機器人能源處理專題-機器人電源管理系統 阿新 • • 發佈：2018-12-04 變電站巡檢機器人電源系統研究 變電站運規要求執行人員進行日常巡檢工作，每天或定期採集大量的執行資料。這種人工方式存在勞動強度大，容易使人產生厭煩，檢測質量分散，主觀因素多，巡檢不到位難以監控，巡檢結果數字化不便等缺陷，不符合智慧電網的發展方向。為了解決這個問題，兼顧變電站的執行方式，變電站巡檢機器人部分替代人工巡檢已經成為一種趨勢。變電站巡檢機器人採用自主或遙控方式，通過紅外熱像儀對電氣裝置、裝置連線處和電力線路進行溫度檢測：使用可見光攝像機對執行裝置的外觀異常和線路中懸掛的異物進行識別檢測；通過分析拾音器採集回來的裝置聲音，確定裝置的執行情況。巡檢機器人後臺系統對巡檢資料進行對比和趨勢分析，及時發現電網執行的事故隱患和故障先兆，如：異物、損傷、發熱、漏油等。巡檢機器人為提高變電站的數字化程度和全方位監控的自動化水平，確保裝置安全可靠執行發揮了重要作用。 電源系統是為巡檢機器人提供動力的心臟部分，電源系統是否正常工作直接影響到機器人內部裝置的穩定執行。巡檢機器人要在變電站長期值守、完全自治，就必須配備一套自動化水平高、穩定性強的電源系統。本文提出一種狀態監測全面，自動化程度較高，互動性好，實用性強，適用於巡檢機器人長期自主執行的電源系統。該系統全面監測電壓、電流、電量及溫度，具有過放、過充、欠壓等多重保護，實現機器人內部溫度自動調節及電池自動充電，非易失性儲存命令執行及異常發生時的狀態，能夠滿足變電站巡檢機器人的功能需求。本文詳細論述了其功能結構及工作原理，並給出了部分電路原理圖。 1. 系統設計 變電站巡檢機器人電源系統功能結構如圖1所示。電源系統以微控制器為核心，通過外圍介面和驅動控制等電路實現狀態檢測、電源輸出及充電過程控制、資訊互動等功能。通過串列埠通訊實現與工控機命令執行及狀態反饋的互動。通過檢測晶片監測電壓、電流、電量及溫度等資訊，實現機器人執行狀態的實時監控。保護電池和電路安全，包括對電池過放、過充保護，過流、過壓保護和電路短路、浪湧保護等。當檢測到電池電壓過低時，電源系統上傳告警資訊並自動切斷電池供電，從而防止電池過放。當檢測到電池充電電量超過預定飽和值時，電源系統自動停止電池充電，從而防止電池過充，綜合運用各種措施保證電池使用安全，延長電池使用壽命。電源系統控制充電機構實現自動充電，通過驅動電路控制繼電器組實現電池充電、供電切換和裝置電源單獨控制。為了便於後續檢查機器人執行狀態，分析機器人執行故障，以事項形式儲存命令執行和異常發生時的電源狀態。控制散熱風扇和電加熱板使機器人本體內部溫度達到電池及裝置工作的適宜溫度⋯。電源模組根據裝置電壓等級及功率要求，轉換分配為各支路電源輸出。指示燈顯示電源系統通訊、電量及支路電源等狀態。 功能模組設計 電池選型 巡檢機器人的移動屬性決定其適合採用無纜化的電池供電。電池的選用通常需要考慮如下幾個因素： (1)電壓等級：決定了機器人內部裝置的電壓適用範圍； (2)電池容量：決定了機器人的工作時間和續航能力； (3)尺寸和重量：在某種程度上決定了機器人本體的尺寸和重量。 根據變電站巡檢任務的工作量，設計變電站巡檢機器人最高速度為1．5 m／s，連續工作時間最長為3 h。根據機器人內部裝置電壓及功耗，計算出機器人靜態工作電流2A，動態工作電流4A，最大工作電流10A，考慮電池裕量及衰減，機器人內部空間有限及移動裝置自重不宜過重等限制，本文選用額定電壓25．2 V，容量50 Ah的三元鋰電池組。