CN105553046A - 室内自动激光充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种室内自动激光充电系统及方法，该室内自动激光充电系统，其特征在于，包括：固定底座、安装于所述固定底座上的Z轴电机、安装于所述固定底座上且与所述Z轴电机输出轴连接的活动支座、安装于所述活动支座上的X轴电机、安装于所述活动支座上且与所述X轴电机输出轴连接的激光发射器、驱动电路以及与所述驱动电路电性连接的若干组蓝牙天线，所述驱动电路包括主控模块以及与所述主控模块电性连接的蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述若干蓝牙天线电性连接，所述主控模块分别与X轴电机、Z轴电机以及激光发射器电性连接，所述活动支座在所述Z轴电机驱动下，在水平方向上转动，所述激光发射器在所述X轴电机驱动下，在竖直方向上转动。

Description

室内自动激光充电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种激光充电技术，尤其涉及一种室内自动激光充电系统及方法。

背景技术

便携式电子设备例如手机、数码相机、笔记本电脑以及各种其他类似的电子设备，为用户提供了极大的灵活性和便利。由于人们变得越来越依赖于这些便携式电子设备所带来的好处，因此能够使用户随时使用这些装置就变得尤为重要，但是现有的这些电子设备的充电器在充电时，都需要充电线来与这些待充电电子设备连接才能实现充电，一方面携带电子设备的充电器的时候，其充电器的延设电线的缠绕给人带来困扰，另一方面在充电时，受充电线的长度限制，充电范围受到限制，并且需要拔插充电线，充电十分不方便。

现在存在一种无线充电器，采用的是电磁感应充电的技术，但是电磁波是发散的，较容易受干扰，激光是单向的，不容易受干扰，因此更利于能量的集中；而且电磁感应充电效率低，范围短，一般只能在几厘米以内，还存在摆放麻烦问题；另外电磁波因为是发散的，其辐射范围比激光要大。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种室内自动激光充电系统及方法。

本发明的技术方案如下：本发明提供一种室内自动激光充电系统，包括：固定底座、安装于所述固定底座上的Z轴电机、安装于所述固定底座上且与所述Z轴电机输出轴连接的活动支座、安装于所述活动支座上的X轴电机、安装于所述活动支座上且与所述X轴电机输出轴连接的激光发射器、驱动电路以及与所述驱动电路电性连接的若干组蓝牙天线，所述驱动电路包括主控模块以及与所述主控模块电性连接的蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述若干蓝牙天线电性连接，所述主控模块分别与X轴电机、Z轴电机以及激光发射器电性连接，所述活动支座在所述Z轴电机驱动下，在水平方向上转动，所述激光发射器在所述X轴电机驱动下，在竖直方向上转动。

所述活动支座与所述固定底座之间设有推力轴承。

所述蓝牙天线的数量为4组，所述固定底座向外延伸形成呈十字架状分布的4条安装臂，所述蓝牙天线安装于所述安装臂的末端。

所述激光发射器为光纤激光发射器。

本发明还提供一种室内自动激光充电方法，包括以下步骤：

步骤101、利用蓝牙模块检测待充电设备的蓝牙信号，若检测不到蓝牙信号则重复检测，若检测到蓝牙信号则建立连接；

步骤102、主控模块控制蓝牙模块切换若干组蓝牙天线来接收蓝牙信号强度，并判断方向与距离，以判定待充电设备所在区域；

步骤103、主控模块驱动X轴电机和Z轴电机调整激光发射器扫射的区域，激光发射器对待充电设备所在区域进行低功率激光扫射；

步骤104、若待充电设备接收到激光信号，则加大激光发射功率进行充电，并转到步骤105；若待充电设备未接收到激光信号，则重新定位和激光扫射，待充电设备接收到激光信号，则加大激光发射功率进行充电，并转到步骤105，待充电设备仍未接收到激光信号，则断开待充电设备的蓝牙信号；

步骤105、待充电设备充满电，结束充电。

所述蓝牙天线的数量为4组，所述4组蓝牙天线呈十字架状分布；

所述步骤2中，主控模块控制蓝牙模块切换所述4组蓝牙天线接收到的蓝牙信号强度分别为a、b、c、d，所述4组蓝牙天线与待充电设备的距离分别为k、l、m、n，以激光发射器的为中心建立三维坐标系，所述4组蓝牙天线的坐标分别为(e、f、0)、(-e、f、0)、(e、-f、0)、(-e、-f、0)，设待充电设备的坐标为(x、y、z)，则可以得到方程：

