CN104617679A - 基于无线供电的机器人智能足球场系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线供电的机器人智能足球场系统，包括球场控制器、裁判器、显示模块、无线供电发射模块、安装在足球机器人上的无线供电接收模块以及分别安装在左右球门边上的两个进球采集器；球场控制器的输出端与无线供电发射模块的输入端连接，无线供电发射模块与无线供电接收模块通过磁场共振方式连接，无线供电接收模块用于为足球机器人提供工作电源，球场控制器分别与裁判器、显示模块及进球采集器无线连接。本发明可稳定持续地对足球机器人供电，而且可控性强，智能程度高，可广泛应用于机器人智能足球场领域中。

Description

基于无线供电的机器人智能足球场系统

技术领域

本发明涉及机器人智能足球场领域，特别是涉及一种基于无线供电的机器人智能足球场系统。

背景技术

机器人足球比赛是近年来在国际上迅速开展起来的高技术对抗活动，它是体育竞技与高科技结合的产物。机器人足球系统的研究涉及非常广泛的领域，包括机械电子学、机器人学、传感器信息融合、智能控制、通讯、计算机视觉、计算机图形学、人工智能等等，吸引了世界各国的广大科学研究人员和工程技术人员的积极参与。然而，足球机器人赖以生存的电源问题一直困挠着研究人员，目前足球机器人一般都是选择可充电的电池为直流电动机和车载电路板供电。由于电机的供电电压和电流要求范围较宽，消耗的电流较大，其能量一般只能维持机器人运行10分钟左右。另外，目前技术，当足球机器人存在犯规时，裁判无法立即控制机器人停止运行，只能通过工作人员人工调整；当进球时，若裁判员离球门比较远，无法及时地判断进球是否有效，无法及时地显示进球信息。而且，总的来说，目前机器人智能足球场存在供电不稳定、可控性差、智能度低等问题，这些问题都极大地限制了机器人智能足球场的发展。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种基于无线供电的机器人智能足球场系统，足球机器人在该智能足球场系统中，无需携带电池，可通过无线供电正常工作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于无线供电的机器人智能足球场系统，包括球场控制器、裁判器、显示模块、无线供电发射模块、安装在足球机器人上的无线供电接收模块以及分别安装在左右球门边上的两个进球采集器；

所述球场控制器的输出端与无线供电发射模块的输入端连接，所述无线供电发射模块与无线供电接收模块通过磁场共振方式连接，所述无线供电接收模块用于为足球机器人提供工作电源，所述球场控制器分别与裁判器、显示模块及进球采集器无线连接。

进一步，所述球场控制器包括第一微处理器、第一电源模块、第一Zigbee通信模块、时钟模块、存储模块以及光电隔离电路，所述第一电源模块的输出端与第一微处理器的第一输入端连接，所述时钟模块的输出端与第一微处理器的第二输入端连接，所述存储模块的输出端与第一微处理器的第三输入端连接，所述第一微处理器通过第一Zigbee通信模块分别与裁判器、显示模块及进球采集器无线连接，所述第一微处理器的输出端通过光电隔离电路与无线供电发射模块的输入端连接。

进一步，所述无线供电发射模块包括交流供电电源、第一整流滤波电路、高频逆变电路、控制电路、螺旋盘状地平铺在足球场绝缘面板上的发射线圈以及用于检测发射线圈的工作电流的电流检测电路，所述发射线圈与无线供电接收模块通过磁场共振方式连接；

所述交流供电电源通过第一整流滤波电路与高频逆变电路的第一输入端连接，所述高频逆变电路的输出端与发射线圈的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的第一输入端连接，所述球场控制器的输出端与控制电路的第二输入端连接，所述控制电路的输出端与高频逆变电路的第二输入端连接。

进一步，所述无线供电接收模块包括接收线圈、第二整流滤波电路及稳压电路，所述接收线圈与发射线圈通过磁场共振方式连接，所述接收线圈的输出端依次通过第二整流滤波电路及稳压电路后为足球机器人提供工作电源。

