CN103325509B - 一种基于近场通信技术的无线电位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于近场通信技术的无线电位器。包括主模块和从模块；主模块的第1输入端接直流电源，主模块的第1输出端接发射线圈的1端口，主模块的第2输入端接发射线圈的2端口和串联电容的1端口，串联电容的2端口接地，主模块的第2输出端接被控电路；从模块的第1输入端接接收线圈的1端口和并联电容的1端口，从模块的第2输入端接接收线圈的2端口和并联电容的2端口，从模块的第1输出端接传统电位器的1端口，从模块的第3输入端接传统电位器的3端口，传统电位器的2端口接地。本发明相对于传统电位器而言，无需跟被控电路存在直接的物理连接，实现了隔障碍物对被控电路进行控制的功能。

Description

一种基于近场通信技术的无线电位器

技术领域

本发明涉及一种无线电位器，尤其是一种基于近场通信技术的无线电位器。

背景技术

电位器，又称为可变电阻器，是一种常用的可调电子元件。其一般具有三个端子(即两个固定端子与一个滑动端子)。在使用过程中，一般将两个固定端子分别接到一个固定电压和地上，通过改变其滑动端子的位置，来获得不同的分压电压。

电位器被大量用于工业控制领域。在使用过程中，电位器的基本工作原理要求其必须与被控电路存在直接的物理连接。然而在实际的应用中，则可能存在控制电路与被控电路之间存在障碍物的情况。此时传统电位器便无法正常工作。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于近场通信技术的无线电位器，来实现隔障碍物控制功能。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括主模块和从模块；主模块的第1输入端口1接直流电源，主模块的第1输出端口2接发射线圈的端口1，主模块的第2输入端口3接发射线圈的端口2和串联电容的端口1，串联电容的端口2接地，主模块的第2输出端口4接被控电路；从模块的第1输入端口1接接收线圈的端口1和并联电容的端口1，从模块的第2输入端口4接接收线圈的端口2和并联电容的端口2，从模块的第1输出端口2接电位器的端口1，从模块的第3输入端口3接电位器的端口3，电位器的2端口接地。

所述的主模块，包括电源电路、自适应锁相环电路、功率放大电路、幅度解调电路和脉冲宽度调制电路；电源电路的输入端1接主模块的第1输入端口1，电源电路的输出端2分别接自适应锁相环电路的第1输入端3、功率放大电路的第1输入端3、幅度解调电路的第1输入端3和脉冲宽度调制电路的第1输入端3；自适应锁相环电路的第2输入端1接主模块的第2输入端口3，自适应锁相环电路的输出端2接功率放大电路的第2输入端1，功率放大电路的输出端接主模块的第1输出端口2，幅度解调电路的第2输入端1接主模块的第2输入端口3，幅度解调电路的输出端2接脉冲宽度调制电路的第2输入端1，脉冲宽度调制电路的输出端2接主模块的第2输出端口4。

所述的从模块，包括无线能量接收电路、电压基准电路、模数转换电路和阻抗调制电路；无线能量接收电路的第1输入端1接从模块的第1输入端口1，无线能量接收电路的第2输入端2接从模块的第2输入端口4，无线能量接收电路的输出端3分别接电压基准电路的第1输入端1、模数转换电路的第1输入端3和阻抗调制电路的第1输入端4，电压基准电路的输出端2接从模块的第1输出端口2，模数转换电路的第2输入端1接从模块的第3输入端口3，模数转换电路的输出端2接阻抗调制电路的第2输入端1，阻抗调制电路的第1输出端接从模块的第1输入端口1，阻抗调制电路的第2输出端3接从模块的第2输入端口4。

本发明具有的有益效果是：

本发明相对于传统电位器而言，无需跟被控电路存在直接的物理连接，实现了隔障碍物对被控电路进行控制的功能。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是主模块的结构框图。

图3是从模块的结构框图。

图4是功率放大电路的原理图。

图5是幅度解调电路的原理图。

图6是无线能量接收电路的原理图。

图7是为阻抗调制电路的简化原理图。

图8是演示实验结果。

具体实施方式

以下结合附图具体阐述本发明的工作原理和实施方式：

如图1所示，本发明包括主模块和从模块；主模块的第1输入端口1接直流电源，主模块的第1输出端口2接发射线圈的端口1，主模块的第2输入端口3接发射线圈的端口2和串联电容的端口1，串联电容的端口2接地，主模块的第2输出端口4接被控电路；从模块的第1输入端口1接接收线圈的端口1和并联电容的端口1，从模块的第2输入端口4接接收线圈的端口2和并联电容的端口2，从模块的第1输出端口2接电位器的端口1，从模块的第3输入端口3接电位器的端口3，传统电位器的2端口接地。