$\left\{\begin{array}{c}k=\sqrt{{(x-e)}^2+{(y-f)}^2+z^2}\\ m=\sqrt{{(x-(-e\left)\right)}^2+{(y-f)}^2+z^2}\\ l=\sqrt{{(x-e)}^2+{(y-(-f\left)\right)}^2+z^2}\end{array}\right\},(z>0)$

求解得到：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{m^2-k^2}{4e}\\ y=\frac{l^2-k^2}{4f}\\ z=\sqrt{m^2+l^2-\[\frac{{(m^2-k^2)}^2}{8e^2}+2e^2+\frac{{(l^2-k^2)}^2}{8f^2}+2f^2\]}\end{array}\right.$

转换角度得到：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=ar\cos \frac{y}{x}\\ r=artan\frac{z}{\sqrt{y^2-x^2}}\end{array}\right.$

主控模块根据此两角度控制X轴电机和Z轴电机，使得激光发射器在(θ±10°、r±10°)进行之字型低功率激光扫射。

所述主控模块控制激光发射器扫射先从(θ+10°、r+10°)到(θ-10°、r+10°)，然后r减少1°从(θ-10°、r+9°)到(θ+10°、r+9°)，依此类推，直到待充电设备接收到激光信号或区域扫射完毕。

所述步骤104中，主控模块利用蓝牙模块及蓝牙天线重新定位带充电设备，若重新定位的结果与前一次不同，则重新进行低功率激光扫射；若重新定位的结果与前一次相同，则扩大扫射区域至(θ±20°、r±20°)，再进行低功率激光扫射。

所述步骤105还包括在充电过程中，所述主控模块检测待充电设备是否正在充电，若待充电设备不在充电，则降低激光发射器的发射功率，并对待充电设备进行重新定位和激光扫射，以对待充电设备继续充电。

所述激光发射器为光纤激光发射器。

采用上述方案，本发明的室内自动激光充电系统及方法，采用蓝牙定位待充电设备的位置，再利用X轴电机和Z轴电机驱动激光发射器进行之字型低功率激光功率，以完成待充电设备的定位，进而完成充电，设备结构简单，便于控制，可靠性高；采用激光充电技术，充电效率高，能量耗散少，充电速度快，不受距离限制，可在房间任意位置进行充电，使用便利；而且采用不可见波段光波作为能量传递形式，不会造成光污染及对通讯信号的干扰。

附图说明

图1为本发明室内自动激光充电系统的结构示意图一。

图2为本发明室内自动激光充电系统的结构示意图二。

图3为本发明室内自动激光充电系统中控制原理图。

图4为本发明室内自动激光充电方法的流程图。

图5为本发明中激光发射器扫射示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

请参阅图1至图3，本发明提供一种室内自动激光充电系统，包括：固定底座2、安装于所述固定底座2上的Z轴电机3、安装于所述固定底座2上且与所述Z轴电机3输出轴连接的活动支座4、安装于所述活动支座4上的X轴电机5、安装于所述活动支座4上且与所述X轴电机5输出轴连接的激光发射器6、驱动电路以及与所述驱动电路电性连接的若干组蓝牙天线7。所述驱动电路包括主控模块以及与所述主控模块电性连接的蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述若干蓝牙天线电性连接，所述蓝牙模块在主控模块控制下切换若干蓝牙天线进行通信。所述主控模块分别与X轴电机5、Z轴电机3以及激光发射器6电性连接，所述主控模块驱动所述X轴电机5与Z轴电机3旋转。所述活动支座4在所述Z轴电机3驱动下，在水平方向上转动，从而可以使得激光发射器6可以扫射水平方向上的所有方向；所述激光发射器6在所述X轴电机5驱动下，在竖直方向上转动，从而可以使得激光发射器6可以扫射竖直方向。

所述活动支座4与所述固定底座2之间设有推力轴承(未标示)，可以减少活动支座4旋转的阻力，提高精度。所述活动支座4上设有两支脚42，所述激光发射器6通过转轴安装于所述两支脚42上，所述X轴电机5安装于一支脚42的一侧，并通过带动转轴转动而带动激光发射器6转动。

在本实施例中，所述蓝牙天线7的数量为4组，所述固定底座2向外延伸形成呈十字架状分布的4条安装臂22，有利于提高定位精度。所述蓝牙天线7悬挂安装于所述安装臂22的末端。所述激光发射器6优选为光纤激光发射器。

