CN103970039A - 自动工作设备及其控制模块 - Google Patents

Abstract

一种自动工作设备，在预先设定的工作区域内自动行走工作，包括：工作模块；储能模块；控制模块，控制所述储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量；所述自动工作设备包括用于识别所述储能模块的类型的识别模块，所述控制模块预先设置有至少两种所述储能模块的管理程序，所述控制模块基于所述识别模块的识别结果，切换至对应的管理程序。

Description

自动工作设备及其控制模块

技术领域

本发明涉及一种自动工作设备及其控制模块。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各种自动工作设备已经开始慢慢的走进人们的生活，例如自动吸尘器和自动割草机等。这种自动工作设备具有行走装置，工作装置，储能模块以及控制装置，储能模块为自动工作设备提供能量，控制装置控制自动工作设备在一定范围内自动行走并执行工作，在储能模块能量不足时，自动工作设备能够自动返回充电站装置进行充电。

储能模块具有多种种类，不同种类的储能模块由不同的化学材料制成，例如铅酸蓄电池、镍氢电池或者锂离子电池等，不同种类的储能模块，具有不同的充放电特性，所以现有的自动工作设备，往往仅可使用一种储能模块，自动工作设备的控制装置，也同样仅适用于管理一种储能模块。使用者在使用自动工作设备时，无法自由的更换储能模块，给使用带来了不便；自动工作设备的生产厂家，在选用不同种类的储能模块时，也需要生产多种控制装置来适配不同种类的储能模块，成本较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种能够适用不同种类的储能模块的自动工作设备及其控制模块。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种自动工作设备，在预先设定的工作区域内自动行走工作，包括：工作模块；储能模块；控制模块，控制所述储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量；所述自动工作设备包括用于识别所述储能模块的类型的识别模块，所述控制模块预先设置有至少两种所述储能模块的管理程序，所述控制模块基于所述识别模块的识别结果，切换执行对应的管理程序。

优选的，所述储能模块为锂离子二次电池或者铅酸蓄电池或者复合型二次电池。

优选的，所述管理程序管理所述储能模块，当所述储能模块的运行参数满足预设的阈值参数时，停止所述储能模块的充电或放电进程。

优选的，所述运行参数和所述阈值参数包括所述储能模块的电压、电流、温度以及储能模块中单个储能单元的电压中的至少一个。

优选的，所述储能模块可选的设置被识别单元，所述识别模块通过检测所述被识别单元是否存在判断所述储能模块的种类。

优选的，所述储能模块包括用于表示储能模块种类的识别电阻,所述识别电阻连接至比较器，所述识别模块基于比较器输出的电平判断储能模块的种类。

优选的，所述储能模块包括用于表示储能模块种类的识别芯片，所述识别模块与所述识别芯片进行通信获取所述储能模块的种类。

优选的，所述储能模块一体的设置于所述自动工作设备内。

优选的，所述自动工作设备包括至少一个开关单元，所述控制模块通过所述开关单元控制所述储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量。

本发明提供的另一种技术方案是：一种自动工作设备的控制模块，用于控制所述自动工作设备的储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量；所述控制模块预先设置有至少两种所述储能模块的管理程序，分别用于管理至少两种不同类型的储能模块。

与现有技术相比，本发明提供的自动工作设备及其控制模块，能够适配不同种类的储能模块，并且根据不同储能模块的充放电特性对其充放电进程进行管理，使用者在使用自动工作设备时，可以自由的更换储能模块，使用方便；自动工作设备的生产厂家在选用不同种类的储能模块时，可使用同一种控制装置，降低了成本。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明；

图1是本发明实施方式提供的自动工作设备的功能模块示意图；

图2是本发明实施方式提供的自动工作设备的电路图；

图3是本发明实施方式提供的自动工作设备的储能模块的示意图；

图4是本发明实施方式提供的自动工作设备的工作流程图。

其中

100.自动工作设备 5.控制模块

1.工作模块 51.充电保护模块

3.储能模块 52.放电保护模块

31.壳体 7.识别模块

32.储能单元 9.检测模块

33.识别模块 99.5V模块

34.温度传感器

35.电极端子

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

请参见图1，为本发明实施方式提供的自动工作设备的功能模块示意图，自动工作设备可以是自动割草机，或者自动吸尘器。它们自动行走于草坪或者地面上，进行割草或者吸尘工作，当需要充电时，它们能够返回充电站，从外部电源补充能量。当然，自动工作设备并不限于自动割草机和自动吸尘器，也可以为其他类型的设备，例如自动喷洒设备或者自动监视设备等。