三元聚合物鋰電池能量密度大，重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的40％～50％，鎳氫的20％～30％。單體電壓高，自放電小，每月在10％以下。沒有記憶效應，迴圈壽命高，在正常條件下，鋰離子電池的充放電週期可超過500次。工作溫度範圍寬至一20～60℃。迴圈效能優越，可快速充放電，充電效率高達100％，不含有諸如鎘、鉛、汞等有害金屬物質，對環境無汙染。 電源狀態監測 電源狀態監測是電源系統的基本功能。主要包括對電池組總電壓、電流、電量及溫度等基本資訊的採集。通過監測電池組的實時狀態，實現對電池組的有效控制，提高電池使用安全及 效率，延長電池使用壽命。 電壓、電流、電量檢測 DS2438是美信公司推出的單匯流排智慧電池監測晶片，具有體積小、硬體接線簡單等優點，便於對電池組執行狀態進行監測⋯。本文應用DS2438檢測電源狀態的原理圖如圖2所示。DS2438的Vad為電壓輸入端，DQ為資料讀寫端。DS2438片內整合有10位A／D轉換器，測量範圍是0～10 V，解析度為10 mv。經過取樣電阻分壓和儀表放大器AD620阻抗匹配後，DS2438可以檢測機器人電池、充電器及外供電源的電壓值[”。vsens+、vseIls一為DS2438的電流輸入端。通過測量取樣電阻R2的兩端電壓，並將測量的電壓值送至DS2438的電流暫存器，間接測量電池的輸出電流或充電電流。電池電流等於電流暫存器中的值／“096+Rsens)，Rsens為取樣電阻的阻值。DS2438利用整合電流累加器(ICA，IIltegmted Current Accumulator)對電池剩餘電量進行跟蹤。IcA儲存著流經電池的總電流，通過與初始電量對比後，就可以得到電池的剩餘電量。IcA暫存器儲存空間有限，跟蹤大容量電池組的剩餘電量不夠用。可以使用外部非易失性儲存器擴充套件儲存空間，提高DS2438跟蹤剩餘電量的適用範圍。 溫度檢測 自動充電 實時時鐘及事項儲存 為了便於後續檢查機器人執行狀態，分析機器人執行故障，以事項形式非易失性儲存命令執行和異常發生時的電源狀態。狀態資訊主要包括：精確到秒的時間標籤、電源狀態標誌、告警標誌、繼電器狀態、電池充放電電流、外部供電電流、電池啟動電壓、外部供電電壓、電池電壓、充電器電壓、溫度資訊等。每條事項記錄22個位元組，除狀態資訊外，還包括幀同步、命令字、執行狀態、記錄總數、事項召喚的起始地址及召喚個數等。整合器件FM31256可以非易失性儲存幾百條歷史事項，為分析問題、排除故障發揮重要作用。蹦31256應用原理圖如圖4所示。蹦31256採用PC介面，內部具有256kb的序列非易失性儲存器n⋯，擦寫次數無限次，功耗低。片內實時時鐘以BCD(Binary-CodedDecilnal，二一十進位制程式碼)格式提供時間和日期資訊，可以通過外部電池或電容供電防止掉電丟失，還可以用軟體校準模式提高時間記錄器的精確性。另外，剛31256片內有早期電源失效報警模組，PFI引腳電壓與1．2 v參考電壓進行比較，當PFI輸入電壓低於該閾值時，PF0引腳輸出低電平。PFI訊號上升時，比較器有100 Inv(最大)的滯後以降低噪聲靈敏度，PFI的下降沿沒有滯後。PFo輸出可以作為系統判斷電池電壓的重要依據之一。 變電站巡檢機器人部分替代人工巡檢已經成為一種必然趨勢。機器人長期無人化自動巡檢，為電網安全穩定執行發揮了重要作用。