CN106936475B - 一种一对多无线充电通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种一对多无线充电通信方法，包括：通过RF 2.4G无线传输模块实现通信时序的设置；结合通信时序与软件架构在充电底座上发送同步数据包给接收端，接收端发送通信数据包给充电底座。本发明基于RF 2.4G无线传输技术，具有稳定性强、抗干扰能力强、数据传输速率高以及传输距离远等优点，并通过软件架构结合RF无线通信时序完成发送端和接收端之间数据和能量的传递以及状态的转换，从而实现了一对多无线充电。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种一对多无线充电通信方法。
背景技术
就当前的无线技术类型来看，主流的无线技术有RF(射频)27MHz无线技术、蓝牙和2.4G无线技术。所谓2.4G无线技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz(科学、医药、农业)之间，所以简称为2.4G无线技术。这个频段里是国际规定的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。这就为2.4G无线技术可发展性提供了必要的有利条件。而且2.4G无线技术不同于之前的27MHz无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比27MHz有着绝对的优势。这个优势决定了它的超强抗干扰性以及最大可达10米的传输距离。此外2.4G无线技术还拥有理论上2M的数据传输速率，比蓝牙的1M理论传输速率提高了一倍。这就为以后的应用层提高了可靠的保障。综合2.4G、蓝牙以及27MHz这三种常用的无线传输技术，2.4G有着自己独到的优势所在。相比蓝牙它的产品制造成本更低，提供的数据传输速率更高。相比同样免费的27MHz无线技术它的抗干扰性、最大传输距离以及功耗都远远超出。
基于无线传输技术稳定性强、抗干扰能力强、数据传输速率高以及传输距离远等优点，可以较好的应用于基于带外RF通信的磁共振无线电能的传输，实现一对多无线充电通信。
目前，无线充电通信可采用多种方式，大致可分为两类：带内通信和带外通信。带内通信采用能量线圈作为信号收发器，优点是成本较低、实现方式简单，缺点是信号抗干扰能力较弱、通信距离较短、数据传输速率较低。带外通信采用独立的通信线圈或者微波天线作为信号收发器，包括RF(射频)通信和BLE4.0(蓝牙低功耗4.0协议)通信，带外通信的优点是传输距离较远、抗干扰能力强、数据速率快，但是，BLE4.0通信的缺点是成本较高，实现方式较复杂，因此，从效率、成本、抗干扰性等考虑，RF通信能够实现一对多无线充电。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，从而提出了一种一对多无线充电通信方法，该通信方法实现了一个充电底座给多个接收设备发送数据和能量的传递。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种一对多无线充电通信方法，基于充电底座(即发送端)、外部数据存储模块、RF 2.4G无线传输模块和接收设备，并定义充电底座传输同步数据包到接收设备，接收设备传输通信数据包到充电底座，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)通过RF 2.4G无线传输模块实现通信时序的设置，并定义一个时间单元(time unit)为50ms，每一帧时长为300ms，包括6个时间单元，每个时间单元包括前25ms的同步单元和后25ms的数据单元，所述通信时序的设置的具体步骤包括：①在第1个时间单元，当定时器为1ms时，RF处于帧头状态，此时，充电底座将标记帧头的同步数据包通过SPI(串行外设接口)发送给接收设备，说明一帧开始；②接收设备提前处于接收状态，在同步单元收到同步头包；③在第2个时间单元，当定时器计数为(50～100)ms+1ms时，充电底座发送标记无通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后过(25～50)ms发送通信数据