一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路制造技术

导电滑环是实现旋转机构之间的信号及电能传输的常用装置。但传统的接触式导电滑环的基本原理均为利用电刷的弹性压力与导电环环槽滑动接触来传输信号及电能，在使用过程存在可靠性不高、易磨损等缺陷。本发明专利技术专利公开了一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路，利用磁耦合谐振式无线电能传输技术和FSK信号调制解调技术来实现旋转结构间的信号与能量双传输的导电滑环电路。利用这个电路实现滑环两端的无电气接触，因此能够有效解决旋转结构转子与定子之间数据及能量传输的稳定性问题，增加滑环的可靠性，延长滑环的寿命，也可以应用于防水等级要求较高的场合。

An Electric Energy and FSK Signal Transmission Circuit for Contactless Sliding Ring

Conductive sliding ring is a common device for signal and power transmission between rotating mechanisms. But the basic principle of traditional contact conductive sliding ring is to use the elastic pressure of the brush and sliding contact with the groove of the conductive ring to transmit signals and electric energy. There are some shortcomings in the use process, such as low reliability and easy wear and tear. The invention discloses an electric energy and FSK signal transmission circuit for contactless sliding ring, which realizes double transmission of signal and energy between rotating structures by magnetic coupling resonance radio energy transmission technology and FSK signal modulation and demodulation technology. This circuit can realize no electrical contact between the two ends of the sliding ring, so it can effectively solve the stability problem of data and energy transmission between the rotor and stator of the rotating structure, increase the reliability of the sliding ring, prolong the life of the sliding ring, and can also be applied to the occasion with higher waterproof grade requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路
本专利技术专利涉及新型旋转结构间的导电滑环领域，尤其涉及一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路。。
技术介绍
随着经济的发展和工业技术的进步，工业机械及机器人的需求量不断增加，人们对工业机械设备的性能日趋重视，同时工业机械的结构的复杂程度也在不断增加，导电滑环作为能够实现旋转机构之间的信号及电能传输的装置，能够为复杂的运动设备提供可靠能源与信号，是现代工业技术不可或缺的重要部件。导电滑环在机器人等一些复杂运动机械中使用较广，广泛应用在机械臂、机器人、绕线机、灌装机等设备上。比如在三级倒立摆的机械结构中，导电滑环起到了位于底座固定端的单片机与位于旋转端的角度传感器之间的信号与电能传输的作用。机械手的旋转部位需要用到导电滑环，帮助在旋转时传输电力以及信号来维持机械手的运作。若无导电滑环，在旋转结构上的导线会因为过度缠绕而发生绷断。市面上的机械滑环存在大量的机械结构，结构复杂，维护成本高，且适用面较窄，近年来出现了一些新型导电滑环，如新型实用专利“一种导电滑环及使用该导电滑环的多炉头电磁炉转盘（CN201620805189.6）”和新型实用专利“旋转导电滑环（CN201820744323.5）”。