本文提出了一種應用於變電站巡檢機器人的電源系統，對機器人全面監測電壓、電流、電量及溫度，全面記錄歷史事項資訊，具有過放、過充、欠壓等多重保護，實現機器人內部溫度自動調節及電池自動充電。該系統狀態監測全面，自動化程度高，互動性好，實用性強，適用於巡視機器人長期自主執行。 自主水下機器人電源管理系統 主要介紹了自主水下機器人的能源系統的設計。通過對幾種常見的電池進行分析,最後選擇了鋰離子電池作為系統的主要能源。提出了一種的電源管理系統設計方案,系統以微控制器為核心,充分利用微控制器的資源,結合外圍的感測器對中裝置的電壓、電流和溫度等資訊進行全程監控,並可以通過相應電路對系統進行控制,在系統出現各種故障時可以及時查詢並處理故障。 1. 電源管理系統主要功能 主要功能介紹 電源管理系統是能源系統的重要部分,它負責對的能源進行實時的監控和管理。由於大多時刻都是由主電源供電,所以這裡只討論對主電源部分進行的管理。 電源管理的主要功能是通過採集各個耗電模組節點的電壓、電流、和電池及測試點溫度等資訊通過計算得出系統剩餘工作時間的估計值和系統的工作狀態,通過介面與負責決策處理的中央工控機進行通訊,通過對每一路情況的分析,為中央控制系統提供決策,同時通過驅動電路控制繼電器對每一路分別進行相應的供電控制。在出現問題時應急處理模組啟動,對故障進行處理保障順利返航。電源管理系統結構如圖3一2所示。 各部分模組功能介紹 系統分為四大功能模組資料採集模組、開關控制模組、電量計算模組、應急處理模組。電源管理系統從監控節點採集模擬量輸入如電壓、電流、溫度等,進行電量計算同時通過介面接收工控機的指令,對資料預處理,對開關量如繼電器通斷狀態進行相應操作,在出現故障時呼叫應急處理模組。 （1）資料採集模組 資料採集模組負責對電源輸出的電壓、電流、電池組與工作倉內大功率器件周圍的溫度等模擬量進行採集和預處理,為系統狀態分析提供依據。 （2）開關控制模組 開關控制模組通過驅動電路控制繼電器的開關,從而對每一個耗電裝置的電力供應進行管理,同時便於在某一裝置出現短路等故障時,不影響其他裝置的供電。 （3）電量計算模組 電量計算模組採用每秒平均電流值作為當前單位時間的電量進行累加。儲存下來後,根據電池總電量、己消耗電量和當前工作電流,可以計算出系統所能工作的剩餘時間,可為整個系統的執行提供參考。 （4）應急處理模組 應急處理模組在電池電量不足時,結合電池組電壓情況,通知工控機並及時切換備用電源,根據工控機指令關閉相應裝置減少電源消耗,同時做好上浮準備。在總電流過流時,系統將關閉所有通路,並進入異常處理模式。在異常處理模式中,電源模組結合各測試點電流、溫度值,快速查找出相應的故障通道,檢測出並關閉故障通道,並向上級工控機報告狀態。 2.電源管理系統硬體設計 本文控制器選擇ATMEL公司生產8位微控制器AT89C52。AT89C52是一個高效能、低電壓的COMS 8位微控制器,片內含8K bytes的可反覆擦寫1000次以上的Flash只讀程式儲存器和256bytes的隨機存取資料儲存器,其採用ATMEL公司的高密度、非易失性儲存技術生產,相容MCS一51指令系統,足夠滿足系統設計的要求。 AT89C52正5V供電,有40個引腳,32個外部雙向輸入輸出埠,3個16位可程式設計定時計數器,同時含有2個外中斷口,2個全雙工序列通訊口,共6箇中斷源。時鐘頻率0一24M,2個讀寫口線,3級加密位,低功耗空閒和掉電模式,可軟體設定睡眠和喚醒功能。其將通用的微處理器和Flash儲存器結合在一起,特別是可反覆擦寫的儲存器可有效地降低開發成本。 