CN105006893A - 一种无线密码键盘的充电系统及充电底座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及一种无线密码键盘的充电系统及充电底座。在充电底座的检测面设置位置检测模块，用来检测无线密码键盘的无线接收模块的位置，通过位置检测模块获取到所述位置，再由内置的控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置，再由发射模块对接收模块进行无线充电。通过该充电系统，无线密码键盘进入感应区内，位置检测模块都能够精确定位充电位置并使发射模块移动到最佳充电位置进行无线充电，实现自动校正位置，进而提升充电效率。

Description

一种无线密码键盘的充电系统及充电底座

技术领域

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及一种无线密码键盘的充电系统及充电底座。

背景技术

无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，这种运用无线充电技术的充电器既方便使用，打破了空间上的限制，同时用户可以利用一台发射器同时给多台终端设备充电，且对充电的终端设备所处的位置没有特别的要求，避免了用户在使用产品过程中无法摆脱电源线和非标准统一接口的窘境。对于整个技术行业、零售行业、服务供应商来说，无线充电技术都具有非常重要的意义。

传统的无线密码键盘作为支付过程中的密钥输入设备，在使用中需要面对因内置电池电量不足而导致交易失败的风险。随着无线充电技术作为新兴的充电方式，在无线密码键盘上增加无线充电功能，能实现无线密码键盘在使用间隙中完成充电操作，一方面解决用户在使用过程中需要接入电源线而带来的不必要麻烦，另一方面减小因电量不足导致交易失败的风险。

申请号201320778308.X也公开了POS主机和密码键盘的无线充电通信系统，包括了POS主机和密码键盘；所述POS主机上设有第一无线通信单元、直流电源以及相互连接的电能发射模块和电源管理模块，所述电源管理模块连接所述直流电源；所述密码键盘上设有第二无线通信单元和依次连接的电能接收模块、电能接收转换及充电管理电路、充电电池。通过上述连接方式，使密码键盘与POS主机完全摆脱线缆的限制，在使用便利性和PIN输入的安全性都会有很大的提高。

在无线充电领域，只有当发射端与接收端处于正对位置时，无线充电效率最高。上述的无线充电通信系统中，无线充电效率低，能量损耗大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种无线密码键盘的充电系统及充电底座，实现高效充电。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无线密码键盘的充电系统，包括无线密码键盘和充电底座，所述无线密码键盘包括接收模块；所述充电底座包括依次连接的位置检测模块、控制模块、步进电机和发射模块；

所述充电底座设有检测面，所述位置检测模块设置于所述充电底座的检测面，用于当所述无线密码键盘的接收模块在检测面产生感应时，获取在所述检测面产生感应的位置信息；

所述控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置信息对应的位置。

一种充电底座，包括依次连接的位置检测模块、控制模块、步进电机和发射模块；

所述充电底座设有检测面，所述位置检测模块设置于所述充电底座的检测面，用于当检测面产生感应时，获取在所述检测面产生感应的位置信息；

所述控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置信息对应的位置。

本发明的有益效果在于：在充电底座的检测面设置位置检测模块，用来检测无线密码键盘的无线接收模块的位置，通过位置检测模块获取到所述位置，再由内置的控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置，再由发射模块对接收模块进行无线电量传输。通过该充电系统，无线密码键盘进入感应区内，位置检测模块都能够精确定位充电位置并使发射模块移动到最佳充电位置进行无线充电，实现自动校正位置，进而提升充电效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的无线密码键盘的充电系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的检测线圈示意图；

图3为本发明具体实施方式的异物检测过程示意图；

图4为本发明具体实施方式的充电底座的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式的无线密码键盘的充电系统的结构示意图；

标号说明：

1、无线密码键盘；10、接收模块；2、充电底座；20、位置检测模块；21、控制模块；22、步进电机；23、发射模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：在充电底座的检测面设置位置检测模块，用来检测无线密码键盘的无线接收模块的位置，将发射模块移动至所述位置，实现高效充电。

请参照图1，本发明提供的一种无线密码键盘的充电系统，包括无线密码键盘1和充电底座2，所述无线密码键盘1包括接收模块10；所述充电底座2包括依次连接的位置检测模块20、控制模块21、步进电机22和发射模块23；