进一步，所述接收线圈螺旋盘状地平铺安装在足球机器人的底部。

进一步，所述进球采集器包括第二电源模块、第二微控制器、第二Zigbee通信模块以及用于检测进球信号的红外感应模块，所述红外感应模块与第二微控制器连接，所述第二电源模块的输出端与第二微控制器的输入端连接，所述第二微控制器通过第二Zigbee通信模块与球场控制器无线连接。

进一步，所述裁判器包括第三电源模块、第三微控制器、第三Zigbee通信模块以及按键模块，所述按键模块与第三微控制器连接，所述第三电源模块的输出端与第三微控制器的输入端连接，所述第三微控制器通过第三Zigbee通信模块与球场控制器无线连接。

进一步，所述显示模块包括开关电源、第四微控制器、第四Zigbee通信模块、显示驱动电路以及LED显示屏，所述开关电源的输出端与第四微处理器的输入端连接，所述第四微控制器通过显示驱动电路与LED显示屏连接，所述第四微控制器通过第四Zigbee通信模块与球场控制器无线连接。

进一步，所述LED显示屏采用P5双基色单元模组。

本发明的有益效果是：本发明的基于无线供电的机器人智能足球场系统，包括球场控制器、裁判器、显示模块、无线供电发射模块、安装在足球机器人上的无线供电接收模块以及分别安装在左右球门边上的两个进球采集器；球场控制器的输出端与无线供电发射模块的输入端连接，无线供电发射模块与无线供电接收模块通过磁场共振方式连接，无线供电接收模块用于为足球机器人提供工作电源，球场控制器分别与裁判器、显示模块及进球采集器无线连接。本智能足球场系统可通过无线供电方式给足球机器人持续稳定地供电，并通过球场控制器控制无线供电情况从而及时地控制足球机器人的工作状态，而且可通过进球采集器智能地采集进球信息并判断进球是否有效，进而及时地通过显示模块显示进球信息。本发明可稳定地对足球机器人供电，而且可控性强，智能程度高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的基于无线供电的机器人智能足球场系统的一具体的实施例的结构框图；

图2是本发明的基于无线供电的机器人智能足球场系统的一具体的实施例的电路原理框图；

图3是图2中的进球采集器的内部电路框图；

图4是图2中的裁判器的内部电路框图；

图5是图2中的显示模块的内部电路框图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种基于无线供电的机器人智能足球场系统，包括球场控制1、裁判器5、显示模块6、无线供电发射模块2、安装在足球机器人上的无线供电接收模块3以及分别安装在左右球门边上的两个进球采集器4；

所述球场控制器1的输出端与无线供电发射模块2的输入端连接，所述无线供电发射模块2与无线供电接收模块3通过磁场共振方式连接，所述无线供电接收模块3用于为足球机器人提供工作电源，所述球场控制器1分别与裁判器5、显示模块6及进球采集器4无线连接。

进一步作为优选的实施方式，参照图2，所述球场控制器1包括第一微处理器10、第一电源模块11、第一Zigbee通信模块12、时钟模块13、存储模块14以及光电隔离电路15，所述第一电源模块11的输出端与第一微处理器10的第一输入端连接，所述时钟模块13的输出端与第一微处理器10的第二输入端连接，所述存储模块14的输出端与第一微处理器10的第三输入端连接，所述第一微处理器10通过第一Zigbee通信模块12分别与裁判器5、显示模块6及进球采集器4无线连接，所述第一微处理器10的输出端通过光电隔离电路15与无线供电发射模块2的输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述无线供电发射模块2包括交流供电电源20、第一整流滤波电路21、高频逆变电路22、控制电路24、螺旋盘状地平铺在足球场绝缘面板上的发射线圈23以及用于检测发射线圈23的工作电流的电流检测电路25，所述发射线圈23与无线供电接收模块3通过磁场共振方式连接；