電源管理系統連線圖如圖3一3所示。這裡P0口負責各通路開關量控制,輸出高低電平通過驅動電路控制繼電器;P1口負責電壓、電流訊號的採集,P2.0口負責溫度訊號的採集。同時擴充套件RS232介面進行與工控機的通訊,方便接受上位機指令。 電壓監測 電壓訊號的採集即是對模擬資料量的採集,這裡採用T1公司生產的12位ADC晶片TLC2543進行轉換。 TLC2543具有11路模擬輸入通道、正常溫度範圍內10us的轉換速度、片內系統時鐘,取樣精度達到12位,線性誤差士1LSB Max,片內系統時鐘,自動取樣和保持,輸出資料可以設定單極性、雙極性,資料長度、MSB、LSB都可以通過程式設計設定,外部時鐘最高可達4.1MHZ,能提供較高精度且多通道的資料採集功能。訊號以序列方式輸出,只需要微控制器4個引腳就可以對11路通道進行採集。TLC2543的引腳定義如圖3一4所示。 AIN0-AIN10:11通道模擬輸入。 DATA INPUT:序列資料輸入。4位的序列地址選擇模擬輸入通道或者測試下次將要被轉換的電壓。序列資料MSB優先,在前4個上升沿被鎖存。在四個地址位之後讀到地址鎖存器裡面,I/O時鐘驅動剩餘的位按順序排列。 DATA OUT:3態刀轉換結果輸出埠。在CS為高時輸出端處於高阻態,在CS低時使能輸出。當CS有效時輸出埠從高阻態變為前一次轉換結果的MSB/LSB邏輯電平。下一個I/O時鐘下降沿驅動輸出端變為下一個MSB/LSB邏輯電平(移位),其他資料位按順序移位輸出。 CS:片選,下降沿復位內部計數器和控制器,並使能資料輸入、輸出和I/O時鐘。上升沿在一個設定時間內關閉資料輸入和I/O時鐘。 I/OCLOCK:輸入輸出時鐘。 由於各電壓監測節點部分電壓各不相同,要轉換成TLC2543輸入端要求的0一5訊號,這裡採用分壓法,將電壓訊號經過分壓然後接入到TLC2543的模擬輸入端。 電阻分壓器產生一箇中間電壓接海水地。如圖3一5所示。AIN10實時對這個電壓進行監測,如果沒有漏電漏水這個中間分壓器應是預期的電壓。如果有故障,該電壓一般會被拉高或低。如果出現故障則通知工控機呼叫緊急處理模組。如果需要,每個負載都可以擁有自己獨立的接地故障檢測電路。 由微控制器P1.0一P1.3控制電壓檢測部分的輸入、輸出。P1.0口輸入方波時鐘,P1.1口輸入監測的通道和輸出資料型別,P1.2讀入刃轉換器的電壓輸出,P1.3口輸入選通使能。 電流監測 電流訊號的採集也是對模擬資料量的採集,採用LEM公司的電流感測器LTSR25一NP測量實時電流訊號。LTSR25一NP是基於霍爾效應的帶補償的閉環多量程電流感測器,採用單極性電壓供電,緊湊設計適合PCB安裝,具有優秀的精確度、良好的線性度、無插入損耗、最佳的響應時間和抗電流過載能力。額定工作電流為25A,最高可測量電流80A。LTSR25一NP內部結構如圖3一6所示。25度下的測量精度可達到士0.2%,完全滿足系統設計的要求。 LTSR25一NP輸入端有三種推薦連線模式。如圖3一7所示。第一種模式是平行連線。這樣可以測量最大的原邊電流。第二種模式測量額定電流士12A的電流。第三種模式測量額定電流士8A的電流。雖然減少測量範圍,但在小電流測量時提高了三倍精度。可以滿足不同電流場合的需求。 將該電流感測器分佈於動力系統的五個電機和DC/DC模組輸入端,可把採集到的電流轉為0一5V的電壓訊號輸出,然後通過微控制器的P1.4一P1.7口所連線的TLC2543轉換成數字量,送至微控制器。