包给充电底座，通信数据包包括接收设备的参数信息，具体有接收电流、电压和功率参数信息，充电底座在(75～150)ms时设置为接收模式，并收到通信数据包；④在第3个时间单元，当定时器计数为(100～200)ms+1ms时，充电底座发送标记有通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后，过(25～50)ms发送连接认证数据包给充电底座，连接认证数据包包括设备的认证信息，充电底座在(125～250)ms时设置为接收模式，并收到认证数据包，在收到认证数据包后，就认为充电底座和接收设备已经成功建立连接，从而进入充电状态；⑤在第6个时间单元，当定时器计数为(500+1)ms时，RF处于帧尾状态，此时，充电底座将标记帧尾的同步数据包通过SPI发送给接收设备，说明一帧结束；⑥以后在每一帧的第2个时间单元，充电底座都会收到该接收设备的通信数据包数据，并根据参数信息决定接收设备所处的状态；(2)在步骤(1)完成通信时序的设置的同时，通过软件架构来实现一对多充电过程，假设充电底座在第一帧的第2个时间单元收到通信数据包，则内部软件标记为第2个已分配时间单元(简称allocated2)，并在下一个时间单元收到认证数据包，则第一个接收设备与充电底座建立连接并开始充电；(3)充电底座与第二个接收设备建立连接，除第2个时间单元外都可以进行连接，假设在第二帧的第1个时间单元收到通信数据包，则软件标记为allocated1，并在下一个时间单元收到认证数据包后，第二个接收设备开始充电；(4)接下来，充电底座与第三个接收设备建立连接，除每一帧的第1个和第2个时间单元外都可以进行连接，假设在第二帧的第5个时间单元收到通信数据包，则软件标记为第2个已分配时间单元(allocated5)，并在下一个时间单元收到认证数据包后，则第三个接收设备开始充电；(5)以此类推，充电底座与第n个接收设备建立连接时，除被已分配时间单元外都可以进行连接，并在下一个时间单元收到认证数据包后(跳过已经被分配的时间单元)，则第n个接收设备开始充电；(6)在运行上述步骤时，当有接收设备移除或异常，只要有1个接收设备正常，则充电底座都处于充电状态。
优选的：上述步骤(1)中的第③小步骤的定时器计数为(50+1)ms时，充电底座发送标记无通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后过25ms发送通信数据包给充电底座。
优选的：上述步骤(1)中的第④小步骤的定时器计数为(100+1)ms时，充电底座发送标记有通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后，过25ms发送连接认证数据包给充电底座，连接认证数据包包括设备的认证信息，充电底座在125ms时设置为接收模式。
本发明的有益效果是：该方法是基于RF 2.4G无线传输技术实现的，采用无线传输技术具有稳定性强、抗干扰能力强、数据传输速率高以及传输距离远等优点，可以较好的应用于基于带外RF通信的磁共振无线电能的传输，实现一对多无线充电通信；其次，该方法中的软件架构通过结合RF无线通信时序完成发送端和接收设备之间数据和能量的传递以及状态的转换，从而实现了一对多无线充电。
附图说明
图1，本发明的软件架构的流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及优选的方案对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明涉及的硬件模块主要包括四大部分：发送端(即充电底座)、外部数据存储模块(DRAM)、RF 2.4G无线传输模块、接收设备(电能接收器)。首先定义发送端传输同步数据包到接收设备，接收设备传输通信数据包到发送端。先将发送端同步数据包传输给DRAM，然后，通过SPI将数据搬到RF FIFO(无线射频芯片的缓存器)中，然后数据通过RF无线传输到接收设备RF FIFO中，再通过SPI将音频数据搬到DRAM中，最后数据传输到接收设备；反之，将接收设备通信数据包传输给DRAM，然后，通过SPI将数据搬到RF(无线射频芯片)FIFO中，然后数据通过RF无线传输到接收设备RF FIFO中，再通过SPI将音频数据搬到DRAM中，最后数据传输到发送端(作为Master端)；