所述交流供电电源20通过第一整流滤波电路21与高频逆变电路22的第一输入端连接，所述高频逆变电路22的输出端与发射线圈23的输入端连接，所述电流检测电路25的输出端与控制电路24的第一输入端连接，所述球场控制器1的输出端与控制电路24的第二输入端连接，所述控制电路24的输出端与高频逆变电路22的第二输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述无线供电接收模块3包括接收线圈30、第二整流滤波电路31及稳压电路32，所述接收线圈30与发射线圈23通过磁场共振方式连接，所述接收线圈30的输出端依次通过第二整流滤波电路31及稳压电路32后为足球机器人提供工作电源。

进一步作为优选的实施方式，所述接收线圈30螺旋盘状地平铺安装在足球机器人的底部。

进一步作为优选的实施方式，参照图3，所述进球采集器4包括第二电源模块40、第二微控制器41、第二Zigbee通信模块42以及用于检测进球信号的红外感应模块43，所述红外感应模块43与第二微控制器41连接，所述第二电源模块40的输出端与第二微控制器41的输入端连接，所述第二微控制器41通过第二Zigbee通信模块42与球场控制器1无线连接。

进一步作为优选的实施方式，参照图4，所述裁判器5包括第三电源模块50、第三微控制器51、第三Zigbee通信模块52以及按键模块53，所述按键模块53与第三微控制器51连接，所述第三电源模块50的输出端与第三微控制器51的输入端连接，所述第三微控制器51通过第三Zigbee通信模块52与球场控制器1无线连接。

进一步作为优选的实施方式，参照图5，所述显示模块6包括开关电源60、第四微控制器61、第四Zigbee通信模块62、显示驱动电路63以及LED显示屏64，所述开关电源60的输出端与第四微处理器61的输入端连接，所述第四微控制器61通过显示驱动电路63与LED显示屏64连接，所述第四微控制器61通过第四Zigbee通信模块62与球场控制器1无线连接。

进一步作为优选的实施方式，所述LED显示屏64采用P5双基色单元模组。

下面结合说明书附图1~5描述一具体实施例，对本发明做进一步说明：

参照图1，基于无线供电的机器人智能足球场系统，包括球场控制1、裁判器5、显示模块6、无线供电发射模块2、安装在足球机器人上的无线供电接收模块3以及分别安装在左右球门边上的两个进球采集器4；

球场控制器1的输出端与无线供电发射模块2的输入端连接，无线供电发射模块2与无线供电接收模块3通过磁场共振方式连接，无线供电接收模块3用于为足球机器人提供工作电源，球场控制器1分别与裁判器5、显示模块6及进球采集器4无线连接。

参照图2，本实施例中，球场控制器1包括第一微处理器10、第一电源模块11、第一Zigbee通信模块12、时钟模块13、存储模块14以及光电隔离电路15，第一电源模块11的输出端与第一微处理器10的第一输入端连接，时钟模块13的输出端与第一微处理器10的第二输入端连接，存储模块14的输出端与第一微处理器10的第三输入端连接，第一微处理器10通过第一Zigbee通信模块12分别与裁判器5、显示模块6及进球采集器4无线连接，第一微处理器10的输出端通过光电隔离电路15与无线供电发射模块2的输入端连接。

球场控制器1是智能足球场的控制中心，球场控制器1经光电隔离电路15控制无线供电发射模块2的发射。本实施例中，第一微处理器10采用的是cortex-m3为内核的stm32f103增强型微处理器，基于μc/os-Ⅱ操作系统来控制管理智能足球场系统；第一Zigbee通信模块12采用 CC2530控制芯片，CC2530具有支持2.4-GHz频率、支持IEEE 802.15.4无线标准、ZigBee协议栈等特性。

无线供电发射模块2包括交流供电电源20、第一整流滤波电路21、高频逆变电路22、控制电路24、螺旋盘状地平铺在足球场绝缘面板上的发射线圈23以及用于检测发射线圈23的工作电流的电流检测电路25，发射线圈23与无线供电接收模块3通过磁场共振方式连接；

交流供电电源20通过第一整流滤波电路21与高频逆变电路22的第一输入端连接，高频逆变电路22的输出端与发射线圈23的输入端连接，电流检测电路25的输出端与控制电路24的第一输入端连接，球场控制器1的输出端与控制电路24的第二输入端连接，控制电路24的输出端与高频逆变电路22的第二输入端连接。