主模块的第1输入端与直流电源接通后，其第1输出端输出一个高频振荡电流；当该高频振荡电流流经发射线圈时，产生高频振荡磁场；接收线圈将高频振荡磁场转化为高频振荡电压信号；从模块从该高频振荡电压中提取供电电压，并在第1输出端输出基准电压V_ref；传统电位器的固定端分别接到该基准电压和电路地上，其分压电压V_d随滑动端子的位置而变化；从模块的第3输入端采集V_d，并通过阻抗调制的方式将结果调制在后向散射磁场中；发射线圈耦合到后向散射磁场中包含的调制信号，主模块对该调制信号进行解调操作，得到代表V_d大小的数字化结果，并将该结果输出给被控电路；通过上述步骤，在传统电位器和被控电路之间存在障碍物的情况下，所述的基于近场通信技术的无线电位器，实现了隔障碍物对被控电路进行控制的功能。

如图2所示，所述的主模块，包括电源电路、自适应锁相环电路、功率放大电路、幅度解调电路和脉冲宽度调制电路；电源电路的输入端1接主模块的第1输入端口1，电源电路的输出端2分别接自适应锁相环电路的第1输入端3、功率放大电路的第1输入端3、幅度解调电路的第1输入端3和脉冲宽度调制电路的第1输入端3；自适应锁相环电路的第2输入端1接主模块的第2输入端口3，自适应锁相环电路的输出端2接功率放大电路的第2输入端1，功率放大电路的输出端接主模块的第1输出端口2，幅度解调电路的第2输入端1接主模块的第2输入端口3，幅度解调电路的输出端2接脉冲宽度调制电路的第2输入端1，脉冲宽度调制电路的输出端2接主模块的第2输出端口4。

如图3所示，所述的从模块，包括无线能量接收电路、电压基准电路、模数转换电路和阻抗调制电路；无线能量接收电路的第1输入端1接从模块的第1输入端口1，无线能量接收电路的第2输入端2接从模块的第2输入端口4，无线能量接收电路的输出端3分别接电压基准电路的第1输入端1、模数转换电路的第1输入端3和阻抗调制电路的第1输入端4，电压基准电路的输出端2接从模块的第1输出端口2，模数转换电路的第2输入端1接从模块的第3输入端口3，模数转换电路的输出端2接阻抗调制电路的第2输入端1，阻抗调制电路的第1输出端接从模块的第1输入端口1，阻抗调制电路的第2输出端3接从模块的第2输入端口4。

所述的一种基于近场通信技术的无线电位器，具体工作过程和工作原理如下：

1)主模块第1输入端与直流电源接通后，其电源电路产生自适应锁相环电路、功率放大电路、幅度解调电路和脉冲宽度调制电路所需的供电电压。

2)自适应锁相环电路产生高频振荡电流。该高频振荡电流的频率与发射线圈和串联电容组成串联谐振电路的谐振频率相同，当其经过功率放大电路驱动后从主模块的第1输出端输出，流经发射线圈，产生同频率的高频振荡磁场。

3)接收线圈和并联电容组成并联谐振电路的谐振频率，与高频振荡磁场的频率相同。接收线圈将高频振荡磁场转化为高频振荡电压信号。

4)从模块的无线能量接收电路(如图6所示)，将接收线圈输出的高频振荡电压转化成直流电压，用来给从模块中电压基准电路、模数转换电路和阻抗调制电路供电。

5)电压基准电路获得所需的供电电压后，输出基准电压V_ref。

6)传统电位器的固定端(图1中的1端口和2端口)分别接到该基准电压和电路地上。假设其滑动端子在某一位置时，传统电位器1端口和3端口间的直流电阻为R₁₃，而2端口和3端口间的直流电压为R₂₃，则在其3端口产生分压电压为

$V_d=\frac{R_{23}}{R_{13}+R_{23}}{V}_{ref}.$

7)从模块的模数转换器采集传统电位器3端口上的分压电压V_d，并将二进制结果传输给阻抗调制模块。

8)如图7所示，阻抗调制根据瞬时的二进制输入，其内部的开关S工作在打开和闭合两种状态。在这两种状态下，在从模块的第1输入端和第2输入端看进去的输入阻抗不同。从而实现了根据V_d的大小，对后向散射磁场进行幅度调制的作用。