所述充电底座2设有检测面，所述位置检测模块20设置于所述充电底座的检测面，用于当所述无线密码键盘的接收模块10在检测面产生感应时，获取在所述检测面产生感应的位置信息；

所述控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置信息对应的位置。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在充电底座的检测面设置位置检测模块，用来检测无线密码键盘的无线接收模块的位置，通过位置检测模块获取到所述位置，再由内置的控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置，再由发射模块对接收模块进行无线充电。通过该充电系统，无线密码键盘进入感应区内，位置检测模块都能够精确定位充电位置并使发射模块移动到最佳充电位置进行无线充电，实现自动校正位置，进而提升充电效率。

进一步的，所述位置检测模块为多个检测线圈回路；所述多个检测线圈回路以横轴、纵轴相互交叉分布；相邻两个检测线圈回路的横轴间距和纵轴间距都相等。所述接收模块为感应线圈；所述感应线圈的感应范围的直径大于相邻检测线圈回路间距且小于两倍的相邻检测线圈回路间距。

具体实施如下：

如图2，在充电底座中使用多个检测线圈作为检测表面设备位置线圈，通过走线的形式在PCB线路板上刻画出N条子线圈回路，横轴、纵轴分别发布N/2条。每条回路设计成若干个探测子线圈的集合。横轴的N/2条线圈回路相互交叉，相邻的回路间间距由接收端接收线圈直径决定。所述接收模块即为感应线圈，根据实际实验结果，所述感应线圈的感应范围的直径大于相邻检测线圈回路间距且小于两倍的相邻检测线圈回路间距，这样做的目的是使探测子线圈均匀的发布在PCB电路板中，并同时当探测子线圈感应到外界有线圈靠近时，保证只会有两个回路产生电流变化。同样，纵轴的设计类似横轴。当外界有线圈靠近时，横轴的相邻线圈回路可以确定出外界线圈所在横轴的具体位置，纵轴的相邻线圈可以确定出外界线圈所在纵轴的具体位置，结合横轴和纵轴两个参数就可以得知外界线圈具体的位置，把位置信息传递至内部CPU(即为控制模块)。CPU产生驱动信号分别驱动横轴和纵轴的微型步进电机将真正的发射线圈(即为发射模块)移动到无线密码键盘的接收线圈(即为接收模块)的正下方，从而提升设备的充电效率，另外充电效率提升，意味着电能耗损减少，进一步的减少充电系统温度的上升。

进一步的，所述无线密码键盘还包括控制芯片和温度传感器；所述控制芯片分别与接收模块和温度传感器连接；

所述温度传感器，用于获取接收模块所处接触面温度并发送给控制芯片；

所述控制芯片，用于当温度传感器获取到的温度值大于预设阀值，控制接收模块关闭能量接收；当温度传感器获取到的温度值不大于预设阀值，控制接收模块启动能量接收。

由上述描述可知，在使用无线充电技术进行无线传输能量时，无法避免因能量遗漏导致的热量产生，为提高用户体验效果，加入温度检测功能，当温度过高时主动关闭能量的发送或接收，并保证实时监控温度，直至温度降到合适数值后再重新启动能量发送或接收，保证无线密码键盘在使用中维持在一个合理的温度范围。

进一步的，所述无线密码键盘还包括内置的供电电池，用于给无线密码键盘供电；

所述控制芯片，还用于当所述供电电池电量低于预设阀值时，控制接收模块启动能量接收。

由上述描述可知，本发明提供的无线密码键盘有两种充电方式，一种是自带外部DC输入充电，另一种是无线充电功能，当检测到电压低于预设值时，由于无线充电模块供给能力的变化性不能直接给密码键盘供电，因此只能给电池充电。所述密码键盘供电只能由电池供给。为此提供一切换模块用于切换这两种充电方式，保证系统当前只有一种充电方式，保证产品的安全性。将传统外接DC充电和新增的无线充电紧密结合，同时应用于POS端的无线密码键盘，辅以完整的充电控制电路，实现产品的更好便携性与更小风险性。

