一种设备运动方向检测装置及电子设备发明专利

专利名称：一种设备运动方向检测装置及电子设备

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111302188.1

专利申请（专利权）人：深圳拓邦股份有限公司
权利人地址：广东省深圳市南山区粤海街道高新技术产业园清华大学研究院B区413房

专利发明（设计）人：王力,江灵辉,廖勇强

专利摘要：本发明涉及一种设备运动方向检测装置及电子设备。包括：用于提供电源的供电单元，以及电机、电压输出单元、第一存储单元、比较单元和控制单元；电机设置在设备底部，用于在设备移动时同步转动以生成感应电信号；电压输出单元连接电机的输出端，用于在接收感应电信号时输出感应电压；第一存储单元用于存储一基准电压；比较单元连接电压输出单元和存储单元，用于比较感应电压与基准电压以输出比较结果；控制单元连接比较单元，用于根据比较结果获取设备的当前移动方向。实施本发明能够有效的识别设备当前的移动方向。

主权利要求：
1.一种设备运动方向检测装置，其特征在于，包括：用于提供电源的供电单元，以及电机、电压输出单元、第一存储单元、比较单元、控制单元和设备移动单元；
所述电机设置在设备底部，用于在所述设备移动时同步转动以生成感应电信号；
所述电压输出单元连接所述电机的输出端，用于在接收所述感应电信号时输出感应电压；
所述第一存储单元用于存储一基准电压；
所述比较单元连接所述电压输出单元和所述存储单元，用于比较所述感应电压与所述基准电压以输出比较结果；
所述控制单元连接所述比较单元，用于根据所述比较结果获取所述设备的当前移动方向；
所述设备移动单元连接所述控制单元，用于根据所述设备的当前移动方向驱动所述设备移动；
其中，所述电机包括感应马达和感应轮，所述感应轮带动所述感应马达转动；
还包括：第二存储单元和计算单元；
所述第二存储单元用于存储所述设备的移动速度和电压差值的对应关系，其中，所述电压差值为所述感应电压与所述基准电压的差值；
所述计算单元连接所述电压输出单元和所述第一存储单元，用于计算当前感应电压与所述基准电压的实时差值；
所述控制单元连接所述计算单元和所述第二存储单元，用于根据所述实时差值从所述第二存储单元中获取所述设备的实时移动速度。
2.根据权利要求1所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述比较单元用于：
在所述感应电压等于所述基准电压时输出第一比较结果；
在所述感应电压大于所述基准电压时输出第二比较结果；
在所述感应电压小于所述基准电压时输出第三比较结果；
所述控制单元用于：
在接收所述第一比较结果时确认所述设备为静止状态；
在接收所述第二比较结果时确认所述设备为沿第一方向移动；
在接收所述第三比较结果时确认所述设备为沿第二方向移动，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。
3.根据权利要求1所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述电压输出单元包括分压单元和放大单元；
所述分压单元的第一端连接所述供电单元，所述分压单元的第二端接地，所述分压单元的第三端连接所述电机的第一输出端和所述放大单元的第一输入端，所述电机的第二输出端连接所述放大单元的第二输入端，所述放大单元的输出端连接所述控制单元。
4.根据权利要求3所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述分压单元包括第一电阻R35和第二电阻R34；所述第一电阻R35的第一端连接所述供电单元，所述第一电阻R35的第二端连接所述电机的第一输出端和所述第二电阻R34的第一端，所述第二电阻R34的第二端接地。
5.根据权利要求4所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述分压单元还包括第一二极管D3和第二二极管D4；所述第一二极管D3的阳极连接所述供电单元，所述第一二极管D3的阴极连接所述第一电阻R35的第一端，所述第二二极管D4的阳极连接所述第一电阻R35的第二端，所述第二二极管D4的阴极连接所述第二电阻R34的第一端。
6.根据权利要求3所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述放大单元包括运放芯片U4、第三电阻R22、第四电阻R32、第五电阻R26、第六电阻R30和第七电阻R33；所述运放芯片U4的第三管脚连接所述第四电阻R32的第一端，所述第四电阻R32的第二端分别连接所述第三电阻R22的第一端和所述电机的第一输出端，所述运放芯片U4的第四管脚分别连接所述第五电阻R26的第一端和所述第六电阻R30的第一端，所述第五电阻R26的第二端分别连接所述第三电阻R22的第二端和所述电机的第二输出端，所述运放芯片U4的第一管脚分别连接所述第六电阻R30的第二端和所述第七电阻R33的第一端，所述第七电阻R33的第二端连接所述控制单元，所述运放芯片U4的第五管脚连接所述供电单元，所述运放芯片U4的第二管脚接地。