交流供电电源20提供的交流电经过整流滤波电路21转换成幅值一定的直流电，直流电经高频逆变电路22逆变成发射线圈23所需的频率和幅值一定的谐振交流电，谐振交流电输入到发射线圈23后，在发射线圈23周围产生高频电磁波供无线供电接收模块3接收。无线供电发射模块2与无线供电接收模块3之间通过高频电磁波共振方式来传输电能，具体到图2中，即发射线圈23和接收线圈30之间是通过高频电磁波共振方式来传输电能的，也可以简单地称为两者之间通过磁场共振方式连接。电流检测电路25用来检测发射线圈23的工作电流是否处于正常范围；若超出正常范围，电流检测电路23及时反馈到控制电路24，由控制电路24控制调整高频逆变电路22的振荡频率和幅值，使无线供电发射模块2的无线供电的输出功率保持稳定。

无线供电接收模块3包括接收线圈30、第二整流滤波电路31及稳压电路32，接收线圈30与发射线圈23通过磁场共振方式连接，接收线圈30的输出端依次通过第二整流滤波电路31及稳压电路32后为足球机器人提供工作电源。本实施例中，无线供电接收模块3安装于足球机器人的车载电路板的下方，其接收线圈30也采用螺旋盘状水平置于足球机器人的底部。

优选的，接收线圈30螺旋盘状地平铺安装在足球机器人的底部并尽量与发射线圈23的平面保持平行，以便提高电能传输效率。

参照图3，本实施例中，进球采集器4包括第二电源模块40、第二微控制器41、第二Zigbee通信模块42以及用于检测进球信号的红外感应模块43，红外感应模块43与第二微控制器41连接，第二电源模块40的输出端与第二微控制器41的输入端连接，第二微控制器41通过第二Zigbee通信模块42与球场控制器1无线连接。当红外感应模块43感应到球进入时，产生进球信号输入到第二微控制器41，第二微控制器41将进球信息通过第二Zigbee通信模块42无线传输到球场控制器1进行处理。本实施例中，为了减小进球采集器4的体积及功耗，第二微控制器41和第二Zigbee通信模块42采用片上系统CC2530控制芯片，其内置的8051可作为进球采集器的第二微控制器41，裁判器5和显示模块6中的微控制器、Zigbee通信模块在本实施例中同上述，以下不再赘述。

参照图4，本实施例中，裁判器5包括第三电源模块50、第三微控制器51、第三Zigbee通信模块52以及按键模块53，按键模块53与第三微控制器51连接，第三电源模块50的输出端与第三微控制器51的输入端连接，第三微控制器51通过第三Zigbee通信模块52与球场控制器1无线连接。按键模块53包括进球指示灯以及分别代表暂停、启动、有效、无效的4个按钮。

当球场控制器1得到进球信息时，立即通过第一Zigbee通信模块12向裁判器5无线发送该进球信息；裁判器5的第二Zigbee通信模块52无线接收到进球信息，经第三微控制器51数据处理，通过按键模块53的进球指示灯闪灭提示裁判已进球，裁判根据有无犯规情况，按下按键模块53进球有效或无效按钮，按键模块53将裁判按下的有效或无效按钮信息经第三微控制器51处理，通过第三Zigbee通信模块52无线发送到球场控制器1；球场控制器1的第一Zigbee通信模块12接收到按钮信息后，经第一微处理器10处理，将进球的比分信息通过第一Zigbee通信模块12无线传输到显示模块显示。当竞赛中出现犯规需暂停比赛时，裁判可通过按下裁判器5的暂停按钮，将暂停信息通过第三Zigbee通信模块52无线通信传输到球场控制器1，球场控制器1将控制信息经光电隔离电路15输出到无线供电发射模块2的控制电路24，控制高频逆变电路22停止产生谐振交流电，发射线圈23周围停止产生高频电磁波，使足球机器人供电停止而暂停工作；若需恢复比赛裁判可通过按下裁判器5的开始按钮，将开始信息通过第三Zigbee通信模块52无线通信传输到球场控制器1，球场控制器1将开始控制信息经光电隔离电路15输出到无线供电发射模块2的控制电路24，控制高频逆变电路22产生谐振交流电，发射线圈23周围产生高频电磁波，使足球机器人供电开始工作。

