一种自动对接充电系统及对接充电方法

技术领域

本发明涉及一种充电对接装置，尤其是一种智能割草机的自动对接充电系统，同时还涉及相应的对接充电方法，属于电动器具技术领域。

背景技术

智能割草机依靠自身的电池包供电，用于完成电子围栏圈定区域内的自动割草。当其电池包的电量缺乏时，需要行进至充电站与之对接充电。检索可知，申请号为201710161668.8的中国专利公开了一种对接充电系统及其充电方法，所述系统包括自动行走设备和可与自动行走设备对接充电的充电站，自动行走设备包括电路接收模块，电路接收模块包括正极和负极接收线，正极接收线通过接收控制开关连接电池包，接收控制开关两侧设置有电压检测模块，电压检测模块连接单片机一，单片机一连接接收控制开关；充电站包括可与电路接收模块对接的充电模块，充电模块包括正极和负极充电线，正极充电线上设置有充电控制开关，充电控制开关连接单片机二；在自动行走设备与充电站对接后，充电模块会自动与电路接收模块对接充电。该技术方案虽然避免了人工操作，提高了充电效率，但其一次性地通过检测正负充电线与接收线是否连通控制充电控制开关，对于行走就位接触而言，由于存在运动惯性等因素，因此不够安全可靠；此外，充电控制开关闭合后，需检测判断电池包电压较低时，再控制接收控制开关闭合，才能进行充电，不仅不够便捷，而且在接触未稳定时，难免发生开关误动作。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种电路构成简捷、可以确保可靠对接后启动充电的自动对接充电系统。

为了达到上述目的，本发明自动对接充电系统的基本技术方案为：由内部具有电池包、一侧具有第一端子和第二端子的自动行走设备以及底板一侧充电桩设有第三端子和第四端子的充电站组成；其特征在于：

所述自动行走设备包括第一控制单元、第一接收单元、第一发送单元；所述第一发送单元含有反馈受控端和发送受控端；所述第一端子和第二端子分别通过第一接收单元和第一电流检测单元接第一控制单元的信号接收端和电流检测端，用以当第一端子和第二端子分别与第三端子和第四端子对接后，将脉冲测试信号传输给第一控制单元；以及将输入的电流信号传输给第一控制单元；所述第一控制单元的反馈控制端和发送控制端分别接反馈受控端和发送受控端，用以在接收到脉冲测试信号后，控制输出脉冲反馈信号并向外发送；

所述充电站包括第二控制单元、第二接收单元、第二电流检测单元、第二发送单元；所述第三端子和第四端子分别通过第二接收单元和第二电流检测单元接第二控制单元的信号接收端和电流检测端；用以当第一端子和第二端子分别与第三端子和第四端子对接后，将脉冲反馈信号传输给第二控制单元；以及将充电输出电流信号传输给第二控制单元；所述第二控制单元的充电控制端用以控制发送脉冲测试信号及充电输出电流。

本发明进一步的完善是：所述第一控制单元由第一CPU及其外围器件构成；所述第一接收单元包括串联分压后接地的第一电阻、第二电阻；所述第一电流检测单元由正向输入端接地、反向输入端接第一采样电阻的第一运算放大器构成；所述反馈受控端接反馈回路上第二MOS管的受控端，所述发送受控端接发送回路上的第一MOS管的受控端。

本发明再进一步的完善是：所述第二控制单元由第二CPU及其外围器件构成；所述第二接收单元包括串联分压后接地的第三电阻、第四电阻；所述第二电流检测单元由正向输入端接地、反向输入端接第四端子的第二运算放大器构成，所述第二运算放大器的反向输入端和第四端子之间通过第二采样电阻接地。

本发明更进一步的完善是：所述第二发送单元由经三极管基极接位于充电电源和第三端子之间第三MOS管受控端的控制回路构成；所述第二控制单元的充电控制端接第二发送单元的三极管的基极，用以控制第三MOS管发送脉冲测试信号及充电输出电流。

本发明又进一步的完善是：所述第一端子和第二端子经由共模电感和电容组成的电磁抑制模块后分别通过第一接收单元和第一电流检测单元接第一控制单元的信号接收端和电流检测端。