通過各個節點電流量的累加,同時可得到電池產生的瞬時總電流值。 溫度檢測 溫度檢測感測器採用DALLAS公司生產一線式數字溫度感測器DS18B20。DS18B20最大特點是獨特的電源和訊號複合在一起,僅使用一條微控制器口線,即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。測量溫度範圍為一55℃—+125℃,在一10—+85℃範圍內,精度為士0.5℃。適用電壓為3V一5V,9一12位解析度可調,含有使用者可定義的EEPORM,設定的報警溫度存在非易失儲存器中,掉電後依然可以儲存,每個晶片唯一編碼,支援聯網定址,簡單的網路化的溫度感知,零功耗等待。 只含有三個引腳VDD為電源電壓供電,引腳GND為電源地線,DQ為資料輸入輸出。各個節點溫度直接以“一線匯流排”的數字方式傳輸,大大提高了系統的抗干擾性。適合於惡劣環境的現場溫度測量,如環境控制、裝置或過程控制、測溫類消費電子產品等。 它既可寄生供電也可由外部5V電源供電。外部電源供電模式連線如圖3一8所示。這樣做的好處是I/O線上不需要加強上拉,而且匯流排控制器不用在溫度轉換期間總保持高電平。在轉換期間可以允許在單線總線上進行其他資料往來。可以在單線總線上可以掛任意多片DS18B20進行採集。在寄生供電情況下,當匯流排為高電平時, DS18B20從總線上獲得能量並儲存在內部電容上,當匯流排為低電平時,由電容向DS18B20供電。如圖3一9所示。這裡採用外部電源供電模式。 這裡將其用一根系統匯流排連線於微控制器P2.0口。將其分佈於電池組和其他大功率器件附近,實時的對整個AUV系統的溫度進行監控,為電源管理系統分析系統故障提供依據。 串列埠通訊 序列通訊在工業控制中非常重要,其中作為標準輸入輸出介面之一的RS一232C標準,已廣泛應用於微機之間的通訊、工業控制系統的遠端資料傳送等方面,有著廣泛的應用價值和較高的研究價值。資料傳輸速率在0一20kb/s範圍自主水下機器人能源與動力系統設計內。由於RS一232C標準對邏輯電平的定義為邏輯“1”的電平訊號電壓範圍一15V一3V,邏輯“0”的電平訊號電壓範圍+3V–+15V,高低電平用相反的電壓表示至少有6V的電壓差,極大提高資料傳輸的可靠性。 由於微控制器採用TTL,電平標準,因此在於工控機上採用RS一232C標準的介面通訊時,需要進行電平轉換,相關技術己經很成熟這裡就不詳細介紹。採用專門的轉換晶片MAX232C,具體電路圖如圖3一10所示。TXD、RXD分別與微控制器第11和10引腳相連。 3. 電源管理系統軟體設計 根據設計要求,電源管理系統的軟體總流程圖如圖3一11所示。 AUV下水前,系統上電後首先進行系統的初始化,這時各個裝置處於關閉的狀態下,資料採集模組依次對各個節點的電壓情況進行檢查,然後對漏電流情況進行測量,如果出現異常超過設定的閉值,則呼叫異常處理子程式,找出故障點,啟動蜂鳴器報警同時等待工控機決策。便於在AUV下水前及時發現潛在問題。 如果整個AUV電源系統正常,則下水後通過中斷接收工控機的指令,根據工控機要求開啟相應的裝置,關閉長時間不用的裝置,滿足AUV整體低功耗的要求。並對各個測試點的電壓、電流、溫度情況進行實時監測,出現異常呼叫異常處理子程式。 A/D轉換子程式 由於電壓量電流量都需要TLC2543進行A/D,這裡對A/D的子程式進行討論。