基于近距离无线技术的超声波电机控制研究.pdf

基于近距离无线技术的超声波电机控制研究 1 1 2 2 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 zigbee 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；zigbee 0 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，没有电 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广泛应用前景。 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 (Bluetooth)、无线局域网 802.11(Wi-Fi)、红外数据传输 (IrDA)、ZigBee、超宽频(UltraWideBand)、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完美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。 主要近距离无线通信技术比较 比较项目 zigbee bluetooth UWB 超宽带 Wi-Fi NFC 价格 低 中等 高 高 低 安全性 中等 高 高 低 极高 传输速度 10Kbps～250Kbps 1Mbps 53.3～480Mbps 54Mb