自动工作设备100包括工作模块1，储能模块3，控制模块5，识别模块7，检测模块9，充电保护模块51，放电保护模块52以及5V模块99。

其中，5V模块99为DC/DC转换电路，例如型号为MIC4680-YM的芯片，其能够将外部输入的电压或者储能模块3的电压转换为5V，为自动工作设备100中的各电子元器件提供工作电源；识别模块7与控制模块5及储能模块3连接，控制模块5通过识别模块7识别储能模块3的种类；检测模块9与控制模块5连接，控制模块5通过检测模块9检测储能模块3或者工作模块1的电气特性或者工作参数；储能模块3与充电保护模块51连接，充电保护模块51与外部电源输入的正极端子以及控制模块5连接，控制模块5通过充电保护模块51控制外部电源输入向储能模块3的能量供应；储能模块3与放电保护模块53连接，放电保护模块53与控制模块5以及工作模块1连接，控制模块5通过放电保护模块53控制储能模块3提供至工作模块1的能量。

请一并参见图2，控制模块5包括一个微控制器（MCU），用于存储预先设定的程序，与外界进行通信以及处理数据，例如型号为LPC1768FBD100的MCU，当然，控制模块5也可以包括其他型号的MCU，在此不一一列举。

微控制器的充电控制引脚与充电保护模块51连接，充电保护模块51包括第七金属氧化物半导体场效应晶体管Q7，第七金属氧化物半导体场效应晶体管Q7的源极与外部电源输入以及电阻R18的一端连接，漏极与储能模块3的正极B+连接，第七金属氧化物半导体场效应晶体管Q7的栅极与电阻R18的另一端以及电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的基极通过电阻R26与微控制器的充电控制引脚连接，微控制器通过充电控制引脚控制第七金属氧化物半导体场效应晶体管Q7的通断，从而控制外部电源输入向储能模块3的能量供应。

微控制器的放电控制引脚与放电保护模块52连接，放电保护模块52包括第八金属氧化物半导体场效应晶体管Q8，第八金属氧化物半导体场效应晶体管Q8的源极与储能模块3的正极连接以及电阻R19的一端连接，第八金属氧化物半导体场效应晶体管Q8的漏极与工作模块1连接，栅极与电阻R19的另一端以及电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与第三三极管Q3的集电极连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极通过电阻R27与微控制器的放电控制引脚连接，微控制器通过放电控制引脚控制第八金属氧化物半导体场效应晶体管Q8的通断，从而控制储能模块3向工作模块1的能量供应。

微控制器的电流检测引脚与电流表A连接，用于检测电路中的电流；微控制器的电压检测引脚与电阻R21和电阻R30连接，用于检测电路中的电压。

在本实施方式中，使用金属氧化物半导体场效应晶体管作为充电保护模块51或者放电保护模块52中的开关元件，用于控制储能模块向所述工作模块提供能量以及控制储能模块从外部电源补充能量，当然，本领域技术人员能够想到的是，还有其他形式的开关元件能够适用于充电保护模块51或者放电保护模块52中，例如继电器开关等，在此不一一列举。

请一并参见图3，为本发明实施方式提供的自动工作设备的储能模块3的示意图，储能模块3包括壳体31，设置于壳体31内的储能单元32，用于标识储能模块3的种类的被识别单元33，用于检测储能模块3的温度的温度传感器34以及电极端子35。

储能模块3包括数个储能单元32，将储能单元32串联或者并联使得储能模块3达到需要的电压或者容量，储能单元32通过电极端子35中的第一端子B+和第六端子B-向工作模块1提供能量或者连接外部电源进行充电。

温度传感器34包括设置于壳体31内的热敏电阻NTC，其通过电极端子35中的第五端子T与控制模块5的引脚温度检测连接，控制模块5通热敏电阻NTC检测储能模块3的温度。

储能模块3可选择的至少包括第一储能模块和第二储能模块，第一储能模块和第二储能模块是不同类型的二次电池。例如第一储能模块和第二储能模块可以是具有金属锂氧化物和/或锂离子磷酸盐和/或其他锂基化学成分的锂离子电池组、铅酸（Lead-acid）电池组、镍氢（NI-MH）电池组中的任意两个，他们由不同的化学材料制成，具有不同的化学特性。当然，储能模块3也可以为其他类型的二次电池，例如超级电容，储能模块3也可以为锂电容电池等复合型的二次电池等等，在此不一一列举。

