地面端设备、移动端设备及控制方法与流程

地面端设备、移动端设备及控制方法
1.本发明专利申请是申请号为201911421396.6、申请日为2019年12月31日的题为“近场通信方法/传感器及地面端设备和移动端设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明属于通信技术领域，涉及一种近场通信技术，特别是涉及一种近场通信方法/传感器及地面端设备和移动端设备。


背景技术：

3.随着电子技术和通讯技术的发展，各种形式、各种需求的传感技术也得到了快速的发展和广泛的应用。在近场传感技术领域，射频传感器、光电传感器、霍尔传感器等利用光、电、磁等原理实现的传感器已得到了广泛应用。
4.但是随着需求的明确化，适用于仓储物流，智能制造等领域的传感装置跟不上使用需求，普遍存在抗干扰能力弱、传输速度慢、传输距离不适合等问题。例如：光电传感器非常容易受到灰尘、光线和遮挡物的影响，对设备对接精度要求高，传输速度不能满足实际需求；nfc近场通信传感器的通信距离短，传输速度慢。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种近场通信方法/传感器及地面端设备和移动端设备，用于解决现有近场通信设备抗干扰能力弱、传输距离短的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种近场通信传感器，所述近场通信传感器包括：磁通线圈，接收一第一磁通信号或发射一第二磁通信号；调制解调器，与所述磁通线圈通信相连，将所述第一磁通信号解调为一第一可识别信号，或将一第二可识别信号调制为所述第二磁通信号。
7.于本发明的一实施例中，所述磁通线圈包括：磁芯；缠绕于所述磁芯上的第一线圈和第二线圈；所述第一线圈用于接收所述第一磁通信号；所述第二线圈用于发射所述第二磁通信号。
8.于本发明的一实施例中，所述磁通线圈安装于一屏蔽壳体内，所述屏蔽壳体的一面设为透磁面。
9.于本发明的一实施例中，所述调制解调器包括：发射模块，包括第一震荡电路和调制器；接收模块，包括第二震荡电路和解调器；切换开关，与所述发射模块和接收模块分别相连，用于控制所述发射模块和接收模块的切换。
10.本发明还提供一种地面端设备，所述地面端设备包括通信相连的第一处理器和第一近场通信传感器；所述第一处理器获取一地面信息；所述第一近场通信传感器将所述地面信息转换成地面磁通信号输出；或所述第一近场通信传感器接收一移动磁通信号，并将所述移动磁通信号转换成可识别的移动信息；所述第一处理器接收或处理所述可识别的移
动信息。
11.于本发明的一实施例中，所述地面端设备还包括：第一电源模块，用于将外部接入的电源转换成所述地面端设备所需的电源。
12.本发明还提供一种移动端设备，所述移动端设备包括通信相连的第二处理器和第二近场通信传感器；所述第二近场通信传感器接收一地面磁通信号，并将所述地面磁通信号转换成可识别的地面信息；所述第二处理器接收或处理所述可识别的地面信息；或所述第二处理器获取一移动信息；所述第二近场通信传感器将所述移动信息转换成移动磁通信号输出。
13.于本发明的一实施例中，所述移动端设备还包括：第二电源模块，用于将移动端的电源转换成所述移动端设备所需的电源。
14.本发明还提供一种近场通信方法，所述近场通信方法包括：将一数据信号转换成一磁通信号发射；接收所述磁通信号，并将所述磁通信号解调为可识别的数据信号。
15.于本发明的一实施例中，所述近场通信方法由一近场通信发射设备和一近场通信接收设备配合实现；其中，所述近场通信发射设备将一数据信号转换成一磁通信号发射，所述近场通信接收设备接收所述磁通信号，并将所述磁通信号解调为可识别的数据信号；或所述近场通信方法由一近场通信设备切换实现；其中，所述近场通信设备处于发射模式时将一数据信号转换成一磁通信号发射；或所述近场通信设备处于接收模式时接收一磁通信号并将所述磁通信号解调为可识别的数据信号。
16.如上所述，本发明所述的近场通信方法/传感器及地面端设备和移动端设备，具有以下有益效果：
17.本发明基于磁共振原理实现了近场通信，不但抗干扰能力强，传输距离长，而且传输速度快，而且满足双向通信需求。
附图说明
18.图1显示为本发明实施例所述的近场通信传感器的一种实现结构示意图。
19.图2a显示为本发明实施例所述的近场通信传感器的磁通线圈的一种实现结构示意图。
20.图2b显示为本发明实施例所述的近场通信传感器的调制解调器的一种实现结构示意图。
21.图3a显示为本发明实施例所述的地面端设备的一种实现结构示意图。
22.图3b显示为本发明实施例所述的地面端设备的另一种实现结构示意图。
23.图4a显示为本发明实施例所述的移动端设备的一种实现结构示意图。
24.图4b显示为本发明实施例所述的移动端设备的另一种实现结构示意图。
25.图5显示为本发明实施例所述的近场通信场景示意图。
26.图6显示为本发明实施例所述的近场通信方法的一种实现流程示意图。