本发明还进一步的完善是：所述充电站包括经防反接电路的第二控制单元、第二接收单元、第二电流检测单元、第二发送单元。

工作时，当割草机的电池包需要充电、由与充电站分离的充电前状态进入到与充电站对接的充电位置时，第一和第二控制单元控制步骤有如下两种方法：

一是所述第一控制单元和第二控制单元的控制步骤为：

第一步、第二控制单元控制由第二发送单元向第三端子发送脉冲测试信号；

第二步、第一接收单元将接收到的脉冲测试信号，传递到第一控制单元；

第三步、第一控制单元由第一发送单元发送脉冲反馈信号；

第四步、第一控制单元判断发送的脉冲反馈信号是否达到预定次数，如是则发送确认反馈信号，如否则返回上一步；

第五步、第二接收单元将接收到的确认反馈信号，传递到第二控制单元；

第六步、第二控制单元控制由第二发送单元输出充电电流；

第七步、第二控制单元控制向电池包充电；

第八步、第二控制单元接收第二电流检测单元的充电输出电流信号后，判断是否达到充满阈值，如否则返回第六步，如是则返回第一步。

二是所述第一控制单元和第二控制单元的控制步骤为：

第一步、第二控制单元控制由第二发送单元向第三端子发送脉冲测试信号；

第二步、第一接收单元将接收到的脉冲测试信号，传递到第一控制单元；

第三步、第一控制单元控制由第一发送单元发送脉冲反馈信号；

第四步、第二接收单元将接收到的脉冲反馈信号传递到第二控制单元；

第五步、第二控制单元判断接收到的脉冲反馈信号是否达到预定次数，如是则进行下一步，如否则返回第一步；

第六步、第二控制单元控制由第二发送单元输出充电电流；

第七步、第二控制单元控制向电池包充电；

第八步、第二控制单元接收第二电流检测单元的充电输出电流信号后，判断是否达到充满阈值，如否则返回第六步，如是则返回第一步。

与现有技术相比，本发明无需在接收控制开关两侧设置电压检测模块通过比较两侧电压确认是否对接，而是借助第一发送单元和第二接收单元、多次确认脉冲通讯信号后确认对接，因此十分可靠。电路设计简捷、自动行走设备的电池包充电开关（MOS）设置在充电站内部，控制方便且安全,成本更低。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一的立体结构示意图。

图2为图1实施例的自动行走设备内部电路原理图。

图3为图1实施例的充电站内部电路原理图。

图4为图1实施例的充电前结构示意图。

图5为图1实施例的充电中结构示意图。

图6为图1实施例的控制流程图。

图7为本发明实施例二的控制流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的自动对接充电系统如图1所示，由作为自动行走设备的割草机100以及可对接充电的充电站200组成。割草机100内部具有作为能源的电池包，一侧具有第一端子1和第二端子2。充电站200的底板一侧设有朝底板一侧伸出第三端子3和第四端子4的充电桩5。

自动行走的割草机100内部电路如图2所示，包括第一控制单元、第一接收单元、第一电流检测单元、第一发送单元。

第一控制单元由第一CPU（STM32F031K6T6）及其外围器件构成（与现有技术类同，图中未示）。

第一接收单元包括串联分压后接地的第一电阻R21、第二电阻R23，两分压电阻R21、R23之间通过第一旁路电阻R22接第一接地电容C5。

第一电流检测单元由正向输入端接地、反向输入端接第一采样电阻R11的第一运算放大器U1构成，该第一运算放大器U1的反向输入端通过电阻R12接其输出端。

第一发送单元含有反馈受控端和发送受控端，反馈受控端通过第二三级管Q3的基极接反馈回路上第二MOS管D10的受控端；发送受控端通过第一三级管Q2的基极接发送回路上的第一MOS管D6的受控端；

第一端子和第二端子经由共模电感和电容组成的电磁抑制模块（可外购）后分别通过第一接收单元和第一电流检测单元接第一控制单元的信号接收端和电流检测端，用以当第一端子和第二端子分别与第三端子和第四端子对接后，将脉冲测试信号传输给第一控制单元；以及将输入的电流信号或者电池包放电信号传输给第一控制单元，因为采样电阻R11还接电池包负端C-，因此也可以在电池包放电是反映其放电状态。当电性对接时，串接的电磁抑制模块可以起阻挡干扰信号的作用，避免自动行走设备内部的电信号影响充电站。