7.根据权利要求1所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述设备移动单元包括马达驱动单元和移动马达；
所述马达驱动单元连接所述控制单元，用于根据所述设备的当前移动方向生成驱动电平；
所述移动马达连接所述马达驱动单元，用于根据所述驱动电平动作以带动所述设备移动。
8.根据权利要求7所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述移动马达根据所述驱动电平动作以带动所述设备移动包括：所述移动马达根据所述驱动电平带动所述设备沿其当前移动方向移动。
9.根据权利要求7所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述控制单元还用于生成关断电平以关断所述移动马达。
10.根据权利要求1所述的设备运动方向检测装置，其特征在于，所述控制单元还用于在所述设备为静止状态时，对所述设备进行校准以获取所述基准电压。
11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的设备运动方向检测装置。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述感应轮为所述电子设备的从动轮。 说明书 : 一种设备运动方向检测装置及电子设备技术领域[0001] 本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种设备运动方向检测装置及电子设备。背景技术[0002] 可移动电动工具在使用中，常常需要对其移动过程进行判断，尤其是对其移动方向进行判定，以根据其移动方向进行对应的操作。例如，在吸尘器移动过程中，尤其是一些比较重中的吸尘器，其需要在吸尘器运动反向上提供一定的辅助力以推动吸尘器运动，减小用户用力需要，以提升用户体验。其辅助力的添加过程完全依赖对吸尘器的当前运动状态进行判断。如何判断吸尘器的当前运动状态，尤其是方向显得尤为重要。发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述部分缺陷，提供一种设备运动方向检测装置及电子设备。[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种设备运动方向检测装置，其特征在于，包括：用于提供电源的供电单元，以及电机、电压输出单元、第一存储单元、比较单元和控制单元；[0005] 所述电机设置在设备底部，用于在所述设备移动时同步转动以生成感应电信号；[0006] 所述电压输出单元连接所述电机的输出端，用于在接收所述感应电信号时输出感应电压；[0007] 所述第一存储单元用于存储一基准电压；[0008] 所述比较单元连接所述电压输出单元和所述存储单元，用于比较所述感应电压与所述基准电压以输出比较结果；[0009] 所述控制单元连接所述比较单元，用于根据所述比较结果获取所述设备的当前移动方向。[0010] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0011] 所述比较单元用于：[0012] 在所述感应电压等于所述基准电压时输出第一比较结果；[0013] 在所述感应电压大于所述基准电压时输出第二比较结果；[0014] 在所述感应电压小于所述基准电压时输出第三比较结果；[0015] 所述控制单元用于：[0016] 在接收所述第一比较结果时确认所述设备为静止状态；[0017] 在接收所述第二比较结果时确认所述设备为沿第一方向移动；[0018] 在接收所述第三比较结果时确认所述设备为沿第二方向移动，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。[0019] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0020] 所述电压输出单元包括分压单元和放大单元；[0021] 所述分压单元的第一端连接所述供电单元，所述分压单元的第二端接地，所述分压单元的第三端连接所述电机的第一输出端和所述放大单元的第一输入端，所述电机的第二输出端连接所述放大单元的第二输入端，所述放大单元的输出端连接所述控制单元。[0022] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0023] 所述分压单元包括第一电阻R35和第二电阻R34；所述第一电阻R35的第一端连接所述供电单元，所述第一电阻R35的第二端连接所述电机的第一输出端和所述第二电阻R34的第一端，所述第二电阻R34的第二端接地。[0024] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0025] 所述分压单元还包括第一二极管D3和第二二极管D4；所述第一二极管D3的阳极连接所述供电单元，所述第一二极管D3的阴极连接所述第一电阻R35的第一端，所述第二二极管D4的阳极连接所述第一电阻R35的第二端，所述第二二极管D4的阴极连接所述第二电阻R34的第一端。