但它们的基本结构都是由弹性材料(电刷)、滑动触点表面材料（导电环、精密小钢轴承）、绝缘塑胶材料、树脂粘合材料组成。长时间使用会导致可靠性降低，效率降低。还有是基于无线电能传输技术的新型实用专利“一种无触点的能量及信号传输滑环（CN201810536156.X）实现了滑环之间无接触的电能和信号双传输，其原理是利用DDS产生载波来传输电能，但存在体积过大，功耗过高，设计复杂等问题。鉴于上述缺陷，本专利技术设计了一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路。能够有效提高旋转结构转子与定子之间数据及能量传输的稳定性和可靠性，延长导电滑环的使用寿命。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路，其包括发送微处理器、发送电源模块、PWM驱动模块、发送线圈及补偿网络模块、接收线圈及补偿网络模块、整流滤波模块、稳压模块、波形转换模块和接收微处理器。在发送微处理器通过串口接收到要发送的数据之后，根据不同的数据，通过内部算法生成一系列按规律变化的不同频率的脉冲方波，其中3个180KHZ的脉冲方波代表起始位，3个144KHZ脉冲方波代表“1”，3个160KHZ脉冲方波代表“0”，数据位总共为24个脉冲方波。为了提高无线电能的传输功率，将发送微处理器与PWM驱动模块连接，通过PWM驱动模块内部的MOS管，将发送微处理器输入其中的脉冲方波转换为带负载能力更强但频率不变的脉冲方波。为了实现磁耦合谐振式无线电能传输的功能，将PWM驱动模块输出的FSK脉冲方波加载在发送线圈及补偿网络模块两端，使其在谐振时电路的阻抗达到最小。这样在发送线圈及补偿网络模块上就能产生一个交变的电磁场。同时，在接收线圈及补偿网络模块的作用下，在接收电路上感应出一个交变信号，然后将此信号分为两路，一路经过整流滤波模块，产生一个脉动较小的直流电压，然后通过稳压模块，将电压稳定在一个合适的电压范围，以供给接收电路上的接收微处理器和波形转换模块使用，同时向外电源输出。另一路通过波形转换模块，将信号转化成同频率的脉冲方波，以提供给接收微处理器，接收微处理器将发送微处理器通过发送线圈及补偿网络模块发送的FSK脉冲方波解析出来，以此来完成信号和能量的双传输。本专利技术的有益效果：1、使用成本低：用于无触点滑环的电能及FSK信号传输的电路在工作过程中，电能及信号无触点传输，消除了传统滑环的旋转/旋转电气接口与固定电路触点之间的摩擦或发热，延长了滑环的使用寿命。2、适应性好：用于无触点滑环的电能及FSK信号传输的电路因为通过空气传播电能及信号，避免水分、温度波动、振动、油或者其它污染物等环境因素对其工作状态下产生的影响，增加了对环境的适应性。3、可靠性高：用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路通过线圈感应电磁场而在两个物体之间无接触传递电流和信号，进而将电能传递到所需设备，与传统的金属导线相比，减少了电能传输过程中导线的能量损耗以及物理接触不稳定、漏电等情况，使电能和信号的传输效率更高，更安全可靠。附图说明图1为本专利技术一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路的总体结构示意图；图2为本专利技术一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路的电路示意图；图3为本专利技术一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路的发送程序示意图；图4为本专利技术一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路的接收程序示意图；图5为本专利技术一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路的发送线圈及补偿网络模块和接收线圈及补偿网络模块的硬件电路示意图；1：发送电路；2：接收电路；3：发送微处理器；4：发送电源模块；5：PWM驱动模块；6：发送线圈及补偿网络模块；7：接收线圈及补偿网络模块；8：整流滤波模块；9：稳压模块；10：波形转换模块；11：接收微处理器。具体实施方式图1所示，其为本专利技术一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路的总体结构示意图。发送电路（1）上包括发送微处理器（3）、发送电源模块（4）、PWM驱动模块（5）、发送线圈及补偿网络模块（6）。接收电路（2）上包括接收线圈及补偿网络模块（7）、整流滤波模块（8）、稳压模块（9）、波形转换模块（10）和接收微处理器（11）。发送电路（1）和接收电路（2）固定在导电滑环相互旋转的两端。