因為AT89C52不帶SPI介面,需要軟體模擬,12個時鐘訊號從I/OCLOCK端依次加入,同時控制字從DATA IN引腳按位在時鐘訊號的上升沿送入TLC2543,同時上一週期轉換結果,從DATA OUT引腳按位輸出。TLC2543收到通道號的第4個時鐘訊號後,開始對選定通道進行模擬量取樣。在第12時鐘下降沿對本次取樣的模擬量進行轉換,儲存在暫存器中,待下一個工作週期輸出。因此在程式第一次取樣輸出的資料是無效的,應當捨去。訊號採集子程式如下: 為了提高測量的精度,減小測量誤差,對各個測量值採用多次測量求取平均值的軟體濾波方法。模擬量測量時,同一時間連續測量多次,對測量值取平均,獲得最佳的測量結果,防止因為模擬量的波動使得系統出現誤操作。 電量計算 對於電量的檢測由前面的分析可以知道,庫侖計數法是對流出電池的電流進行積分的。然後通過總電量減去已經消耗的電量進而求得剩餘電量,具體公式如下所示 Qr為剩餘電量,q1為電池標稱電量,即在約定電流和溫度下處於理想狀態時的所能放出的電量,Qt為己經使用的電量。K為電量加權係數。 這種方法對於剛剛充滿電量的新電池而言是很有效。但隨著電池老化和自放電這種方法就顯得不那麼有效了。我們無法對自放電速度測量,通常用一個預定義的自放電速度公式來對其進行校正。這種方法並不是很精確,因為不同的電池自放電速度各不相同,其模型不能適用於所有的電池。另一個缺點是電池在完全完全充電以後立即進行完全放電才能對電池的總容量進行更新,進而使得實際電量在完成更新前可能會大幅降低。 開路電壓法是利用電池的電壓與充電狀態之間的相互關係進行電池電量監測的。這種方法只有在未對電池接入負載即電路開路時,電池電壓才與充電狀態或電池電量有很高的關聯性,如果接入一個負載後,電池內部阻抗就會在其兩端產生一個壓降,電池的端電壓在其放電過程中變化較大。使得我們無法在執行過程中利用端電壓估計電池的剩餘容量,這樣就會產生較大的誤差。 在這裡綜合這庫侖計數法與開路電壓法的優點,進行以下的設計。首先採用開路電壓法,因為當電池斷電後,其端電壓隨著時間的推移會逐漸趨於穩定,這時的端電壓與其容量的關係較為明確。在每次系統上電時,各個部分裝置還沒有執行時,根據電池上電時的開路電壓情況參照電池放電曲線如圖3一12所示設定相應的電壓電量對應表,可以採用查表的方式得到開路電壓所對應的SOC值,然後對當前的SOC做一定的修正和補償,計算出的剩餘電量。在系統工作後採用庫侖計數法即由式3一2表示的方法對電池的電流進行實時監測通過積分求出系統消耗的電量,最後由3一1式得出當前系統的剩餘電量。這樣能夠給出電池任意時刻的剩餘電量值,便於我們對電池的電量進行長時間的記錄和監測。系統可以將當前狀態數值傳送給工控機儲存,便於通過分析實時的電壓、電流與SOC的關係對今後的設計提供幫助。當剩餘電量達到100Ah時候,電源管理系統通知機器人準備返航。 溫度採集 DS18B20的一線工作協議流程是:初始化–ROM操作指令–儲存器操作指 令–資料傳輸。具體的溫度採集子程式流程如圖3一13所示。 主機控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化,通過訊號線向DS18B20傳送一個滿足特定時序的負脈衝(480us一960us的低電平),接著主機釋放匯流排進入接收狀態, DS18B20檢測I/O引腳,如未檢測到高電平訊號則主機重發復位脈衝,直到檢測到I/O引腳上的上升沿之後,等待15一60us,然後發出存在脈衝(60一240us的低電平)。初始化成功後訊號線上的所有的晶片都被複位。 