一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器制造技术

本发明专利技术公开一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，包括主控单元，用于唤醒霍尔传感器，控制数据处理模块对收集到的信息进行数据处理；霍尔传感器，用于磁场的检测；数据处理模块，用于除去系统中的噪声和干扰信号；输出数据识别模块，用于识别波峰或者波谷；低功耗供电模块，用于为主控单元、霍尔元件、数据处理模块供电；本发明专利技术在外界干扰及不确定性的情况下时，仍然能够使磁导航传感器依然能准确检测到磁条的位置，使自主导航的机器人检测到的磁条位置更加准确，行动路径可靠性提高；同时使用低功耗工作模式，延长了工作时间，提高了工作效率。

A robot magnetic navigation sensor applied to substation inspection and intelligent logistics

【技术实现步骤摘要】
一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器
本专利技术涉及传感器领域，特别是涉及一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器。
技术介绍
现代智能电网在变电站巡检与物流方面，由于工作需求量大、劳动强度大，人工模式难以为继，而自主导航的机器人可以通过识别地面上铺设的磁条实现路径识别，从而代替人工进行电力系统中的变电站巡检与物流化配送，因此自主导航的机器人越来越得到智能电网的青睐。自主导航的机器人在变电站巡检与智能物流中充分显示出了其优越性，即能够在无人值班的变电站对室外高压设备进行巡检，完成对变电站设备的检查与操作，从而使巡检工作质量和效率得到有效提高；能够完成电网中物资的自主运输、自动化配送、智能化仓储，使得电网物流效率更高、成本更低，更加趋于智能化与自动化。导引技术是自主导航的机器人的关键技术，而磁导航传感器又是导引技术的重要组成部分，决定了其智能性和运动精确度，而传统的磁导航传感器采用阈值比较输出的方式，由于各个模拟霍尔传感器的一致性差、功耗大且输出存在温漂，因此现在急需一种新的输出方式，降低传感器的功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，以解决上述现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，包括：霍尔传感器，用于磁场的检测，根据磁场的强弱输出相应的电压值；数据处理模块，用于除去系统中的噪声和干扰信号，提高数据准确度；主控单元，用于唤醒霍尔传感器，控制数据处理模块对收集到的信息进行数据处理；输出数据识别模块，用于识别波峰或者波谷，当识别到波峰或者波谷时，表示检测到磁条，然后再检测出波峰中的最大值点或者波谷中的最小值点，即可得到磁条的准确位置；低功耗供电模块，用于为主控单元、霍尔元件、数据处理模块供电。优选的，所述低功耗供电模块采用TPS79633芯片，所述TPS79633芯片将5V电源转换为3.3v给霍尔传感器供电。优选的，所述霍尔传感器采用DRV5053霍尔元件。优选的，所述数据处理模块包括：低通滤波器，用于滤除掉附加在霍尔传感器输出的电压信号中的高频噪声信号；电压跟随器，用于对低通滤波器输出的电压信号进行阻抗变换；MSP430FR2155单片机，所述单片机采用卡尔曼算法对干扰波动很大的电压数据进行滤波处理。优选的，当磁条N极正对霍尔传感器时，对磁条位置的识别则等效为识别出波峰或者波谷，当识别到波峰或者波谷时，即表示检测到磁条，然后再检测出波峰中的最大值点或者波谷中的最小值点，即为磁条的准确位置。优选的，对传感器输出波峰和波谷的检测是通过实时平均值作为阈值的方法实现，首先取多个传感器输出值的平均值作为阈值，由于磁条位置的变化，这个平均值也在一定范围内滑动，当连续多个值超过或者低于这个滑动平均值时，即可识别出波峰或波谷。一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器的方法，低功耗模式：单片机进行实践设定，到达设定时间时，所述单片机被定时器中断唤醒,从睡眠模式进入正常工作模式，执行程序设置的任务，首先，通过指令唤醒霍尔传感器，霍尔传感器被唤醒后，开始检测电压值，通过数据处理模块中的低通滤波器、电压跟随器进行滤波处理；然后将处理后的电压信号接入单片机中，通过单片机进行对电压信号进行卡尔曼滤波处理；最后输出数据信息；单片机在接收到数据服务器传回的数据验证成功信息后，单片机进入睡眠模式，并切断霍尔效应传感器模块和低功耗供电模块，使整个系统进入低功耗状态；当下一次设定时间到时，再次被定时器中断唤醒，如此循环。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术中使用霍尔传感器来检测磁场中的元件，并根据磁场的强弱输出相应的电压值，再经过数据处理模块除去系统中的噪声和干扰信号，提高数据准确度，然后将处理后的电压信号输入输出数据识别模块，来识别波峰或者波谷，当识别到波峰或者波谷时，表示检测到磁条，然后再检测出波峰中的最大值点或者波谷中的最小值点，即可得到磁条的准确位置，得到了较实际数据更精确的检测数据，数据波动小，收敛速度最佳。在外界干扰下，例如磁场干扰以及信号波动等情况下，使磁导航传感器依然能准确检测到磁条的位置，使自主导航的机器人检测到的磁条位置更加准确，行动路径可靠性提高；整个系统使用低功耗供电模块供电并且该传感器采用低功耗供电模块，系统将在低功耗工作模式运行，大大改善了现有传感器高功耗的缺点，延长了工作时间，提高了工作效率，使得自主导航的机器人这一电网的重要组成部分更加智能和自动化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的磁导航传感器的电路结构示意图图2为本专利技术的自主导航的机器人底部结构示意图；图3为本专利技术的DRV5053工作电路示意图；图4为本专利技术的模拟霍尔传感器输出电压示意图；图5为本专利技术的实际ADC输出数据结果示意图；图6为本专利技术的卡尔曼滤波算法迭代结果示意图；图7为本专利技术的滤波数据曲线与实际数据曲线示意图；图8为本专利技术的放单根N极磁条时的滤波数据曲线与实际数据曲线示意图；图9为本专利技术的放置单根S极磁条时的滤波数据曲线与实际数据曲线示意图；图10为本专利技术的放置两根N极磁条时的滤波数据曲线与实际数据曲线示意图；图11为本专利技术的放置两根S极磁条时的滤波数据曲线与实际数据曲线示意图；其中，低功耗供电模块1，霍尔传感器2，数据处理模块3，输出数据识别模块4，磁导航传感器5，主动轮6，万向轮7，磁条8，低通滤波器9，电压跟随器10，单片机11。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参照图1-11，自主导航的机器人的动力由两个主动轮6提供，后部有两个从动万向轮7，可通过主动轮6差速的方法实现转向，磁导航传感器5安装在车体前部，不断地检测磁条8位置，自主导航的机器人主控制器通过磁导航传感器5输出信号来校正行走路径。本专利技术提供一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，包括霍尔传感器2，用于检测磁场的元件，根据磁场的强弱输出相应的电压值；数据处理模块3，用于除去系统中的噪声和干扰信号，提高数据准确度，所述数据处理模块3包括低通滤波器9，用于滤除掉附加在霍尔传感器2输出的电压信号中的高频噪声信号；电压跟随器10，用于对低通滤波器9输出的电压信号进行阻抗变换；MSP430FR2155单片机11，所述MSP430FR2155单片机11采用卡尔曼算法对干扰波动很大的电压数据进行滤波处理，输出数据信息；主控单元，用于唤醒数字锁存霍尔效应传感器DRV5053，控制数据处理模块3对收集到的信息进行数据处理；霍尔传感器2后接由电容与电阻组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，其特征在于：包括霍尔传感器(2)，用于磁场的检测，根据磁场的强弱输出相应的电压值；数据处理模块(3)，用于除去系统中的噪声和干扰信号，提高数据准确度；主控单元，用于唤醒霍尔传感器(2)，控制数据处理模块(3)对收集到的信息进行数据处理；输出数据识别模块(4)，用于识别波峰或者波谷，当识别到波峰或者波谷时，表示检测到磁条(8)，然后再检测出波峰中的最大值点或者波谷中的最小值点，即可得到磁条(8)的准确位置；低功耗供电模块(1)，用于为主控单元、霍尔元件、数据处理模块(3)供电。