被识别单元33包括设置于壳体31内的识别电阻RS，第一储能模块和第二储能模块可以通过设置不同阻值的识别电阻RS进行区别，当然，也可以通过在第一储能模块中设置识别电阻RS，而在第二储能模块中不设置识别电阻RS进行区别。识别电阻RS通过电极端子35中的第二端子BS与识别模块7连接，识别模块7包括一个电压比较器U1,例如型号为LM239的电压比较器，电压比较器U1的同向输入端（+）输入基准电压，反向输入端（-）与电阻R32的一端以及第二端子B S连接，电阻R32的另一端与5V模块连接，电压比较器U1的输出端与电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与电阻R30的一端以及控制模块5的种类识别引脚连接，电阻R30的另一端与5V模块连接。

优选的，储能模块3还包括用于检测各个储能单元32电压状况的检测电路，检测电路与电极端子35中的第四端子BH连接，BH端子与控制模块5的单节检测端子连接。

控制模块5的存储单元内存储有至少两种预先设定的管理程序，其中第一管理程序适用于管理第一储能模块，第二管理程序适用于管理第二储能模块，控制模块5通过识别模块7识别当前使用的储能模块3的种类，根据识别结果切换执行与其对应的管理程序。

第一管理程序预先设定有第一储能模块的充放电方式和/或阈值参数，其中充放电方式包括在为第一储能模块充电时采用的方式，例如恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电、脉冲充电或者恒功率充电等等；阈值参数包括第一储能模块在充电时和放电时的电压阈值、电流阈值、温度阈值以及单个储能单元的电压阈值中的至少一个。第一管理程序将控制模块5检测到的第一储能模块的运行参数与阈值参数进行比较，当运行参数满足预设的阈值参数时，控制模块5控制充电保护模块51停止第一储能模块的充电进程或者控制放电保护模块52停止第一储能模块的放电进程。

第二管理程序预先设定有第二储能模块的充放电方式和/或阈值参数，其中充放电方式包括在为第二储能模块充电时采用的方式，例如恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电、脉冲充电或者恒功率充电等等；阈值参数包括第一储能模块在充电时和放电时的电压阈值、电流阈值、温度阈值以及单个储能单元的电压阈值中的至少一个。第二管理程序中预先设定的阈值参数的数值，与第一管理程序中预先设定的阈值参数的数值不同。例如当第一储能模块为锂离子电池组，第二储能模块为铅酸蓄电池组时，第一储能模块对充放电时的截止电压的精度要求较高，而第二储能模块在充电时，为了使铅酸蓄电池组能够充到标称容量95%以上的容量，需要适当的调高充电截止电压。同样，由于第一储能模块和第二储能模块的化学特性的不同，其在充电和放电时，对于温度变化以及其他参数的阈值要求也是不同的，在此不再赘述。

第二管理程序中预先设定的阈值参数的数量或种类，与第一管理程序中预先设定的阈值参数也可以是不同的，例如当第一储能模块为锂离子电池组，第二储能模块为铅酸蓄电池组时，第一储能模块在充电时，最好能够检测每个储能单元32的电压水平，以便更好的进行充电保护，所以第一管理程序中需要预先设定与每个储能单元32相关的阈值参数，控制模块5检测每个储能单元32的运行参数，在本实施方式中即BH端子输出的信号，与预先设定在第一管理程序中的阈值参数进行比较，从而对第一储能模块进行保护；而第二储能模块在充电时则无需根据每个储能单元32的电压水平进行保护，所以第二管理程序中可以不包括与BH端子输出的信号对应的阈值参数。

请参见图4，本发明实施方式提供的自动工作设备100的工作流程包括以下步骤：

步骤S1：安装储能模块。使用者在初次使用自动工作设备100时，将储能模块3安装入自动工作设备100预先设定的位置上，将储能模块3的电极端子35与自动工作设备100上的电极端子电性连接。在本实施方式中，储能模块3是与自动工作设备100分离设置的，当然，储能模块3也可以是一体的设置于自动工作设备100内的，仅在需要更换储能模块3时，才将储能模块3从自动工作设备100中取出。