27.元件标号说明
28.100
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近场通信传感器
29.110
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磁通线圈
30.111
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磁芯
31.112
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第一线圈
32.113
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第二线圈
33.120
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调制解调器
34.121
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发射模块
35.1211
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第一震荡电路
36.1212
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调制器
37.122
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接收模块
38.1221
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第二震荡电路
39.1222
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解调器
40.123
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切换开关
41.300
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地面端设备
42.310
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第一处理器
43.320
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第一近场通信传感器
44.330
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第一电源模块
45.400
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移动端设备
46.410
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第二处理器
47.420
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第二近场通信传感器
48.430
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第二电源模块
49.s601～s602 步骤
具体实施方式
50.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
51.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
52.请参阅图1，本发明实施例提供一种近场通信传感器，所述近场通信传感器100包括：磁通线圈110和调制解调器120。所述磁通线圈110用于接收一第一磁通信号或发射一第二磁通信号。所述调制解调器120与所述磁通线圈110通信相连，用于将所述第一磁通信号解调为一第一可识别信号，或将一第二可识别信号调制为所述第二磁通信号。
53.本发明基于磁共振原理实现近场通信，不易受灰尘、光线和遮挡物的影响，抗干扰能力强，而且传输距离长(可达200-300mm)，传输速度快。
54.于本发明的一实施例中，参见图2a所示，所述磁通线圈110包括：磁芯111，缠绕于所述磁芯111上的第一线圈112和第二线圈113；所述第一线圈112用于接收所述第一磁通信号，第二线圈113用于发射所述第二磁通信号。所述磁通线圈110可以实现发射和接收双向
通信。进一步，所述磁通线圈可选用电容反馈改进型振荡器。
55.于本发明的一实施例中，所述磁通线圈110安装于一屏蔽壳体内，所述屏蔽壳体的一面设为透磁面。为避免电磁干扰，本发明提出了利用屏蔽壳体来隔离磁通线圈，避免其与其他信号的相互干扰，在避免干扰的同时，还需要磁通线圈可以正常实现磁通信功能，故而可将屏蔽壳体的一面设为透磁面，实现对磁通信号的发射和接收。