进一步的，所述无线密码键盘还包括电流检测模块；所述控制芯片通过电流检测模块与接收模块连接；

所述电流检测模块，用于检测接收模块的输出电流大小；

所述控制芯片，还用于当接收模块的输出电流超出预设范围，控制接收模块关闭能量接收。

由上述描述可知，通过检测无线充电输出电流，并对比设计要求的输出电流，再通过将对比数据反馈回发射端(即为无线密码键盘)，从而改变发射端内部开关频率，保证系统工作在较高的转换效率下。所述设计要求即为预设范围，若输出电流超出预设范围，则说明此时电流存在不稳定，应及时停止充电，防止供电电池因输入电流过大或电流引起的其他原因导致电池无法正常对无线密码键盘进行供电，从而导致支付失败，另外电池寿命也会受到影响。

进一步的，所述接收模块为感应线圈；所述无线密码键盘还包括异物检测模块；所述异物检测模块与感应线圈连接；所述异物检测模块，用于判断感应线圈产生感应能量是否小于预设阀值，若小于预设阀值，则检测结果为异物。

涡流是存在异物中，因为涡流的存在，导致传输的能量有较大的消耗，导致接收端接收到的能量远小于发射端发送的能量，因此来判断存在异物。

金属因为内阻小，而当产生涡流后便会产生大量的热量，最后导致系统温度上升，存在安全隐患。

如图3，无线充电通讯具体如下：

所述发射端为充电底座；所述接收端为无线密码键盘；

发射端向接收端间断发射第一信号强度；

接收端感应到第一信号强度后，调制身份验证码并发送给发射端；

发射端接收并解调出身份验证码，对所述身份验证码进行验证；验证通过后，发射第二信号强度；

接收端感应到第二信号强度后，调制数据；所述数据包括设备信息、设备许可认证数据包、最大可设置电流值、当前传输电量、当前充电状态、当前信号强度、错误信息码、控制错误数据包、全局配置数据包、扩展配置数据包等变量；对所述数据进行编码并发送给发射端；所有在无线充电中需要设置的变量均会出现在接收端发送的数据包中；

发射端将接收到的数据进行解调提取、并将数据设置发送到各自的控制电路中进行配置。

其中第一信号强度与第二信号强度是不同的，例如频率不同或者强度不同。

由上述可知，接收端即为无线密码键盘是单方向通信，只发送数据而不接收数据；这也是因为设备的特殊性，作为支付产品的无线密码键盘，若接收数据的话，只需通过种植病毒，即为获取无线密码键盘上的数据，因此为了安全性考虑，接收端只有发送功能。

进一步的，所述充电底座还包括DC接口和高频逆变模块；所述DC接口通过高频逆变模块与发射模块连接。

当无线密码键盘使用外置DC接口时，内置的控制模块检测到DC源的存在后，关闭无线充电功能，实现系统的单电源供电，保证了产品的安全可靠性。

如图4，一种充电底座，包括依次连接的位置检测模块、控制模块、步进电机和发射模块；

所述充电底座设有检测面，所述位置检测模块设置于所述充电底座的检测面上，用于当检测面上产生感应时，获取在所述检测面上产生感应的位置信息；

所述控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置信息对应的位置；

进一步的，还包括DC接口和高频逆变模块；所述DC接口通过高频逆变模块与发射模块连接。

本发明提供的充电底座，具有位置检测模块，通过获取在所述检测面上产生感应的位置信息，再由步进电机将发射模块移动至对应位置，实现高效充电。

请参照图5，本发明的实施例一为：

在传统直流DC供电的基础上，增加新兴的无线充电功能，扩展无线密码键盘的功能性，并实现产品的进一步便携化，减小无线密码键盘因电量不足带来的风险。

无线密码键盘设备供电系统包括传统外接DC供电和新增的无线充电供电。传统外接DC充电用于解决系统在完全空闲时的内置锂电池快速充电；新增的无线充电用于解决产品在使用间隙时对内置锂电池的充电。在两种供电模块之间提供切换模块，保证系统当前只有一种模式对电池进行充电，保证产品的安全性。传统外接DC充电和新增的无线充电紧密结合，同时应用于POS端的无线密码键盘，辅以完整的充电控制电路，实现产品的更好便携性与更小风险性。

