本发明属于无线电能传输领域,具体涉及基于zigbee的无线网络平台和谐振耦合式无线电能传输,为获得最优传输效率和较大传输范围进行智能控制的系统。
背景技术:
在许多场合,电子器件的供电采用有线供电或电池供电不方便甚至不可能。如在智能楼宇中的无线传感器大量植入材料、墙体中,当电池耗尽,无法更换电电池;在野外农业中用于检测农作物生长的无线传感器,更换电池要花费大量人力物力;在植入式医疗中植入体内的医疗器件,更换电池可能给人体带来痛苦和风险等。
目前高危及野外的传感器节点充电方法一是依靠人工,在检测到传感器节点应没电无法工作时,派工作人员去更换电池;二是利用太阳能充电板充电,但处于被动等待状态。而以上两种方法存在充电不及时,环境受限大等缺陷。
而随着无线电能传输和无线通信技术的快速发展,安全、便捷的无线电能传输成为近些年的研究热点。其中谐振耦合式无线电能传输的因其传输功率大、传输效率高、传输距离较远、方向性要求不高、对生物体影响不大等优点备受青睐。
传感器节点使用的是zigbee技术。zigbee技术是无线传感网络领域近几年最热门的技术之一,是一种基于ieee802.15.4协议标准的一种无线通信技术,具有短距离,低速率,低复杂度,低功耗和低成本的特点,在自动控制和远程数据采集领域得到广泛应用。
技术实现要素:
本发明针对现有技术的不足,提供了基于zigbee和无线电能传输的传感器节点充电系统。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为:
采用zigbee无线技术搭建网络平台,并采用磁谐振耦合无线电能传输技术实现全向传输,最终通过无人机携带实现高危传感器节点的充电;
系统总体结构由充电发射装置,接收节点装置以及无人机携带装置组成。
充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成,实现根据接收装置的不同位置,智能选择高效传输方案。无线控制收发模块采用zigbee控制与射频集成芯片实现。发射线圈模块是由三个正交线圈组成。电源模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成。
接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源管理模块及功率监测模块组成,实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置。无线控制收发模块采用zigbee控制与射频集成芯片实现,负责完成功率检测数据与充电发射装置对接,传感器数据与系统网络的对接。电源模块由锂电池与稳压电路组成。
本发明根据不同接收节点位置,智能选择发射线圈工作方案,具有传输效率高,稳定性好,传输范围大等优点。
附图说明
图1为高危传感器节点无线充电系统;
图2为充电发射装置;
图3为接收节点装置;
图4为发射装置的cc2530控制流程;
图5为接收节点的cc2530控制流程。
具体实施方式
本发明设计实现了一种基于zigbee无线控制及传输和基于全向无线电能传输的传感器节点充电系统。
本发明所采用的技术方案是:高危传感器节点无线充电系统总体结构由充电发射装置,接收节点装置以及无人机携带装置组成,如图1所示。
充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成,实现根据接收装置的不同位置,智能选择高效传输方案,系统结构如图2所示。无线控制收发模块采cc2530作为无线通信模块,接收节点的硬件结构基本相同,都是由cc2530芯片及其外围电路构成,cc2530结合了领先的rf收发器,片内集成了标准的增强型8051cpu。cc2530芯片很好地支持了ti公司的z-stack2007协议,能够非常方便地组建无线网络,实现节点间的无线传输。发射线圈模块是由三个正交线圈组成。最终选择工作的两发射线圈由具有相同幅值和90°相位差的电流源激励组成。电源模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成,实现了发射线圈模块的24伏输出,以及zigbee模块的3.3伏输出。发射装置的cc2530控制流程如图4所示。
接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源管理模块及功率监测模块组成,实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置,系统结构如图3所示。无线控制收发模块采用zigbee控制与射频集成芯片实现,负责完成功率检测数据与充电发射装置数据传输,以及传感器数据与系统网络的传输。电源模块由锂电池与稳压电路组成,最终实现5伏的稳压输出给锂电池充电。接收节点的cc2530控制流程如图5所示。
经过实验证明,该系统根据不同接收节点位置,智能选择发射线圈工作方案,具有传输效率高,稳定性好,传输范围大等优点。