[0026] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0027] 所述放大单元包括运放芯片U4、第三电阻R22、第四电阻R32、第五电阻R26、第六电阻R30和第七电阻R33；所述运放芯片U4的第三管脚连接所述第四电阻R32的第一端，所述第四电阻R32的第二端分别连接所述第三电阻R22的第一端和所述电机的第一输出端，所述运放芯片U4的第四管脚分别连接所述第五电阻R26的第一端和所述第六电阻R30的第一端，所述第五电阻R26的第二端分别连接所述第三电阻R22的第二端和所述电机的第二输出端，所述运放芯片U4的第一管脚分别连接所述第六电阻R30的第二端和所述第七电阻R33的第一端，所述第七电阻R33的第二端连接所述控制单元，所述运放芯片U4的第五管脚连接所述供电单元，所述运放芯片U4的第二管脚接地。[0028] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0029] 还包括：第二存储单元和计算单元；[0030] 所述第二存储单元用于存储所述设备的移动速度和电压差值的对应关系，其中，所述电压差值为所述感应电压与所述基准电压的差值；[0031] 所述计算单元连接所述电压输出单元和所述第一存储单元，用于计算当前感应电压与所述基准电压的实时差值；[0032] 所述控制单元连接所述计算单元和所述第二存储单元，用于根据所述实时差值从所述第二存储单元中获取所述设备的实时移动速度。[0033] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0034] 还包括设备移动单元；[0035] 所述设备移动单元连接所述控制单元，用于根据所述设备的当前移动方向驱动所述设备移动。[0036] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0037] 所述设备移动单元包括马达驱动单元和移动马达；[0038] 所述马达驱动单元连接所述控制单元，用于根据所述设备的当前移动方向生成驱动电平；[0039] 所述移动马达连接所述马达驱动单元，用于根据所述驱动电平动作以带动所述设备移动。[0040] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0041] 所述移动马达根据根据所述驱动电平动作以带动所述设备移动包括：所述移动马达根据所述驱动电平带动所述设备沿其当前移动方向移动。[0042] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0043] 所述控制单元还用于生成关断电平以关断所述移动马达。[0044] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0045] 所述电机包括感应马达和感应轮，所述感应轮带动所述感应马达转动。[0046] 优选地，本发明所述的设备运动方向检测装置中，[0047] 所述控制单元还用于在所述设备为静止状态时，对所述设备进行校准以获取所述基准电压。[0048] 本发明还构造一种电子设备，其特征在于，包括如上面任意一项所述的设备运动方向检测装置。[0049] 优选地，本发明所述的电子设备中，所述感应轮为所述电子设备的从动轮。[0050] 实施本发明的一种设备运动方向检测装置及电子设备，具有以下有益效果：能够有效的识别设备当前的移动方向。附图说明[0051] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：[0052] 图1是本发明一种设备移动方向检测装置一实施例的逻辑框图；[0053] 图2是本发明一种设备移动方向检测装置另一实施例的逻辑框图；[0054] 图3是本发明一种设备移动方向检测装置另一实施例的逻辑框图；[0055] 图4是本发明一种设备移动方向检测装置一实施例的电路原理图；[0056] 图5是本发明一种设备移动方向检测装置一实施例的电路原理图。具体实施方式[0057] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。[0058] 如图1所示，在本发明的一种设备运动方向检测装置第一实施例中，包括：用于提供电源的供电单元(图1未示出)，以及电机110、电压输出单元120、第一存储单元140、比较单元130和控制单元150；电机110设置在设备底部，用于在设备移动时同步转动以生成感应电信号；电压输出单元120连接电机110的输出端，用于在接收感应电信号时输出感应电压；第一存储单元140用于存储一基准电压；比较单元130连接电压输出单元120和存储单元，用于比较感应电压与基准电压以输出比较结果；控制单元150连接比较单元130，用于根据比较结果获取设备的当前移动方向。