9)发射线圈耦合到后向散射磁场中包含的幅度调制信号；主模块上的幅度解调电路(如图5所示)对该幅度调制信号进行解调操作，得到代表V_d大小的数字化结果。

10)主模块上的脉冲宽度调制电路，将代表V_d大小的数字化结果转换为脉冲宽度调制信号，输出给被控电路。

通过上述步骤，在传统电位器和被控电路之间存在障碍物的情况下，所述的基于近场通信技术的无线电位器，实现了隔障碍物对被控电路进行控制的功能。

以下具体阐述各个部分的实施方式：

电源电路商业低压差电源控制芯片(如Analog Device公司生产的ADP150)，或者使用集成电路设计实现。

自适应锁相环电路使用商业锁相环芯片(如Analog Device公司生产的ADF4360)，或者使用集成电路设计实现。

功率放大电路使用B类、D类或E类功率放大电路。使用B类推挽互补放大电路时，电路原理图如图4所示。

幅度解调电路使用包络检波电路实现，如图5所示。

脉冲宽度调制电路使用商业PWM芯片(如TI公司生产的LM5035)，或者使用集成电路设计实现。

无线能量接收电路使用分立元件设计或者集成电路设计实现，其原理图如图6所示。

电压基准电路使用商业基准源芯片(如Analog Device公司生产的REF03)，或者使用集成电路设计实现。

模数转换电路使用商业功模数转换器芯片(如Analog Device公司生产的AD1556)，或者使用集成电路设计实现。

阻抗调制电路使用分立元件设计或者集成电路设计实现，其原理图如图7所示。

下面以使用集成电路设计实现的基于近场通信技术的无线电位器为例，说明本发明的具体实施效果：

在具体的演示实验中，主模块的第1输入端接到直流电源上，主模块的第2输出端和传统电位器的3端口分别接到双踪示波器的两个输入通道上。使用5mm的玻璃作为障碍物将传统电位器和双踪示波器隔离开，使二者之间不存在任何直接的物理连接。当改变传统电位器滑动端的位置时，其分压V_d发生变化，同时主模块第2输出端输出的脉宽调制信号的等效输出电压也相应地发生变化，具体的实验结果如图8所示。该结果显示，所述的基于近场通信技术的无线电位器，具有无线传递传统电位器分压电压V_d的能力，从而实现了隔障碍物控制的功能。

Claims (3)

1.一种基于近场通信技术的无线电位器，其特征在于：包括主模块和从模块；主模块的第1输入端口1接直流电源，主模块的第1输出端口2接发射线圈的端口1，主模块的第2输入端口3接发射线圈的端口2和串联电容的端口1，串联电容的端口2接地，主模块的第2输出端口4接被控电路；从模块的第1输入端口1接接收线圈的端口1和并联电容的端口1，从模块的第2输入端口4接接收线圈的端口2和并联电容的端口2，从模块的第1输出端口2接电位器的端口1，从模块的第3输入端口3接电位器的端口3，电位器的2端口接地。

2.根据权利要求1所述的一种基于近场通信技术的无线电位器，其特征在于：所述的主模块，包括电源电路、自适应锁相环电路、功率放大电路、幅度解调电路和脉冲宽度调制电路；电源电路的输入端1接主模块的第1输入端口1，电源电路的输出端2分别接自适应锁相环电路的第1输入端3、功率放大电路的第1输入端3、幅度解调电路的第1输入端3和脉冲宽度调制电路的第1输入端3；自适应锁相环电路的第2输入端1接主模块的第2输入端口3，自适应锁相环电路的输出端2接功率放大电路的第2输入端1，功率放大电路的输出端接主模块的第1输出端口2，幅度解调电路的第2输入端1接主模块的第2输入端口3，幅度解调电路的输出端2接脉冲宽度调制电路的第2输入端1，脉冲宽度调制电路的输出端2接主模块的第2输出端口4。

3.根据权利要求1所述的一种基于近场通信技术的无线电位器，其特征在于：所述的从模块，包括无线能量接收电路、电压基准电路、模数转换电路和阻抗调制电路；无线能量接收电路的第1输入端1接从模块的第1输入端口1，无线能量接收电路的第2输入端2接从模块的第2输入端口4，无线能量接收电路的输出端3分别接电压基准电路的第1输入端1、模数转换电路的第1输入端3和阻抗调制电路的第1输入端4，电压基准电路的输出端2接从模块的第1输出端口2，模数转换电路的第2输入端1接从模块的第3输入端口3，模数转换电路的输出端2接阻抗调制电路的第2输入端1，阻抗调制电路的第1输出端接从模块的第1输入端口1，阻抗调制电路的第2输出端3接从模块的第2输入端口4。