系統初始化程式如下: 接下來,使用者通過訊號線,傳送一個特定的64位序列號編碼。只有編碼一致的DS18B20晶片才被啟用進行採集。在使用者傳送序列號訪問命令選定特定DS18B20晶片後,被選中的晶片便可以接受記憶體訪問命令。微控制器通過介面讀入相應的溫度值。 主要介紹了自主水下機器人的能源系統的設計。通過對幾種常見的電池進行分析,最後選擇了鋰離子電池作為系統的主要能源。提出了一種的電源管理系統設計方案,系統以微控制器為核心,充分利用微控制器的資源,結合外圍的感測器對中裝置的電壓、電流和溫度等資訊進行全程監控,並可以通過相應電路對系統進行控制,在系統出現各種故障時可以及時查詢並處理故障。同時綜合開路電壓與庫侖計數法的優點,提出了一種實時準確檢測電池剩餘電量的方法,在電量不足是及時通知中央控制系統採取措施,具有很好的實用價值。 智慧家庭清掃機器人充電站的研究 智慧家庭清掃機器人系統由機器人和充電站兩部分組成。機器人主要負責清掃地面，同時具有自動清掃，遙控控制，自動避障，檢測臺階和樓梯，自動返回充電站充電，定時作，過流檢測等功能；充電站主要負責與機器人的無線通訊，發射召回訊號，對機器人進行充電。 1. 家庭清掃機器人的結構組成 智慧家庭清掃機器人的總體結構如圖 2-1 所示。 智慧家庭清掃機器人系統由機器人和充電站兩部分組成。機器人主要負責清掃地面，同時具有自動清掃，遙控控制，自動避障，檢測臺階和樓梯，自動返回充電站充電，定時工作，過流檢測等功能；充電站主要負責與機器人的無線通訊，發射召回訊號，對機器人進行充電。 2. 通訊方式的選擇 通訊是指對具有一定距離的被控目標實施控制。按照傳遞通訊訊號媒介不同，通訊技術可以分為無線通訊和有線通訊。有線通訊一般是利用金屬導線或者光纖作為傳輸媒體，而無線通訊是利用無線電、紅外光波、超聲波等作為載體，不用導線，而在空間傳輸，所以實用價值比有線通訊更大。 無線電通訊具有距離遠並能夠穿過牆壁等固體障礙物工作的特點，但也由於它會穿透牆壁，就有可能會干擾到其它使用者和裝置，同時它還易受其它電磁波的干擾，從而導致了誤動作多、可靠性差。 與無線電通訊相比，超聲波通訊比較簡單，其傳播時有一定方向性和反射特性，因此它也被廣泛使用，但其缺點是易受室內外超聲波輻射干擾，並且各種聲源的干擾均可能引起誤動作。 與以上兩者相比較，紅外通訊是目前最為廣泛使用的通訊方式，它利用紅外通訊器產生的紅外線作為在空間傳遞資訊的媒介，從而實現與裝置之間的遠距離通訊。 利用紅外光進行通訊具有以下特點： (1)頻率高，波長短，所發射的能量集中； (2)紅外線是人的肉眼看不見的光線，保密性強，選用它作為資訊載體，裝置工作時不存在視覺汙染，且對人體沒有傷害； (3)傳播範圍不受侷限，不存在頻率干擾問題，與無線電波方式相比，不必就頻譜資源問題向有關部門進行申請和登記，易於實施； (4)具有良好的指向性，當傳送裝置和紅外接收埠排成直線，左右偏差不超過一定角度的時候，紅外裝置執行效果最好； (5)目前產生和接收紅外訊號的技術己經比較成熟，元件體積小，成本低； (6)製作簡單、易於產生和調製等優勢。 基於以上的分析，選擇紅外無線通訊。 3. 智慧家庭清掃機器人充電站的設計方案 根據充電站總體功能的要求，研究確定了對接充電站硬體及軟體的總體設計方案如下。 系統硬體設計 系統硬體結構如圖 2-2 所示，主要由 5 個部分組成：微控制器及其外圍電路、專用遙控器、充電控制器、電源、紅外線發射模組。 (1)微控制器及其外圍電路&n