第一控制单元的反馈控制端和发送控制端分别接反馈受控端和发送受控端，用以在接收到脉冲测试信号后，控制输出脉冲反馈信号并向外发送；

充电站200内部的电路如图3所示，包括经防反接电路的第二控制单元、第二接收单元、第二电流检测单元、第二发送单元。

第二控制单元由第二CPU（STM32F031K6T6）及其外围器件构成。

第二接收单元包括串联分压后接地的第三电阻R8、第四电阻R10，两分压电阻R8、R10之间通过第二旁路电阻R9接第二接地电容C15。

第二电流检测单元由正向输入端接地、反向输入端接第四端子的第二运算放大器U2构成，该第二运算放大器U2的反向输入端通过电阻R7接其输出端，且反向输入端和第四端子之间通过第二采样电阻R6接地。

第二发送单元包括经第三三极管Q1基极接位于充电电源和第三端子之间第三MOS管D3受控端的控制回路。

第三端子和第四端子分别通过第二接收单元和第二电流检测单元接第一二控制单元的信号接收端和电流检测端；用以当第一端子和第二端子分别与第三端子和第四端子对接后，将脉冲反馈信号传输给第二控制单元；以及将充电输出电流信号传输给第二控制单元。

第二控制单元的充电控制端接第二发送单元的第三三极管Q1的基极，用以控制第三MOS管D3发送脉冲测试信号及充电输出电流。

工作时，当割草机的电池包需要充电、由图4与充电站分离的充电前状态，进入到图5与充电站对接的充电位置时，第一和第二控制单元控制步骤（参见图6）如下：

第一步、第二控制单元控制Q1—D3,由第二发送单元向第三端子发送脉冲测试信号；

第二步、第一接收单元将接收到的脉冲测试信号，通过R21、R23分压后，传递到第一控制单元；

第三步、第一控制单元通过控制Q3、D10以及Q2、D6，由第一发送单元P+--D10—D6发送脉冲反馈信号；

第四步、第一控制单元判断发送的脉冲反馈信号是否达到预定次数（例如3次），如是则发送确认反馈信号，如否则返回上一步；

第五步、第二接收单元将接收到的确认反馈信号，通过R8、R10分压后，传递到第二控制单元；

第六步、第二控制单元通过Q1控制D3，由第二发送单元输出充电电流；

第七步、第二控制单元经电磁抑制模块输出、C+、C-，向电池包充电；

第八步、第二控制单元接收第二电流检测单元R6经U2放大的充电输出电流信号后，判断是否达到充满阈值，如否则返回第六步，如是则返回第一步。

由此可见，采用本实施例后，不仅避免了人工操作，提高了充电效率，而且与现有技术相比，具有如下显著优点：

1）通过充电站持续发送脉冲测试信号、并接收脉冲反馈信号确认对接成功，进而控制充电，稳定可靠；

2）割草机电池包的充电控制开关（D3）设置在充电站内部，因此不仅有助于保证安全，还有利于保护作为自动行走设备的割草机；

3）内部电路具有多处共用功能，例如充电站的第二发送单元兼具控制脉冲测试信号和充电输出电流功能，因此电路结构简捷，成本经济。

实施例二

本实施例的自动对接充电系统与实施例基本相同，不同之处是第一和第二控制单元控制步骤（参见图7）略有变化：

第一步、第二控制单元控制Q1—D3,由第二发送单元向第三端子发送脉冲测试信号；

第二步、第一接收单元将接收到的脉冲测试信号，通过R21、R23分压后，传递到第一控制单元；

第三步、第一控制单元通过控制Q3、D10以及Q2、D6，由第一发送单元P+--D10—D6发送脉冲反馈信号；

第四步、第二接收单元将接收到的脉冲反馈信号，通过R8、R10分压后，传递到第二控制单元；

第五步、第二控制单元判断接收到的脉冲反馈信号是否达到预定次数（例如3次），如是则进行下一步，如否则返回第一步；

第六步、第二控制单元通过Q1控制D3，由第二发送单元输出充电电流；

第七步、第二控制单元经电磁抑制模块输出、C+、C-，向电池包充电；

第八步、第二控制单元接收第二电流检测单元R6经U1放大的充电输出电流信号后，判断是否达到充满阈值，如否则返回第六步，如是则返回第一步。

这样，由充电站内部电路判断是否对接到位，再控制充电，更为稳妥。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。