一种Zigbee网络可见光定位无线充电系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器网络以及无线充电领域，特别是指一种Zigbee网络可见光定 位无线充电系统与方法。
【背景技术】
[0002] 无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦 合，由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充 电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间 不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。
[0003] 由于矿井等环境中，地形复杂不便于布线，所以最好采用无线充电的方式。远程无 线充电如果不进行定位而是采用广播的形式进行充电，效率会很低，而且造成大量的电磁 泄漏，给周围设备造成电磁干扰等其他问题。常规的定位采用GPS定位、超声波定位等，这 些定位的器件功耗一般比较大，而且算法较为复杂，提高了处理器的功耗，不利于充电系统 的持续运行。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种Zigbee网络可见光定位无线充电系统与 方法，有效解决现有无线充电技术存在的问题，大大提高无线充电效率。
[0005] 基于上述目的，本发明提供的一种Zigbee网络可见光定位无线充电系统，包括无 线充电装置和Zigbee网络节点；所述无线充电装置和Zigbee网络节点间通过Zigbee协议 进行通f目；
[0006] 所述Zigbee网络节点包括网关节点、协调器和终端节点；所述协调器用于协调所 述网关节点与所述终端节点之间的通信；
[0007] 终端节点实时检测自身能量值的大小，如果所述自身能量值小于阈值则发送所述 自身能量值到所述网关节点，所述网关节点选出唯一的待充电终端节点，并控制所述唯一 的待充电终端节点发光，所述无线充电装置检测光源位置并定向至所述唯一的终端节点， 对其进行充电。
[0008] 可选的，所述终端节点包括微处理器模块和分别连接至所述微处理器模块的 Zigbee射频模块、能量接收模块、LED信号灯模块；
[0009] 其中，所述微处理器模块通过I2C或者SPI接口控制所述能量接收模块；所述微处 理器模块通过SPI接口与所述Zigbee射频模块进行通信，以命令帧的形式控制所述Zigbee 射频模块；所述微处理器模块通过GPIO接口输出高低电平控制所述LED信号灯模块的驱动 电路，直接控制所述LED信号灯模块的亮起和熄灭。
[0010] 可选的，所述无线充电装置包括无线充电模块和光源检测模块；所述无线充电模 块包括无线充电探头和驱动步进电机，所述光源检测模块包括光/图像传感器和微控制 器；其中，所述光/图像传感器有多个，设置于所述无线充电探头周围，所述光/图像传感器 获取其前方的光强度数据；所述微控制器从各所述光/图像传感器中获取光强度数据进行 分析，计算出光源所在方向；所述微控制器向所述驱动步进电机发送驱动脉冲以及转向信 号，控制所述驱动步进电机带动所述无线充电探头朝向所述光源所在方向转向。
[0011] 可选的，任意一个所述终端节点通过至少一个协调器与所述网关节点进行通信； 所述网关节点与所述无线充电装置进行通信。
[0012] 本发明还提供了一种应用于如权利要求上述Zigbee网络可见光定位无线充电系 统的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，包括以下步骤：
[0013] 终端节点实时检测自身能量值大小，如果小于阈值则通过所述协调器发送自身能 量值到网关节点，网关节点根据优先选择机制选出唯一的终端节点，所述唯一的终端节点 的LED信号灯亮起，所述光源检测模块通过可见光检测方法，对所述唯一的终端节点定位； 无线充电模块转向所述唯一的终端节点，进行远距离充电。
[0014] 可选的，所述优先选择机制包括以下步骤：
[0015] 对所有需要充电的节点按照能量值升序进行初次排序；
[0016] 在初次排序的基础上，综合是否是重要节点对所有需要充电的节点进行再次排 序，提升重要节点的排序位置；
[0017] 对排序首位的节点发送充电允许指令，所述排序首位的节点接收到充电允许指令 后控制LED信号灯亮起，光源检测模块检测并定位至LED信号灯亮起的节点，无线充电模块 对所述节点充电；
[0018] 若收到某一节点发送的警示请求，则将所述某一节点设置为排序首位，并对其进 行充电。
[0019] 可选的，所述光源检测模块包括多个光/图像传感器和微控制器，所述无线充电 模块包括无线充电探头和驱动步进电机；所述可见光检测方法包括：所述多个光/图像传 感器感知光强值，所述微控制器分析所述光强值判断光源所在方向，所述微控制器通过所 述驱动步进电机控制所述无线充电探头转向所述光源所在方向。
[0020] 可选的，未进行充电的节点每隔时间片T，打开能量接收模块检测充电磁场能量， 在检测到充电磁场能量时进行接收充电；如果在检测过程中收到无线充电装置的指令则结 束本轮检测，进行接收充电。
[0021] 可选的，所述时间片T的长度遵循如下公式：
[0022]
【主权项】