图2所示，发送电路（1）上的发送微处理器（3）通过UART1口连接的串口发送过来的数据通过内部算法生不同频率的脉冲方波信号，其中3个180KHZ的脉冲方波代表起始位，3个144KHZ的脉冲方波代表“1”，3个160KHZ脉冲方波代表“0”，数据位总共24个脉冲方波，发送微处理器（3）将脉冲方波输入到PWM驱动模块（5）的PWMA口，发送线圈及补偿网络模块（6）包括电容C1和线圈L1，电容C1的一端与PWM驱动模块（5）的AO2口连接，电容C1另外一端与线圈L1相连，线圈L1的一端与电容C1连接，线圈L1另外一端与PWM驱动模块（5）的AO1口相连。PWM驱动模块（5）能将发送微处理器（3）输入的脉冲方波的带负载能力提升，使无线电能传输的功率提升。外部的电源输入至发送电源模块（4），发送电路（1）的电源VDD、VCC和GND由发送电源模块（4）提供。接收电路（2）上的接收线圈及补偿网络模块（7）包括电容C2和线圈L2，整流滤波模块（8）包括整流桥Z1和电容C3，接收线圈及补偿网络模块（7）中的电容C2的一端与整流滤波模块（8）中的整流桥Z1的AC1端相连，电容C2另一端与整流滤波模块（8）中的整流桥Z1的AC2端相连，线圈L2一端与整流滤波模块（8）中的整流桥Z1的AC1端相连，线圈L2另一端与整流滤波模块（8）中的整流桥Z1的AC2端相连，整流滤波模块（8）中的电容C3的正极接在整流桥Z1的DC+端，电容C3的负极接在整流桥Z1的DC-端，稳压模块（9）的VIN端与整流滤波模块（8）中的整流桥Z1的DC+端相连，GNDRef端与整流滤波模块（8）中的整流桥Z1的DC-端相连，这样能将脉动较小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路，其特征在于包括发送电路（1）和接收电路（2），所述的发送电路（1）包括发送微处理器（3）、发送电源模块（4）、PWM驱动模块（5）、发送线圈及补偿网络模块（6），所述的接收电路（2）包括接收线圈及补偿网络模块（7）、整流滤波模块（8）、稳压模块（9）、波形转换模块（10）和接收微处理器（11），所述的发送电源模块（4）通过外部的电源输入为发送微处理器（3）和PWM驱动模块（5）提供电源，发送微处理器（3）在接收到串口发送过来的数据后，产生FSK调制后激励信号输出至PWM驱动模块（5），PWM驱动模块（5）将激励信号输出至发送线圈及补偿网络模块（6）, 发送线圈及补偿网络模块（6）产生共振的电磁场发送能量和信号，所述的接收线圈及补偿网络模块（7）将收到并补偿后的信号发送至整流滤波模块（8），整流滤波模块（8）输出的电能传递至稳压模块（9），稳压模块（9）输出稳定的电压为波形转换模块（10）和接收微处理器（11）供电，同时向外提供输出电源，波形转换模块（10）将从接收线圈及补偿网络模块（7）发送来的信号进行转换后输入到接收微处理器（11）进行信号解析，接收微处理器（11）通过串口将解析后的数据发送出去。...

【技术特征摘要】
1.一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路，其特征在于包括发送电路（1）和接收电路（2），所述的发送电路（1）包括发送微处理器（3）、发送电源模块（4）、PWM驱动模块（5）、发送线圈及补偿网络模块（6），所述的接收电路（2）包括接收线圈及补偿网络模块（7）、整流滤波模块（8）、稳压模块（9）、波形转换模块（10）和接收微处理器（11），所述的发送电源模块（4）通过外部的电源输入为发送微处理器（3）和PWM驱动模块（5）提供电源，发送微处理器（3）在接收到串口发送过来的数据后，产生FSK调制后激励信号输出至PWM驱动模块（5），PWM驱动模块（5）将激励信号输出至发送线圈及补偿网络模块（6）,发送线圈及补偿网络模块（6）产生共振的电磁场发送能量和信号，所述的接收线圈及补偿网络模块（7）将收到并补偿后的信号发送至整流滤波模块（8），整流滤波模块（8）输出的电能传递至稳压模块（9），稳压模块（9）输出稳定的电压为波形转换模块（10）和接收微处理器（11）供电，同时向外提供输出电源，波形转换模块（10）将从接收线圈及补偿网络模块（7）发送来的信号进行转换后输入到接收微处理器（11）进行信号解析，接收微处理器（11）通过串口将解析后的数据发送出去。2.根据权利要求1所描述的一种用于无触点滑环的电能及FSK信号传输电路，其特征在于所述的发送微处理器（3）的GPIO1口与PWM驱动模块（5）的PWMA口连接，发送微处理器（3）将UART1口发送过来的数据通过内部算法生成不同频率的FSK脉冲方波信号，其中3个180KHZ的脉冲方波代表起始位，3个144KHZ的脉冲方波代表“1”，3个160KHZ脉冲方波代表“0”，数据位总共24个脉冲方波，所述的发送微处理器（3）将脉冲方波输入到PWM驱动模块（5）的PWMA口，所述的发送线圈及补偿网络模块（6）包括电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：施阁，吴霞，戴明哲，王云铮，林如斌，徐立鑫，杨旭铭，陈君富，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33