具体的，电机110设置在设备底部，在设备移动的时候同步转动。根据电磁感应原理，在电机110通过转动产生感应电动势，并电压输出单元120进行电压输出。比较单元130将该电压输出同一基准电压进行比较并输出对应的比较结果，控制单元150以根据该比较结果即可以判断出当前设备的运行方向。其中基准电压可以根据具体电路进行设定，并可预先存储。基准电压的设置为电机110未转动即设备为静止状态时，电压输出单元120的输出电压。[0059] 可选的，电机110包括感应马达和感应轮，感应轮带动感应马达转动。具体的，电机110中，通过感应轮转动带动感应马达转动，以使其内部产生感应电动势。该电机110可以采用直流电机。[0060] 可选的，比较单元130用于：在感应电压等于基准电压时输出第一比较结果；在感应电压大于基准电压时输出第二比较结果；在感应电压小于基准电压时输出第三比较结果；控制单元150用于：在接收第一比较结果时确认设备为静止状态；在接收第二比较结果时确认设备为沿第一方向移动；在接收第三比较结果时确认设备为沿第二方向移动，其中，第一方向与第二方向相反。具体的，电机110在不同方向转动时，其产生的电压方向不同。由于电压方向不同，其电压输出单元120对应的输出的感应电压也会有大有小，合理的设置基准电压即其可以根据输出的感应单元与基准电压的关系得到设备的移动方向。[0061] 可选的，本发明的设备运动方向检测装置中，控制单元150还用于在设备为静止状态时，对设备进行校准以获取基准电压。即，由于基准电压的设置跟设备的静止状态相关，即可以通过设置设备为静止状态时，获取该基准电压，并进行存储。该过程可以在设备初始使用时进行设置，即对设备进行初始校准。其也可以在设备使用后，根据需要对设备进行校准，更新该基准电压。[0062] 如图4和图5所示，在一实施例中，电压输出单元120包括分压单元121和放大单元122；分压单元121的第一端连接供电单元，分压单元121的第二端接地，分压单元121的第三端连接电机110的第一输出端和放大单元122的第一输入端，电机110的第二输出端连接放大单元122的第二输入端，放大单元122的输出端连接控制单元150。具体的，通过分压单元121对供电电压进行分压以生成对应的电压。同时分压单元121的分压输出端(对应的其第三端)连接电机110的第一输出端，电机110没有转动生成电动势时，分压单元121的输出即可以对应为一预设值。当电机110沿一方向转动时，其产生正向电动势，分压单元121的输出经该电动势的正向叠加，得到的电压输出将大于预设值。当电机110在沿另一方向转动时，其产生负向电动势，分压单元121的输出经该电动势的反向叠加，得到的电压输出将小于预设值。分压单元121的输出可经放大单元122的放大后与基准电压进行比较。其中基准电压的设置可以根据电机110没有转动时，分压单元121的输出电压经放大单元122放大后的电压值。[0063] 可选的，如图4所示，分压单元121包括第一电阻R35和第二电阻R34；第一电阻R35的第一端连接供电单元，第一电阻R35的第二端连接电机的第一输出端和第二电阻R34的第一端，第二电阻R34的第二端接地。具体的，分压单元121可以通过串联连接的电阻R35和电阻R34组成，供电单元在在电阻R34和电阻R35的连接端产生分压。[0064] 可选的，如图5所示，分压单元121还包括第一二极管D3和第二二极管D4；第一二极管D3的阳极连接供电单元，第一二极管D3的阴极连接第一电阻R35的第一端，第二二极管D4的阳极连接第一电阻R35的第二端，第二二极管D4的阴极连接第二电阻R34的第一端。其中二极管D3的阳极连接供电单元，二极管D3的阴极连接电阻R35，其作用是用于隔离供电单元，防止电机产生的电压高于供电电源的输出，使得供电电源的输出电压受影响，从而影响整个供电系统。电阻R34与二极管D4串联连接，其中二极管D4的阳极连接电机110的第一输出端，二极管D4的阴极连接电阻R34并经电阻R34接地。二极管D4同二极管D3匹配，用于补偿二极管D3的所产生的压降。[0065] 可选的，放大单元122包括运放芯片U4、第三电阻R22、第四电阻R32、第五电阻R26、第六电阻R30和第七电阻R33；运放芯片U4的第三管脚连接第四电阻R32的第一端，第四电阻R32的第二端分别连接第三电阻R22的第一端和电机110的第一输出端，运放芯片U4的第四管脚分别连接第五电阻R26的第一端和第六电阻R30的第一端，第五电阻R26的第二端分别连接第三电阻R22的第二端和电机110的第二输出端，运放芯片U4的第一管脚分别连接第六电阻R30的第二端和第七电阻R33的第一端，第七电阻R33的第二端连接控制单元150，运放芯片U4的第五管脚连接供电单元，运放芯片U4的第二管脚接地。具体的，分压单元121的分压输出可以通过运放芯片U4及其外围电路构成的放大单元122进行放大处理。其中运放芯片U4的第三管脚经电阻R32连接分压单元121的分压输出，运放芯片U4的第四管脚经电阻R26连接电机110的第二输出端，运放芯片U4构成差分放大，通过设置电阻R33和电阻R30的阻值，实现对电机的输出电压的电压跟随。