1. 一种Zigbee网络可见光定位无线充电系统，其特征在于，包括无线充电装置和 Zigbee网络节点；所述无线充电装置和Zigbee网络节点间通过Zigbee协议进行通信； 所述Zigbee网络节点包括网关节点、协调器和终端节点；所述协调器用于协调所述网 关节点与所述终端节点之间的通信； 终端节点实时检测自身能量值的大小，如果所述自身能量值小于阈值则发送所述自身 能量值到所述网关节点，所述网关节点选出唯一的待充电终端节点，并控制所述唯一的待 充电终端节点发光，所述无线充电装置检测光源位置并定向至所述唯一的终端节点，对其 进行充电。
2. 根据权利要求1所述的Zigbee网络可见光定位无线充电系统，其特征在于，所述终 端节点包括微处理器模块和分别连接至所述微处理器模块的Zigbee射频模块、能量接收 模块、LED信号灯模块； 其中，所述微处理器模块通过I2C或者SPI接口控制所述能量接收模块；所述微处理器 模块通过SPI接口与所述Zigbee射频模块进行通信，以命令帧的形式控制所述Zigbee射 频模块；所述微处理器模块通过GPIO接口输出高低电平控制所述LED信号灯模块的驱动电 路，直接控制所述LED信号灯模块的亮起和熄灭。
3. 根据权利要求1所述的Zigbee网络可见光定位无线充电系统，其特征在于，所述无 线充电装置包括无线充电模块和光源检测模块；所述无线充电模块包括无线充电探头和驱 动步进电机，所述光源检测模块包括光/图像传感器和微控制器；其中，所述光/图像传感 器有多个，设置于所述无线充电探头周围，所述光/图像传感器获取其前方的光强度数据； 所述微控制器从各所述光/图像传感器中获取光强度数据进行分析，计算出光源所在方 向；所述微控制器向所述驱动步进电机发送驱动脉冲以及转向信号，控制所述驱动步进电 机带动所述无线充电探头朝向所述光源所在方向转向。
4. 根据权利要求1所述的Zigbee网络可见光定位无线充电系统，其特征在于，任意一 个所述终端节点通过至少一个协调器与所述网关节点进行通信；所述网关节点与所述无线 充电装置进行通信。
5. -种应用于如权利要求1-4任意一项所述的Zigbee网络可见光定位无线充电系统 的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤： 终端节点实时检测自身能量值大小，如果小于阈值则通过所述协调器发送自身能量值 到网关节点，网关节点根据优先选择机制选出唯一的终端节点，所述唯一的终端节点的LED 信号灯亮起，所述光源检测模块通过可见光检测方法，对所述唯一的终端节点定位；无线充 电模块转向所述唯一的终端节点，进行远距离充电。
6. 根据权利要求5所述的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，其特征在于，所述优 先选择机制包括以下步骤： 对所有需要充电的节点按照能量值升序进行初次排序； 在初次排序的基础上，综合是否是重要节点对所有需要充电的节点进行再次排序，提 升重要节点的排序位置； 对排序首位的节点发送充电允许指令，所述排序首位的节点接收到充电允许指令后控 制LED信号灯亮起，光源检测模块检测并定位至LED信号灯亮起的节点，无线充电模块对所 述节点充电； 若收到某一节点发送的警示请求，则将所述某一节点设置为排序首位，并对其进行充 电。
7. 根据权利要求5所述的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，其特征在于，所述光 源检测模块包括多个光/图像传感器和微控制器，所述无线充电模块包括无线充电探头和 驱动步进电机；所述可见光检测方法包括：所述多个光/图像传感器感知光强值，所述微控 制器分析所述光强值判断光源所在方向，所述微控制器通过所述驱动步进电机控制所述无 线充电探头转向所述光源所在方向。
8. 根据权利要求5所述的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，其特征在于，未进行 充电的节点每隔时间片T，打开能量接收模块检测充电磁场能量，在检测到充电磁场能量时 进行接收充电；如果在检测过程中收到无线充电装置的指令则结束本轮检测，进行接收充 电。
9. 根据权利要求8所述的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，其特征在于，所述时 间片T的长度遵循如下公式：
其中t表示时间片T的长度，为实数；X表示未检测到充电磁场能量前的总检测次数， 为整数；η为经验值，为整数；m为经验值。
10. 根据权利要求9所述的Zigbee网络可见光定位无线充电方法，其特征在于，m的取 值为^ Il 〇
【专利摘要】本发明公开了一种Zigbee网络可见光定位无线充电系统和方法，其系统包括无线充电装置和Zigbee网络节点；所述无线充电装置和Zigbee网络节点间通过Zigbee协议进行通信；所述无线充电装置包括无线充电模块和光源检测模块；所述Zigbee网络节点包括网关节点、协调器和终端节点；所述协调器用于协调所述网关节点与所述终端节点之间的通信。本发明提供的Zigbee网络可见光定位无线充电系统与方法针对无线充电不需要精确定位的需求，提出了一种简便的可见光定位方案，定位效率高其且计算简便，大大提高了无线充电效率。
【IPC分类】H02J7-02, G01S3-78, H04W84-18, H02J17-00
【公开号】CN104868570
【申请号】CN201510233839
【发明人】刘元安, 吴帆, 张洪光, 田孝东, 唐碧华, 范文浩
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月8日