步骤S2：启动自动工作设备。储能模块3安装完成后，启动自动工作设备100，控制模块5开始初始化。

步骤S3：检测储能模块信息。控制模块5通过种类识别引脚检测储能模块3的种类，在本实施方式中，自动工作设备100可以使用锂离子电池组以及铅酸蓄电池组作为储能模块3，其中，锂离子电池组中设置有识别电阻RS，而铅酸蓄电池组中没有设置识别电阻RS，其BS端子在壳体内部悬空。

当安装锂离子电池组至自动工作设备100时，锂离子电池组的BS端子内接识别电阻RS并输出低于2.5V的分压后电压，比较器U1将锂离子电池组的BS端子输出的电压与基准电压2.5V进行比较，由于比较器U1的反相输入端输入电压低于基准电压，比较器输出为高电平，此时控制模块的种类识别引脚检测到高电平。

当安装铅酸蓄电池组至自动工作设备100时，铅酸蓄电池组的BS端子内部悬空，比较器U1的反相输入端输入的电压高于基准电压，比较器U1输出为低电平，此时控制模块5的种类识别引脚检测到低电平。

在本实施方式中，被识别单元33为识别电阻RS，本领域技术人员能够想到的是，被识别单元也可以是能够用于表示储能模块3的种类的识别芯片，控制模块5或者识别模块7通过与识别芯片的通信，获取储能模块的种类信息。

步骤S4：判断储能模块种类。控制模块5的种类识别引脚检测到高电平时，判断当前使用的电池包为锂离子电池组，当控制模块3的种类识别引脚检测到低电平时，判断当前使用的电池包为铅酸蓄电池组。

步骤S5：选择储能模块管理程序。当判断当前使用的储能模块3为锂离子电池组时，控制模块5从其存储器中读取锂离子电池组的管理程序，并执行该管理程序对锂离子电池组的充放电进行管理；当判断当前使用的储能模块3为铅酸蓄电池组时，控制模块5从其存储器中读取铅酸蓄电池组的管理程序，并执行该管理程序对铅酸蓄电池组的充放电进行管理。

本发明提供的自动工作设备，能够适配不同种类的储能模块，并且根据不同储能模块的充放电特性对其充放电进程进行管理，使用者在使用自动工作设备时，可以自由的更换储能模块，使用方便；自动工作设备的生产厂家在选用不同种类的储能模块时，可使用同一种控制装置，降低了成本。

本领域技术人员可以想到的是，本发明还可以有其他的实现方式，但只要其采用的技术精髓与本发明相同或相近似，或者任何基于本发明作出的易于思及的变化和替换都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动工作设备，在预先设定的工作区域内自动行走工作，包括：

工作模块；

储能模块；

控制模块，控制所述储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量；

其特征在于：所述自动工作设备包括用于识别所述储能模块的类型的识别模块，所述控制模块预先设置有至少两种所述储能模块的管理程序，所述控制模块基于所述识别模块的识别结果，切换执行对应的管理程序。

2.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述储能模块为锂离子二次电池或者铅酸二次电池或者复合型二次电池。

3.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述管理程序管理所述储能模块，当所述储能模块的运行参数满足预设的阈值参数时，停止所述储能模块的充电或放电进程。

4.根据权利要求3所述的自动工作设备，其特征在于：所述运行参数和所述阈值参数包括所述储能模块的电压、电流、温度以及储能模块中单个储能单元的电压中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述储能模块可选的设置被识别单元，所述识别模块通过检测所述被识别单元是否存在判断所述储能模块的种类。

6.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述储能模块包括用于表示储能模块种类的识别电阻,所述识别电阻连接至比较器，所述识别模块基于比较器输出的电平判断储能模块的种类。

7.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述储能模块包括用于表示储能模块种类的识别芯片，所述识别模块与所述识别芯片进行通信获取所述储能模块的种类。

8.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述储能模块一体的设置于所述自动工作设备内。

9.根据权利要求1所述的自动工作设备，其特征在于：所述自动工作设备包括至少一个开关单元，所述控制模块通过所述开关单元控制所述储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量。

10.一种自动工作设备的控制模块，用于控制所述自动工作设备的储能模块向所述工作模块提供能量以及控制所述储能模块从外部电源补充能量；其特征在于：

所述控制模块预先设置有至少两种所述储能模块的管理程序，分别用于管理至少两种不同类型的储能模块。