【技术特征摘要】
1.一种应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，其特征在于：包括霍尔传感器(2)，用于磁场的检测，根据磁场的强弱输出相应的电压值；数据处理模块(3)，用于除去系统中的噪声和干扰信号，提高数据准确度；主控单元，用于唤醒霍尔传感器(2)，控制数据处理模块(3)对收集到的信息进行数据处理；输出数据识别模块(4)，用于识别波峰或者波谷，当识别到波峰或者波谷时，表示检测到磁条(8)，然后再检测出波峰中的最大值点或者波谷中的最小值点，即可得到磁条(8)的准确位置；低功耗供电模块(1)，用于为主控单元、霍尔元件、数据处理模块(3)供电。2.根据权利要求1所述的应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，其特征在于：所述低功耗供电模块(1)采用TPS79633芯片，所述TPS79633芯片将5V电源转换为3.3v给霍尔传感器(2)供电。3.根据权利要求1所述的应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，其特征在于：所述霍尔传感器(2)采用DRV5053霍尔元件。4.根据权利要求1所述的应用于变电站巡检与智能物流的机器人磁导航传感器，其特征在于：所述数据处理模块(3)包括低通滤波器(9)，用于滤除掉附加在霍尔传感器(2)输出的电压信号中的高频噪声信号；电压跟随器(10)，用于对低通滤波器(9)输出的电压信号进行阻抗变换；MSP430FR2155单片机(11)，所述单片机(11)采用卡尔曼算法对干扰波动很大的电压数据进行滤波处理，输出数据信息。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：山炳强，任宝森，张睿，尹国慧，隋宗强，刘键铭，李杰，黎冯成，刘腾，肖永涵，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37