56.于本发明的一实施例中，参见图2b所示，所述调制解调器120包括发射模块121，接收模块122和切换开关123；所述发射模块121包括第一震荡电路1211和调制器1212；所述接收模块122包括第二震荡电路1221和解调器1222；所述切换开关123与所述发射模块121和接收模块122分别相连，用于控制所述发射模块和接收模块的切换。其中，所述调制器对基本数字信号进行调制，生成频率信号；所述频率信号接入所述第一震荡电路产生震荡，输出震荡信号。所述接收模块中的第二震荡电路接收震荡信号，并将震荡信号转换成频率信号；所述解调器将频率信号还原成数字信号。所述切换开关用于控制所述调制解调器的工作模式切换；当切换开关将所述调制解调器的工作模式切换为发射模式时，发射模块工作；当切换开关将所述调制解调器的工作模式切换为接收模式时，接收模块工作。所述切换开关可以由一外部切换指令控制，所述外部切换指令可以由一mcu发出，比如mcu发送高低电平信号(作为切换指令)控制切换开关切换。
57.本发明所述的近场通信传感器采用磁芯绕线方式生成磁场，设置双线圈以实现双向半双工通信。磁通线圈接入振荡电路，利用磁共振原理实现近场通信。
58.请参阅图3a，本发明实施例还提供一种地面端设备，所述地面端设备300包括通信相连的第一处理器310和第一近场通信传感器320。所述第一处理器310获取一地面信息；所述第一近场通信传感器320将所述地面信息转换成地面磁通信号输出；或所述第一近场通信传感器320接收一移动磁通信号，并将所述移动磁通信号转换成可识别的移动信息；所述第一处理器310接收或处理所述可识别的移动信息。其中，所述第一近场通信传感器320的结构即为本发明实施例所述的近场通信传感器的结构。
59.于本发明的一实施例中，参见图3b所示，所述地面端设备300还包括：第一电源模块330，用于将外部接入的电源转换成所述地面端设备所需的电源。所述地面端设备300可以内置有电源模块，也可以仅设置电源接口，外接电源供电。故而，第一电源模块330并非所述地面端设备300的必要结构。当所述地面端设备300内置第一电源模块330时，第一电源模块330可以仅与第一处理器310通信相连，再通过第一处理器310为第一近场通信传感器320供电；第一电源模块330也可以与第一处理器310和第一近场通信传感器320分别相连，分别供电。所述第一电源模快的作用是将外部接入的电源转换成内部工作所需电源。其中，外部接入的电源是指由工业用分布式控制系统提供的24v电源供给，工业用分布式控制系统还可以同时提供信号输入。本发明所述的地面端设备的保护范围不限于本实施例列举的供电方式。
60.请参阅图4a，本发明实施例还提供一种移动端设备，所述移动端设备400包括通信相连的第二处理器410和第二近场通信传感器420；所述第二近场通信传感器420接收一地面磁通信号，并将所述地面磁通信号转换成可识别的地面信息；所述第二处理器410接收或处理所述可识别的地面信息；或所述第二处理器410获取一移动信息；所述第二近场通信传感器420将所述移动信息转换成移动磁通信号输出。
61.于本发明的一实施例中，参见图4b所示，所述移动端设备400还包括：第二电源模块430，用于将移动端的电源转换成所述移动端设备所需的电源。其中移动端可以是车辆等可移动的交通工具或设备。移动端设备是指安装于移动端的设备。所述移动端设备400可以内置有电源模块，也可以仅设置电源接口，外接电源供电。故而，第二电源模块430并非所述移动端设400的必要结构。当所述移动端设备400内置第二电源模块430时，第二电源模块430可以仅与第二处理器410通信相连，再通过第二处理器410为第二近场通信传感器420供电；第二电源模块430也可以与第二处理器410和第二近场通信传感器420分别相连，分别供电。所述第二电源模快的作用是将外部接入的电源转换成内部工作所需电源。本发明所述的移动端设备的保护范围不限于本实施例列举的供电方式。
62.具体地，所述地面端设备与所述移动端设备的近场通信过程包括：所述移动端设备处于发射状态，当所述移动端设备靠近所述地面端设备到近场通信范围时，所述地面端设备可以接收到来自所述移动端设备的震荡信号；若所述地面端设备接收到的发送信号的后面增设有终止符，则所述地面端设备可以从接收模式切换到发射模式，并向所述移动端设备发射震荡信号；相对地，若所述移动端设备发射的发送信号的后面增设有终止符，则在发射动作完成后从发射模式切换到接收模式，等待接收震荡信号。
63.本发明实施例提供一种车辆近场通信的应用场景，参见图5所示，所述移动端设备设置于车辆上，地面端设备为一固定的地面通信设备，当车辆经过该地面通信设备附近时，二者实现近场通信。
64.具体地，车载端包括mcu、调制解调器和移动端通信线圈(即磁通线圈)；地面端包括mcu、调制解调器和地面端通信线圈。所述车载端mcu连接外部信号接口和调制解调器，调制解调器连接mcu和移动端通信线圈，移动端通信线圈接收内部或外部信号后转换成磁场振荡频率，由另一端(即地面端)通信线圈接收，整体系统由车载电源进行供电。