其中运放芯片U4的第三管脚为其同向输入端，其第四管脚为其反向输入端。[0066] 如图2所示，在一实施例中，本发明的设备运动方向检测装置还包括第二存储单元160和计算单元170；第二存储单元160用于存储设备的移动速度和电压差值的对应关系，其中，电压差值为感应电压与基准电压的差值；计算单元170连接电压输出单元120和第一存储单元140，用于计算当前感应电压与基准电压的实时差值；控制单元150连接计算单元170和第二存储单元160，用于根据实时差值从第二存储单元160中获取设备的实时移动速度。具体的，在电机110生成电动势过程中，其根据电磁感应定律公式，[0067] Em＝nBSω[0068] 其中，Em为最大感应电动势，ω为电机的角速度。可以发现线圈转动的速度与感应电动势成正比，通过测量感应电动势也可知道转速和转动方向。其中，在一实施例中，可以通过获取实时机器运行速度，根据该运行速度对设备进行恒速控制。[0069] 如图3所示，在一实施例中，本发明的设备运动方向检测装置还包括设备移动单元180，设备移动单元180连接控制单元150，用于根据设备的当前移动方向驱动设备移动。具体的，在得到设备移动方向后，其可以根据设备移动方向控制设备，以根据需要实现不同的操作。即，可以通过控制单元150输出控制电平控制设备移动单元180驱动设备移动。[0070] 如图4所示，在一实施例中，设备移动单元180包括马达驱动单元和移动马达；马达驱动单元连接控制单元150，用于根据设备的当前移动方向生成驱动电平；移动马达连接马达驱动单元，用于根据驱动电平动作以带动设备移动。具体的，设备移动单元180中，其马达驱动单元根据控制单元150的输出的控制电平生成驱动电平，移动马达接收该驱动电平动作。[0071] 可选的，移动马达根据根据驱动电平动作以带动设备移动包括：移动马达根据驱动电平带动设备沿其当前移动方向移动。在另一实施例中，控制单元150还用于生成关断电平以关断移动马达。具体的，当判断设备设备为向前移动时，则驱动部分提供前进方向的动力。如通过控制单元150输出控制电平控制MOS管Q4和MOS管Q7导通并且通过控制单元150输出控制电平关断MOS管Q5和MOS管Q6，此时移动马达B1正转帮助设备向前移动。当判定设备为向后移动时，则驱动部分提供向后方向的动力。如通过控制单元150输出控制电平控制MOS管Q5和MOS管Q6导通并且通过控制单元150输出控制电平关断MOS管Q4和MOS管Q7，此时移动马达B1反转帮助设备向后移动。当检测到设备为停止状态时，则通过控制单元150输出控制电平关断MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6和MOS管Q7，以驱动移动马达B1停止动作。通过该过程，可以实现设备的辅助运行。例如在一些带水箱的吸尘器中，其重量太大，可以根据吸尘器的移动方向生成对应的控制电平使移动马达辅助吸尘器进行对应的移动，可以为用户省力，提升用户使用体验。[0072] 可选的，其中比较单元130和第一存储单元140可以集成与控制单元150，其中控制单元150可以采用MCU芯片。可选的，第二存储单元160和计算单元170也可以集成于该MCU芯片。[0073] 另，本发明的一种电子设备，包括如上面任意一项的设备运动方向检测装置。即，在电子设备内部设置该设备运动方向检测装置，其中电机110设置在电子设备的底部，在该电子设备移动时同步转动。通过该设备运动方向检测装置获取电子设备的移动方向。该电子设备可以为吸尘器能家用电器，尤其是在一些需要人工助力的设备。[0074] 可选的，本发明的一种电子设备中，感应轮为电子设备的从动轮。即，电机110的感应轮可以为电子设备的从动轮，即借助电子设备的从动轮实现对电机110内马达的感应线的切割以实现感应电动势的获取，从动轮可以根据电子设备的移动而转动。[0075] 在一具体的实施例中，该电子设备可以为扫地机器人，其可以在通过上述设备运动方向检测装置获取该扫地机器人的移动速度和移动方向，并根据移动速度和移动方向在对应运行方向上做恒速控制，可以实现让扫地机器人在不同地面如地板上或者毛毯上的的运行速度可以实时恒速，调速等等。还可以根据需要提前制动，使得减速效果达到最优。在一具体实施例中，该电子设备还可以为用于于超市或者商场的大型吸尘器，其可以获取其运行方向和运行速度以在其在前进和后退过程中，都可以做到恒速控制。在一具体实施例中，该电子设备还可以为手持式吸尘器，通过上述检测装置检测出吸尘器的推动方向，并根据其推动方向提供动力。比如：当检测到吸尘器向前推动，适当提升向前的推力，当检测吸尘器向后拉动，适当提升向后的拉力，使得使用起来比较轻松，不费力，提高使用的体验效果。[0076] 可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2021-11-04

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114252651B