请参阅图1至图4，本发明还提供一种室内自动激光充电方法，包括以下步骤：

步骤101、利用蓝牙模块检测待充电设备的蓝牙信号，若检测不到蓝牙信号则重复检测，若检测到蓝牙信号则建立连接。

所述待充电设备可以为手机等智能设备，其背面设有光电转换模块，激光发射器6发出的光照射至光电转换模块。

当打开蓝牙功能的待充电设备进入蓝牙模块检测区域时，蓝牙模块自动检测到待充电设备的蓝牙信号，此时蓝牙模块与待充电设备连接通讯。

步骤102、主控模块控制蓝牙模块切换若干组蓝牙天线7来接收蓝牙信号强度，并判断方向与距离，以判定待充电设备所在区域。

当待充电设备(手机)反扣在桌面上时或背部朝上时(通过待充电设备内的重力传感器检测)，此时判定待充电设备为可充电状态，待充电设备发出一组信号给蓝牙模块。主控模块启动蓝牙定位程序。

在本实施例中，所述蓝牙天线7的数量为4组，所述4组蓝牙天线呈十字架状分布。

在该步骤中，主控模块控制蓝牙模块切换所述4组蓝牙天线7接收到的蓝牙信号强度分别为a、b、c、d，所述4组蓝牙天线7与待充电设备的距离分别为k、l、m、n，以激光发射器6的为中心建立三维坐标系，所述4组蓝牙天线7的坐标分别为(e、f、0)、(-e、f、0)、(e、-f、0)、(-e、-f、0)，设待充电设备的坐标为(x、y、z)，则可以得到方程：

$\left\{\begin{array}{c}k=\sqrt{{(x-e)}^2+{(y-f)}^2+z^2}\\ m=\sqrt{{(x-(-e\left)\right)}^2+{(y-f)}^2+z^2}\\ l=\sqrt{{(x-e)}^2+{(y-(-f\left)\right)}^2+z^2}\end{array}\right\},(z>0)$

求解得到：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{m^2-k^2}{4e}\\ y=\frac{l^2-k^2}{4f}\\ z=\sqrt{m^2+l^2-\[\frac{{(m^2-k^2)}^2}{8e^2}+2e^2+\frac{{(l^2-k^2)}^2}{8f^2}+2f^2\]}\end{array}\right.$

转换角度得到：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=ar\cos \frac{y}{x}\\ r=artan\frac{z}{\sqrt{y^2-x^2}}\end{array}\right.$

步骤103、主控模块驱动X轴电机5和Z轴电机3调整激光发射器6扫射的区域，激光发射器6对待充电设备所在区域进行低功率激光扫射。

所述主控模块根据步骤2得到的两角度(θ与γ)控制X轴电机5和Z轴电机3，使得激光发射器6在(θ±10°、r±10°)进行之字型低功率激光扫射。

具体的，所述主控模块控制激光发射器6扫射先从(θ+10°、r+10°)到(θ-10°、r+10°)，然后r减少1°从(θ-10°、r+9°)到(θ+10°、r+9°)，依此类推，直到待充电设备接收到激光信号或区域扫射完毕，如图5所示。

步骤104、若待充电设备接收到激光信号，则加大激光发射功率进行充电，并转到步骤105；若待充电设备未接收到激光信号，则重新定位和激光扫射，待充电设备接收到激光信号，则加大激光发射功率进行充电，并转到步骤105，待充电设备仍未接收到激光信号，则断开待充电设备的蓝牙信号。

在该步骤中，主控模块利用蓝牙模块及蓝牙天线7重新定位带充电设备，若重新定位的结果与前一次不同，则重新进行低功率激光扫射(按照(θ±10°、r±10°)进行)；若重新定位的结果与前一次相同，则扩大扫射区域至(θ±20°、r±20°)，再进行低功率激光扫射。

步骤105、待充电设备充满电，结束充电。

该步骤还包括在充电过程中，所述主控模块通过蓝牙模块检测待充电设备是否正在充电，若待充电设备不在充电，则降低激光发射器的发射功率，并对待充电设备进行重新定位和激光扫射，以对待充电设备继续充电。

待充电设备充满电时，发送一指令给所述蓝牙模块，所述蓝牙模块接收到该指令并发送给主控模块，所述主控模块控制所述激光发射器6停止发射功率。

综上所述，本发明提供一种室内自动激光充电系统及方法，采用蓝牙定位待充电设备的位置，再利用X轴电机和Z轴电机驱动激光发射器进行之字型低功率激光功率，以完成待充电设备的定位，进而完成充电，设备结构简单，便于控制，可靠性高；采用激光充电技术，充电效率高，能量耗散少，充电速度快，不受距离限制，可在房间任意位置进行充电，使用便利；而且采用不可见波段光波作为能量传递形式，不会造成光污染及对通讯信号的干扰。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内自动激光充电系统，其特征在于，包括：固定底座、安装于所述固定底座上的Z轴电机、安装于所述固定底座上且与所述Z轴电机输出轴连接的活动支座、安装于所述活动支座上的X轴电机、安装于所述活动支座上且与所述X轴电机输出轴连接的激光发射器、驱动电路以及与所述驱动电路电性连接的若干组蓝牙天线，所述驱动电路包括主控模块以及与所述主控模块电性连接的蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述若干蓝牙天线电性连接，所述主控模块分别与X轴电机、Z轴电机以及激光发射器电性连接，所述活动支座在所述Z轴电机驱动下，在水平方向上转动，所述激光发射器在所述X轴电机驱动下，在竖直方向上转动。

