speed键，点动按下所述按键后产生按键指令；所述均衡板给所述WIFI+显示板单元发送信号，所述均衡板接受所述WIFI+显示板单元的按键产生的按键指令；

图5示出本发明的电机控制单元硬件配置框图。

如图5所示，本发明的电机控制单元硬件配置包括：以STM32F103为核心的主控制器，霍尔传感器，电源，无刷电机，短路保护模组，电流检测模组。

图6示出本发明的电机控制系统流程图。下文中，将根据图6描述本发明的电机控制系统流程图详细控制逻辑及方法。

如图6所示，程序控制开始(1环节)，接着进行霍尔信号检测(2环节)，判断霍尔信号是否高(3环节)，如果霍尔信号为高，进入驱动产生顺时针方向电流环节(4环节)。然后再继续进行霍尔信号检测(2环节)，判断霍尔信号是否低(6环节)，如果霍尔信号为高，再进入驱动产生顺时针方向电流环节(4 环节)，程序循环。如果霍尔信号为低，跳出循环，启动结束(8环节)，进入正常运行模式(9环节)。

如图6所示，程序控制1开始，接着进行霍尔信号检测(2环节)，判断霍尔信号是否高(3环节)，如果霍尔信号为低，进入驱动产生逆时针方向电流环节(5环节)。再继续进行霍尔信号检测(2环节)，判断霍尔信号是否高(6环节)，如果断霍尔信号为低，再进入驱动产生逆时针方向电流环节(5环节)，程序循环。如果断霍尔信号为高，跳出循环，启动结束(8环节)，进入正常运行模式(9环节)。

电池包充电及温度保护电路如图7所示，D1是防止反接二极管，经过充电电压过压保护单元310，充电电压过压保护单元由TVS及压敏电阻组成。通过 F1，充电过流3AFuse，进入电池包充电受控开关单元320，电池包充电受控开关单元320由Q1、D2组成。Q1是开关二极管，执行MCU的控制指令，控制充电电流导通与否。D2负责单向导通功能。

STM32F103电池包主控单元300接受数据，并行逻辑控制输出。单元340 是充电的电池总电压采样单元，电池总电压采样单元340，通过STM32F103的 PA4采样。如果电池电压满了，PA1置0，关闭Q1。330单元是充电电压采样单元，充电电压采样单元330通过STM32F103的PA0采样。如果充电电压过高，PA1置0，关闭Q1。350单元是由OZ3710SN组成的单电池电压采样单元，充电电压的检测单元。单元360由OZ3710SN均衡单元和NTC1温度采样单元组成，NTC1温度采样单元由NTCl热敏电阻组成，用于过流和过温采样及数据传送电路，I2C通讯实现数据传送。如果电池过温或单电池电压过压，如果是充电状态，则PA1置0，关闭Q1。如果是放电状态，则关闭放电输出。370 单元是NTC温度采样单元，用于板载温度保护检测，通过STM32F103的PB0 采样。控制输出同理如上所述。

图8示出本发明充电和温度保护系统控制流程，以下根据图8分别介绍各种保护情况以及保护流程。

充电接入，程序控制开始，S100是充电电压接反保护，如果接反，电池充电不工作。这是一种保护情况。

充电接入，程序控制开始，S200是充电电压过高保护，如果电压过高，TVS，压敏元件等动作，保护充电系统。这是一种保护情况。

充电接入，程序控制开始，S400是充电电流过流保护，如果充电电流过大，保险丝熔断，保护充电系统。这是一种保护情况。

充电接入，程序控制开始，程序S300运行，检测充电电压，判断充电电压是否正常(S500环节)，如果充电电压过高或者过低，都将开启保护，关闭充电。电压正常，继续往下执行程序(S600环节)。

执行程序(S600环节)，检测NTC温度，如果NTC1和NTC2温度过高或者过低，都将开启保护，关闭充电。NTC1和NTC2温度都正常，继续往下执行程序(S610环节)。

执行程序(S610环节)检测电池电压，判断电池电压是否正常(S620环节)，如果电池电压已经充满，结束充电。如果没有满电，进入开启充电功能(S630 环节)，然后再入(S640环节)检测电池电压，如果没有满电，再进入开启充电功能(S630环节)的循环。如果电池电压已经充满，结束充电。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变换，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，包括电池包单元、WIFI+显示板单元、电机控制单元，其特征在于：

所述电机控制单元包含电机控制板，所述电机控制单元以STM32F103(MCU)为主控单元，经软件和硬件控制实现电机的旋转功能，所述电机控制单元控制电机的转速最高可达10万转/分钟以上；

2.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述电池包单元的电力提供方法为：

所述电池包单元提供给电机控制单元的P+和P-电压是受控锂电池包电压，输出电压范围18V-30V，电流负载能力不超过30A；所述电池包单元提供给WIFI+显示板单元的DC电压是受控锂电池包电压，输出电压范围DC18V-30V。

3.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述WIFI+显示板单元与所述均衡板相互通讯通过连接STM32F103的TX3、RX3实现；所述电机控制单元与所述均衡板的通讯通过连接STM32F103的TX2、RX2实现。

4.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，还包括I/O接口，所述I/O接口的控制方法为：

所述均衡板给所述WIFI+显示板单元发送信号，所述均衡板接受所述WIFI+显示板单元的按键产生的按键指令；

点动按下Key键启动电池包单元，开始供电，向电机控制单元的P+和P-电压输出电能，再次点动按下Key键，电池包单元停止供电；

5.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述显示板为TFN液晶屏。

6.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述电池包单元包含7节18650规格锂电池，所述锂电池单节的容量为2500mAH。

7.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述WIFI模块为ESP8266。

8.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述温度监控单元定时监测所述电池包单元的温度，发现异常升温时开启温度保护措施。

9.根据权利要求1所述的手持便携式智能联网吸尘器的技术实现方法，其特征在于，所述电池包单元包含电池包主控单元，电池包充电单元，电池包放电单元，电池包均衡单元，电池包通讯及接口单元。