当用户在使用产品间隙时，将产品放置于充电底座上，内置芯片通过检测线圈中电流电压相位改变来判断是否有产品放置于其表面上。充电底座中接入的直流电通过内置的逆变电路变换成高频交流电，高频交流电经过充电底座中的发射模块线圈向空气中辐射电磁波。根据电磁感应原理，处于变化磁场中的线圈，即无线密码键盘里面的接收线圈，会产生相应的感应电动势，从而实现电能的无线传播。此时接收线圈得到的是交流电，经过一个内置整流变换电路得到直流电。直流电经过滤波电路实现信号的平滑与稳幅，接着传输至后端电路，最后实现对无线密码键盘内部锂电池充电模块的供电。

当无线密码键盘使用外置DC接口时，内置的电源判断模块检测到DC源的存在后，关闭无线充电功能，实现系统的单电源供电，保证了产品的安全可靠性。

所述无线密码键盘增加位置检测模块；所述充电底座增加温度检测模块和异物检测模块。

所述位置检测模块：在充电底座中使用多个检测线圈作为检测表面设备位置线圈，通过走线的形式在PCB线路板上刻画出N条子线圈回路，横轴、纵轴分别发布N/2条。每条回路设计成若干个探测线圈的集合。横轴的N/2条线圈回路相互交叉，相邻的回路间间距由接收端接收线圈直径决定。所述接收模块即为感应线圈，也可为接收线圈。根据实际实验结果，所述感应线圈的感应范围的直径大于相邻检测线圈回路间距且小于两倍的相邻检测线圈回路间距，这样做的目的是使探测子线圈均匀的发布在PCB电路板中，并同时当探测线圈感应到外界有线圈靠近时，保证只会有两个回路产生电流变化。同样，纵轴的设计类似横轴。当外界有线圈靠近时，横轴的相邻线圈回路可以确定出外界线圈所在横轴的具体位置，纵轴的相邻线圈可以确定出外界线圈所在纵轴的具体位置，结合横轴和纵轴两个参数就可以得知外界线圈具体的位置，把位置信息传递至内部CPU(即为控制模块)。CPU产生驱动信号分别驱动横轴和纵轴的微型步进电机将真正的发射线圈(即为发射模块)移动到无线密码键盘的接收线圈(即为接收模块)的正下方，从而提升设备的充电效率，另外充电效率提升，意味着电能耗损减少，进一步的减少环境温度的上升。

所述温度检测模块：在使用无线充电技术进行无线传输能量时，无法避免因能量遗漏导致的热量产生，在本发明中为提高用户体验效果，加入温度检测功能，当温度过高时主动关闭前端能量的发送，并保证实时监控温度，直至温度降到合适数值后再重新启动能量接收，保证设备在使用中维持在一个合理的温度范围。

所述异物检测模块：通过检测充电设备反馈回的身份识别码判定是否属于正常的充电设备，防止因金属异物靠近充电底座而产生的异物内部涡流导致设备温度上升，保证系统的安全可靠。

该无线充电系统需要两个装置，一是外置的充电底座。另外一个是无线密码键盘。充电底座内置模块包括：高频逆变模块、发射模块、控制模块、位置检测模块和微型步进电机；无线密码键盘包括：接收模块、整流逆变模块、模式切换模块、温度检测模块、异物检测模块、电流检测模块、中央控制模块。