2.根据权利要求1所述的室内自动激光充电系统，其特征在于，所述活动支座与所述固定底座之间设有推力轴承。

3.根据权利要求1所述的室内自动激光充电系统，其特征在于，所述蓝牙天线的数量为4组，所述固定底座向外延伸形成呈十字架状分布的4条安装臂，所述蓝牙天线安装于所述安装臂的末端。

4.根据权利要求1所述的室内自动激光充电系统，其特征在于，所述激光发射器为光纤激光发射器。

5.一种室内自动激光充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101、利用蓝牙模块检测待充电设备的蓝牙信号，若检测不到蓝牙信号则重复检测，若检测到蓝牙信号则建立连接；

步骤102、主控模块控制蓝牙模块切换若干组蓝牙天线来接收蓝牙信号强度，并判断方向与距离，以判定待充电设备所在区域；

步骤103、主控模块驱动X轴电机和Z轴电机调整激光发射器扫射的区域，激光发射器对待充电设备所在区域进行低功率激光扫射；

步骤104、若待充电设备接收到激光信号，则加大激光发射功率进行充电，并转到步骤105；若待充电设备未接收到激光信号，则重新定位和激光扫射，待充电设备接收到激光信号，则加大激光发射功率进行充电，并转到步骤105，待充电设备仍未接收到激光信号，则断开待充电设备的蓝牙信号；

步骤105、待充电设备充满电，结束充电。

6.根据权利要求5所述的室内自动激光充电方法，其特征在于，所述蓝牙天线的数量为4组，所述4组蓝牙天线呈十字架状分布；

所述步骤2中，主控模块控制蓝牙模块切换所述4组蓝牙天线接收到的蓝牙信号强度分别为a、b、c、d，所述4组蓝牙天线与待充电设备的距离分别为k、l、m、n，以激光发射器的为中心建立三维坐标系，所述4组蓝牙天线的坐标分别为(e、f、0)、(-e、f、0)、(e、-f、0)、(-e、-f、0)，设待充电设备的坐标为(x、y、z)，则可以得到方程：

$\left\{\begin{array}{c}k=\sqrt{{(x-e)}^2+{(y-f)}^2+z^2}\\ m=\sqrt{{(x-(-e\left)\right)}^2+{(y-f)}^2+z^2}\\ l=\sqrt{{(x-e)}^2+{(y-(-f\left)\right)}^2+z^2}\end{array}\right\},(z>0)$

求解得到：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{m^2-k^2}{4e}\\ y=\frac{l^2-k^2}{4f}\\ z=\sqrt{m^2+l^2-\[\frac{{(m^2-k^2)}^2}{8e^2}+2e^2+\frac{{(l^2-k^2)}^2}{8f^2}+2f^2\]}\end{array}\right.$

转换角度得到：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=ar\cos \frac{y}{x}\\ r=artan\frac{z}{\sqrt{y^2-x^2}}\end{array}\right.$

主控模块根据此两角度控制X轴电机和Z轴电机，使得激光发射器在(θ±10°、r±10°)进行之字型低功率激光扫射。

7.根据权利要求6所述的室内自动激光充电方法，其特征在于，所述主控模块控制激光发射器扫射先从(θ+10°、r+10°)到(θ-10°、r+10°)，然后r减少1°从(θ-10°、r+9°)到(θ+10°、r+9°)，依此类推，直到待充电设备接收到激光信号或区域扫射完毕。

8.根据权利要求6所述的室内自动激光充电方法，其特征在于，所述步骤104中，主控模块利用蓝牙模块及蓝牙天线重新定位带充电设备，若重新定位的结果与前一次不同，则重新进行低功率激光扫射；若重新定位的结果与前一次相同，则扩大扫射区域至(θ±20°、r±20°)，再进行低功率激光扫射。

9.根据权利要求6所述的室内自动激光充电方法，其特征在于，所述步骤105还包括在充电过程中，所述主控模块检测待充电设备是否正在充电，若待充电设备不在充电，则降低激光发射器的发射功率，并对待充电设备进行重新定位和激光扫射，以对待充电设备继续充电。

10.根据权利要求6所述的室内自动激光充电方法，其特征在于，所述激光发射器为光纤激光发射器。