65.外部信号是指通信器之间(如车载端与地面端之间)需要传输的数据。例如：车载端根据数据协议不同可以为rs485信号或者是can通信信号，主要信息为车载bms所输出的电池相关数据，根据车型不同也可以包括其他车况信息如运行时间，当前任务等。地面端信号类型也是同样的两种，为rs485信号或者是can通信信号，但是地面端输出的信号大多数为对电动汽车或者agv等的指令。
66.内部信号是指通信器(如车载端)与通信器(如地面端)之间的连接状态确认信号，这个信号由通信器发送和处理，与外部信号无关。例如：车载端和地面端接近时，地面端处于发送和接收两种状态不停切换，发送的是确认对接信号；车载端接收确认信号，转换成发射状态，发送确认对接信号，地面端切换成接收状态是收到确认信号，对接成功。这属于通信器确认对接的内部信号。同理，在断开时也有类似的内部信号确认。
67.所述地面端mcu同样连接外部信号接口和调制解调器，调制解调器连接mcu和地面端通信线圈，移动端通信线圈接收内部或外部信号后转换成磁场振荡频率，由另一端通信线圈接收，整体系统由外部电源通过电源模块进行供电。
68.在两端对接之前，移动端通信线圈在未成功对接之前处于接收状态，避免生成磁场在移动端运行过程中造成干扰。地面端通信线圈在对接之前处于发射、接收两种状态定期切换模式，保证对接成功。或者车载端和地面端接收到其他开关的触发信号后再切换状态进行对接。
69.本实施例的工作原理是：采用一对内置磁通线圈以半双工的形式传输地面端指令至车载端，从而使车载端可以实时接收地面端指令；或将车载端数据信息传输至地面端，从而监测或下载车载端已有的各项数据。一对磁通线圈一式两份，分别带有一个发射线圈和一个接收线圈，当车载端与地面端连接成功后，地面端切换为发射线圈，通过调制电路调制后发送给车载端相应数据，同时车载端切换为接收线圈，接收传输来的指令数据后解调为可识别指令；当地面端指令传输完毕，车载端切换为发射线圈，将电池状态或/和车况信息调制后发送至地面端，地面端切换为接收线圈，接收并解调数据后储存车载端数据至数据库。
70.本发明还提供一种近场通信方法，所述近场通信传感器可以实现本发明所述的近场通信方法，但本发明所述的近场通信方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的近场通信传感器的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
71.参见图6所示，本发明实施例还提供一种近场通信方法，所述近场通信方法包括：
72.步骤s601，将一数据信号转换成一磁通信号发射；
73.步骤s602，接收所述磁通信号，并将所述磁通信号解调为可识别的数据信号。
74.于本发明的一实施例中，所述近场通信方法由一近场通信发射设备和一近场通信接收设备配合实现；其中，所述近场通信发射设备将一数据信号转换成一磁通信号发射，所述近场通信接收设备接收所述磁通信号，并将所述磁通信号解调为可识别的数据信号；或所述近场通信方法由一近场通信设备切换实现；其中，所述近场通信设备处于发射模式时将一数据信号转换成一磁通信号发射；或所述近场通信设备处于接收模式时接收一磁通信号并将所述磁通信号解调为可识别的数据信号。进一步，步骤s601是由近场通信的一端实现的，s602是由近场通信的另一端实现的。此外，近场通信的任一端都是既可以实现步骤s601所述的功能，也可以实现步骤s602所述的功能的；但对于近场通信的任一端而言，步骤s601和步骤s602所述的功能是分时实现的，而非同时实现的。
75.本发明所述的近场通信方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
76.本发明基于磁共振原理实现了近场通信，不但抗干扰能力强，传输距离长(可达300mm)，而且传输速度快，而且满足双向通信需求。
77.本发明所述的近场通信方式安全可靠，适用于各种工作环境，受环境干扰小，可以检测相对位置，保证信号传输稳定安全；本发明所述的近场通信方式便捷高效，高速信息双向传输，最高可达2mbps，允许位置偏差，降低了对移动体的定位精度要求；本发明所述的近场通信方式功能全面，可以兼容can信号和485信号，抗干扰强，环境需求低，适用于户外各种复杂环境。
78.本发明适用于智能制造领域(如移动机器人agv)、智能居家领域(如家庭服务、助残机器人agv)、仓储物流领域(如电动叉车、叉车agv、穿梭子母车rgv)、新能源汽车领域(如电动汽车、电动物流车、电动巴士、立体停车库)、数字化生产线领域(如数字化托盘、移动货架、智能流水线)等。
79.综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
80.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。