克力外壳保护内部电路板;(2)为发射初级线圈；
(3)为发射次级线圈，由亚克力骨架和漆包线绕制完成。(I)与(2)通过导线连接，(2)与(3)没有物理连接。(4)为聚能线圈；(5)接收次级线圈，由亚克力骨架和漆包线绕制完成；(6)为接收初级线圈；(7)为接收装置，由亚克力外壳保护内部电路板；(8)为显示装置，由显示器和外围电路组成。
[0034]本发明的工作过程是:
用户输入文字或图像信息，通过MCU识别后按照协议生成控制信号，控制FPGA输出两路频率的方波完成FSK调制。方波送入MOS管驱动器后，控制MOS管开断，输出大功率调制信号，加载在发射线圈上送入空间信道。接收线圈通过磁耦合谐振接收到信号后，经由能量信息分离电路完成分离后，在显示电路上进行显示。
[0035]其中，对于信息的编码解码过程如下:
1)发射部分的蓝牙接收模块收到用户发送的数据；
2)蓝牙模块将数据通过串口以4800bps波特率发送到FPGA基带信息输入端；
3)FPGA采用FSK方式对输入的基带信号进行调制；
4)FPGA调制后的信号输入到全桥驱动电路进行功率放大；
5 )全桥放大电路对输入信号进行功率放大后输出到发射线圈组；
6)发射线圈组与接收线圈组通过磁耦合谐振方式传递能量与信息； 7)接收线圈组将接收到的电磁信号进行整流滤波稳压后为接收端提供能量；
8)获得能量的接收端信息解调模块通过光耦隔离技术解调电磁信号中的信息；
9)接收端将能量与信息输出给终端设备，进行信息显示。
[0036]本发明装置发射端输入电压DCl2V，正常工作电流1.5A;数据传输速率4800bps;接收端输出电压DC3.3V。谐振线圈线径1.8mm，直径30cm。传输距离60cm，谐振频率354.5kHz。
[0037]采用本方法实现无线携能通信，成本低，方法便捷，采用通用接口，用户可以在完全透明的环境下输入数据接收数据而不需要懂得相关原理和内部结构。本发明还在装置中留出调试接口，可以方便工程人员进行相关指标的调试，扩大了应用场合。
【主权项】
1.本发明公开了一种基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，主要实现了短距离范围内可靠的无线携能通信;该发明基于磁耦合谐振的原理，整个发明包括发射装置与接收装置，其中发射装置包括蓝牙适配电路、调制电路、驱动电路以及发射线圈，接收部分包括接收线圈、电能转换模块、信息提取模块以及显示器、音乐播放器接口；发射单元将由手机或电脑通过蓝牙传来的数据调制后经驱动电路加载到发射线圈上发射出去，接收线圈通过磁耦合谐振方式获取发射线圈发射的信号，转化为能量与信息，驱动显示器与音乐播放器工作;本发明在保证可靠性的同时降低了整个系统实现的成本，丰富了数据传输的功能，具有很强的实用性。2.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于，所述的信道传输装置由亚克力圆柱骨架、漆包线、电容组成;所设计的信道传输装置具有寿命长、抗冲击力强、绝缘性能优良、可回收率高、维护方便的性能，其中发射接收线圈采用圆柱螺旋形结构，使用五线圈拓扑结构实现线圈之间耦合匹配要求，选用聚酯漆包线绕制电感并联CBB电容，30cm线圈直径，中心振荡频率354.5kHz ο3.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于，所述的六线圈拓扑结构分为发射部分两线圈与接收部分三线圈，呈对称分布，发射两线圈中的发射初级线圈由平面圆环绕线的漆包线电感并联电容组成，发射次级线圈由螺旋圆柱绕线的漆包线电感并联电容组成;接收部分初级线圈与次级线圈同发射部分，接收部分聚能线圈由漆包线单圈绕成并联电容。4.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于:发射装置信息调制电路由用户接口、可编程逻辑门阵列，M⑶控制器组成，用户交互部分包括矩阵键盘以及手机、电脑的蓝牙接入端和配套的手机端与电脑端的用户操作软件;通过程序通过可编程逻辑门阵列与MCU协同完成能量信号的信息编码过程；用户交互部分的键盘输入由矩阵键盘、单片机识别、显示器组成，通过程序实现键盘的输入以及用户的可视化界面;蓝牙接入端通过蓝牙模块实现适配;手机端的操作软件使用Android编写APP实现，电脑端的操作软件使用VB编程实现。5.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于:能量逆变电路由MOS管驱动芯片、数字芯片、H桥组成，实现将低频市电转换为高频交流电的功能;选用MOS管驱动芯片组成电路将一路PffM波转换成两路互补的PWM波，经过数字整形电路降低波形中的噪声信号，输入由四只NMOS管组成的H桥功率放大电路，产生功率级的能量与信息信号。6.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于:接收装置所述的能量接收电路由整流滤波器、稳压器组成，实现对于后级显示电路的供电需求;其中整流滤波器通过四只肖特基二极管实现低压降的整流，由大容量的电解电容和小容量的瓷片电容实现平滑的滤波效果;稳压器通过稳压芯片配合外部电路实现指定范围内的电压输出。7.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于:接收装置所述的信息接收电路由光耦隔离电路、波形整形电路以及解调MCU电路组成，实现将文字、图像准确的显示在后级显示器上;其中波形整形电路使用电压比较器采集能量输出端电压值作为参考，对于信息信号进行波形恢复;解调MCU通过两片单片机编程串行配合采集信息信号解调出所传达的信息。8.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于:所述的演示模块采用了自行编制的通信协议与系统进行通信，规定了演示模块与系统通信时所必须遵循的规则和约定，实现了两者之间的正常通信。9.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，其特征在于:所述的基于磁耦合谐振的无线携能通信系统的数据流处理过程如下: .1)发射部分的蓝牙接收模块收到用户发送的数据； .2)蓝牙模块将数据通过串口以4800bps波特率发送到FPGA基带信息输入端； .3 )FPGA采用FSK方式对输入的基带信号进行调制； .4)FPGA调制后的信号输入到全桥驱动电路进行功率放大； .5 )全桥放大电路对输入信号进行功率放大后输出到发射线圈组； .6)发射线圈组与接收线圈组通过磁耦合谐振方式传递能量与信息； .7)接收线圈组将接收到的电磁信号进行整流滤波稳压后为接收端提供能量； .8)获得能量的接收端信息解调模块通过光耦隔离技术解调电磁信号中的信息； .9)接收端将能量与信息输出给终端设备，进行显示。
【专利摘要】本发明公开了一种基于磁耦合谐振的无线携能通信系统，该发明包括发射装置与接收装置，其中发射装置包括蓝牙接口、调制电路、驱动电路以及发射线圈，接收部分包括接收线圈、电能转换模块、信息提取模块以及显示器、音乐播放器接口。发射单元将由手机或电脑用蓝牙传来的数据调制至后经驱动电路加载到发射线圈上发射出去，接收线圈通过磁耦合谐振方式获取发射线圈发射的信号，转化为能量与信息，驱动显示器与音乐播放器工作。本发明在保证可靠性的同时采用了较低的成本，丰富了实际的功能，具有很强的实用性。
【IPC分类】H04L27/12, H04B5/00, H02J50/10
【公开号】CN105516039
【申请号】CN201510845432
【发明人】李智, 龙啸, 潘旭
【申请人】四川大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月30日