高频逆变模块：将直流电压变化成高频交流电压；

发射模块(发射线圈)：交变的电压经过线圈后产生变化的磁场，通过特制的线圈往空气中辐射能量；

接收模块(接收线圈)：接收空气中辐射过来的能量，并感应出交变的电压；

整流滤波模块：将交变的电压转换成可以为后端使用的直流电压，并滤除信号中无用杂波；

通讯单元：完成无线充电过程中，发射模块和接收模块之间的数据和命令通讯；

充电模块：接收整流滤波模块输出的电压，完成对内置电池的充电。

模块切换模块：当检测到无线密码键盘同时存在两种供电时，主动切换到外置DC充电，并关闭无线充电功能。

温度检测模块：检测产品表面温度，当温度超过设定的预定值时，关闭无线充电功能，待温度下降到正常范围后，再自动重新连接并启动无线充电功能。

电流检测模块：检测无线充电输出电流，并对比设计要求的输出电流，通过通讯单元将对比数据反馈回发射端，从而改变发射端内部开关频率，保证系统工作在较高的转换效率下。

位置检测模块：通过内置的多个检测线圈回路，检测当充电设备靠近时，产生的额外电流，并通过此来判断当前充电设备在底座表面的所在位置，并通过内置微型马达将发射线圈移至充电设备正下方。

综上所述，本发明提供的一种无线密码键盘的充电系统及充电底座，通过在传统的密码键盘上新增无线充电功能，并加入位置检测模块、温度检测模块和异物检测模块，通过位置检测模块，实现精确定位外界线圈位置，通过移动发射线圈至外界线圈对应位置，实现高效充电；通过温度检测模块，确保在充电过程中电池的环境温度保持在合理的温度范围内，防止因温度过高存在不良安全隐患；通过异物检测模块，防止其他金属物质靠近而导致能量损耗。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线密码键盘的充电系统，包括无线密码键盘和充电底座，其特征在于，所述无线密码键盘包括接收模块；所述充电底座包括依次连接的位置检测模块、控制模块、步进电机和发射模块；

所述充电底座设有检测面，所述位置检测模块设置于所述充电底座的检测面，用于当所述无线密码键盘的接收模块在检测面产生感应时，获取在所述检测面产生感应的位置信息；

所述控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置信息对应的位置。

2.根据权利要求1所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述位置检测模块为多个检测线圈回路；所述多个检测线圈回路以横轴、纵轴相互交叉分布；相邻两个检测线圈回路的横轴间距和纵轴间距都相等。

3.根据权利要求2所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述接收模块为感应线圈；所述感应线圈的感应范围的直径大于相邻检测线圈回路间距且小于两倍的相邻检测线圈回路间距。

4.根据权利要求1所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述无线密码键盘还包括控制芯片和温度传感器；所述控制芯片分别与接收模块和温度传感器连接；

所述温度传感器，用于获取接收模块所处接触面的温度并发送给控制芯片；

所述控制芯片，用于当温度传感器获取到的温度值大于预设阀值，控制接收模块关闭能量接收；当温度传感器获取到的温度值不大于预设阀值，控制接收模块启动能量接收。

5.根据权利要求4所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述无线密码键盘还包括内置的供电电池，用于给无线密码键盘供电；

所述控制芯片，还用于当所述供电电池电量低于预设阀值时，控制接收模块启动能量接收。

6.根据权利要求4所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述无线密码键盘还包括电流检测模块；所述控制芯片通过电流检测模块与接收模块连接；

所述电流检测模块，用于检测接收模块的输出电流大小；

所述控制芯片，还用于当接收模块的输出电流超出预设范围，控制接收模块关闭能量接收。

7.根据权利要求1所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述接收模块为感应线圈；所述无线密码键盘还包括异物检测模块；所述异物检测模块与感应线圈连接；所述异物检测模块，用于判断感应线圈产生感应能量是否小于预设阀值，若小于预设阀值，则检测结果为异物。

8.根据权利要求1所述的一种无线密码键盘的充电系统，其特征在于，所述充电底座还包括DC接口和高频逆变模块；所述DC接口通过高频逆变模块与发射模块连接。

9.一种充电底座，其特征在于，包括依次连接的位置检测模块、控制模块、步进电机和发射模块；

所述充电底座设有检测面，所述位置检测模块设置于所述充电底座的检测面，用于当检测面产生感应时，获取在所述检测面产生感应的位置信息；

所述控制模块通过步进电机控制发射模块移动至所述位置信息对应的位置。

10.根据权利要求9所述的一种充电底座，其特征在于，还包括DC接口和高频逆变模块；所述DC接口通过高频逆变模块与发射模块连接。