参照图5，本实施例中，显示模块6包括开关电源60、第四微控制器61、第四Zigbee通信模块62、显示驱动电路63以及LED显示屏64，开关电源60的输出端与第四微处理器61的输入端连接，第四微控制器61通过显示驱动电路63与LED显示屏64连接，第四微控制器61通过第四Zigbee通信模块62与球场控制器1无线连接。

当显示模块6中的第四Zigbee通信电路62接受到来自球场控制器1的比分信息时，通过第四微控制器61进行显示数据处理，将产生的显示数据经显示驱动电路63输出到LED显示屏显示。本实施例中，LED显示屏采用的是P5双基色单元模组，显示模块6的电路可集成在LED显示屏的控制板内。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，包括球场控制器、裁判器、显示模块、无线供电发射模块、安装在足球机器人上的无线供电接收模块以及分别安装在左右球门边上的两个进球采集器；

所述球场控制器的输出端与无线供电发射模块的输入端连接，所述无线供电发射模块与无线供电接收模块通过磁场共振方式连接，所述无线供电接收模块用于为足球机器人提供工作电源，所述球场控制器分别与裁判器、显示模块及进球采集器无线连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述球场控制器包括第一微处理器、第一电源模块、第一Zigbee通信模块、时钟模块、存储模块以及光电隔离电路，所述第一电源模块的输出端与第一微处理器的第一输入端连接，所述时钟模块的输出端与第一微处理器的第二输入端连接，所述存储模块的输出端与第一微处理器的第三输入端连接，所述第一微处理器通过第一Zigbee通信模块分别与裁判器、显示模块及进球采集器无线连接，所述第一微处理器的输出端通过光电隔离电路与无线供电发射模块的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述无线供电发射模块包括交流供电电源、第一整流滤波电路、高频逆变电路、控制电路、螺旋盘状地平铺在足球场绝缘面板上的发射线圈以及用于检测发射线圈的工作电流的电流检测电路，所述发射线圈与无线供电接收模块通过磁场共振方式连接；

所述交流供电电源通过第一整流滤波电路与高频逆变电路的第一输入端连接，所述高频逆变电路的输出端与发射线圈的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的第一输入端连接，所述球场控制器的输出端与控制电路的第二输入端连接，所述控制电路的输出端与高频逆变电路的第二输入端连接。

4.根据权利要求3所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述无线供电接收模块包括接收线圈、第二整流滤波电路及稳压电路，所述接收线圈与发射线圈通过磁场共振方式连接，所述接收线圈的输出端依次通过第二整流滤波电路及稳压电路后为足球机器人提供工作电源。

5.根据权利要求4所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述接收线圈螺旋盘状地平铺安装在足球机器人的底部。

6.根据权利要求1所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述进球采集器包括第二电源模块、第二微控制器、第二Zigbee通信模块以及用于检测进球信号的红外感应模块，所述红外感应模块与第二微控制器连接，所述第二电源模块的输出端与第二微控制器的输入端连接，所述第二微控制器通过第二Zigbee通信模块与球场控制器无线连接。

7.根据权利要求1所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述裁判器包括第三电源模块、第三微控制器、第三Zigbee通信模块以及按键模块，所述按键模块与第三微控制器连接，所述第三电源模块的输出端与第三微控制器的输入端连接，所述第三微控制器通过第三Zigbee通信模块与球场控制器无线连接。

8.根据权利要求1所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述显示模块包括开关电源、第四微控制器、第四Zigbee通信模块、显示驱动电路以及LED显示屏，所述开关电源的输出端与第四微处理器的输入端连接，所述第四微控制器通过显示驱动电路与LED显示屏连接，所述第四微控制器通过第四Zigbee通信模块与球场控制器无线连接。

9.根据权利要求8所述的基于无线供电的机器人智能足球场系统，其特征在于，所述LED显示屏采用P5双基色单元模组。