基于近距离无线技术的超声波电机控制研究

    曹胜华，陈溪，金龙，徐志科

    (1．国电南京自动化股份有限公司，南京210003；2东南大学，南京210096)

    摘要：随着超声波电机应用于高档电动窗帘领域，控制系统提出了近距离无线控制的要求，因此本文对基于近距离无线技术的超声波电机控制技术进行研究。通过对主要近距离无线通信技术研究比较，选择最适合的zlgBee技术作为电动窗帘应用通信技术。同时给出遥控器和控制器的简略设计方案和工作流程。并且提出进一步研究内容。

    关键词：超声波电机；控制；近距离无线技术；zlgBee

O引言

    超声波电机是近几年得到迅速发展的一种新型电机，它突破了传统电机的概念，投有电磁绕组和磁路，不以电磁的相互作用来传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声波振动，通过摩擦来传递能量。与传统的电磁电机相比，它具有惯性小、响应快、控制特性好、不受磁场影响、同时本身也不产生磁场、定位精度高等特点。特别是它具有重量轻、结构简单、噪声小、低速大扭矩、可直接驱动负载等特性。由于可直接驱动负载，避免了使用齿轮变速而产生的振动、噪声、间隙以及低效率、难控制等一系列问题。该电机作为执行元件，在工业控制系统、汽车专用电器、超高精度测量仪器、办公自动化设备、智能机器人、医疗器械、高教器材、电动窗帘等领域具有，一泛应用前景。

    通常人们通过有线方式将控制命令下发到超声波电机控制器，再超声波电机控制器来完成超声波电机运行控制。但是随着超声波电机应用领域的拓展，有些应用提出了近距离无线控制的要求，例如电动窗帘控制。这里将针对电动窗帘应用对基于近距离无线技术的超声波电机控制技术进行研究，并给出相应的实现方案。

1总体方案

    由于超声波电机具有低速大扭矩、断电自锁、静音运行等特点，非常适合作为高档电动窗帘的驱动电机。这类高档电动窗帘在日本等发达国家得到较广泛的使用。随着我国人民生活水平的提高，预计这类高档电动窗帘将会在我国得到使用，并且市场会不断扩大。

    电动窗帘一般在家居环境中使用，这就要求对电动窗帘的控制要快捷方便，且能进行多种工作方式控制。在有线和无线等各种通信方式中，只有近距离无线通信控制技术才能满足此要求。

目前使用较广泛的近距离无线通信技术是蓝牙、无线局域网802．11、红外数据传输、zigBee、超宽频、短距通信(NFc)、wiMedia、GPs、DEcT、无线1394和专用无线系统等。它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用的特别要求，或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以****到足以满足所有的需求。

针对家居环境电动窗帘具体使用需求，控制系统和近距离无线通信技术必须具备以下特点：

1)成本低，用量大；

2)功耗低，长时间工作；

3)数据传输速率适中，几十kb／s～几百kb／s；

4)有效范围适中，10m～100m；

5)网络容量适中，最多可支持上百个设备；

6)工作频段灵活；

7)具有超视距通信能力。

 

 

从上表比较可以得出以下结论：zigBee技术最适合电动窗帘应用。因为zig]3ee技术具有成本低、功耗低、数据传输速率适中、有效范围适中、网络容量适中、具有超视距通信能力等特点。

确定zigBee技术作为电动窗帘应用通信技术后，结合超声波电机控制的需要，提出以下组网方案，如图1所示。

 

 

遥控器作为无线控制网络的中心节点，不但负责发出查询命令和控制命令，以及接收电动窗帘的状态信息，而且担任网络协调者，组建网络，通过发送网络查询(信标)、建立一个网络，管理网络节点，存储网络节点信息。

电动窗帘控制器作为无线控制网络的终端节点，负责接收遥控器(中心节点)的查询命令进行状态查询的回答，负责接收遥控器控制命令，控制电动窗帘按照控制命令运行。

遥控器作为中心节点，可以和每个电动窗帘进行点对点的通信，也可以对所有电动窗帘进行一对多的通信。组成一个典型的无线星形网络组织。

2方案实现

遥控器由Mcu(MSF。430F2272)、无线通信模块(LsDRF2400A12模块)、液晶显示模块(RT0802)、接口模块、电源模块等