为了实现发送端和接收设备一对多充电通信的功能，本发明采用无线射频发送和接收进行远距离数据传输的思想。通过制定合理的通信时序和软件架构实现一对多充电功能。
所述一对多无线充电功能是指一个充电底座给多个接收设备进行数据和能量的传递，本发明的能量传输定义了5种工作状态：即初始化状态、连接认证状态、能量传输状态、发送端异常状态以及接收设备异常状态。
所述初始化状态主要是指发送端和接收设备一系列初始化操作，当接收设备异常时，设备移除或各项指标恢复正常都会回到初始化状态。
所述连接状态是指接收设备能够获得足够的能量进行数据通信操作，在该阶段，发送端必须提供通信时序的数据帧结构，发送端表面的一个或者多个接收设备获得足够的启动能量并检测到同步码信号后将进行通信连接操作，当至少有一个接收设备设备完成通信连接操作并没有出现过流、过压或过温等本地异常状态，发送端设备进入能量传输状态。
所述能量传输状态是指发送端设备持续同时接收一个或者多个接收设备设备的数据包并根据数据包的内容进行功率调整控制。同时在能量传输状态下，发送端设备可能进行新接收设备设备的通信连接操作并记录其相关参数信息。
所述发送端异常状态是指充电底座出现过流、过压和过温现象,在该状态必须先停止能量传输，在连接状态或能量传输状态，若检测到充电底座出现过流、过压和过温现象则进入发送端异常状态。
所述接收设备异常状态是指接收设备出现过流、过压和过温现象，在该状态必须先停止能量传输，在连接状态或能量传输状态，若检测到接收设备出现过流、过压和过温现象则进入接收设备异常状态。
本发明通信时序的一种实施方式如下：通过RF 2.4G无线传输模块来实现，首先定义一个时间单元为50ms，每一帧时长为300ms，包括6个时间单元，每个时间单元包括前25ms的同步单元和后25ms的数据单元，具体步骤包括：①在第1个时间单元，当定时器为1ms时，RF处于帧头状态，此时，充电底座将标记帧头的同步数据包通过SPI(串行外设接口)发送给接收设备，说明一帧开始；②接收设备提前处于接收状态，在同步单元收到同步头包；③在第2个时间单元，当定时器计数为(50+1)ms时，充电底座发送标记无通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后过25ms发送通信数据包给充电底座，通信数据包包括接收设备的参数信息，具体有接收电流、电压和功率参数信息，充电底座在75ms时设置为接收模式，并收到通信数据包；④在第3个时间单元，当定时器计数为(100+1)ms时，充电底座发送标记有通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后，过25ms发送连接认证数据包给充电底座，连接认证数据包包括设备的认证信息，充电底座在125ms时设置为接收模式，并收到认证数据包，在收到认证数据包后，就认为充电底座和接收设备已经成功建立连接，从而进入充电状态；⑤在第6个时间单元，当定时器计数为(500+1)ms时，RF处于帧尾状态，此时，充电底座将标记帧尾的同步数据包通过SPI发送给接收设备，说明一帧结束；⑥以后在每一帧的第2个时间单元，充电底座都会收到该接收设备的通信数据包数据，并根据参数信息决定接收设备所处的状态。
如附图1所示，是本发明的软件架构的流程图，该软件架构是整个一对多无线充电的核心，该架构通过RF无线通信完成发送端和接收设备之间数据和能量的传递，从而实现了一对多无线充电。以下结合该附图来说明1个充电底座，3个接收设备的实施例：假设充电底座在第一帧的第2个时间单元收到通信数据包，则软件标记为allocated2，并在下一个时间单元收到认证数据包，则第一个接收设备与充电底座建立连接并开始充电；此时，充电底座与第二个接收设备建立连接，除第2个时间单元外都可以进行连接，假设在第二帧的第1个时间单元收到通信数据包，则软件标记为allocated1，并在下一个时间单元收到认证数据包，则第二个接收设备开始充电；同理，充电底座与第三个接收设备建立连接，除第每一帧的第1个和第2个时间单元外都可以进行连接，假设在第二帧的第5个时间单元收到通信包，则软件标记为allocated5，并在下一个时间单元收到认证数据包，则第三个接收设备开始充电。
本发明基于无线传输的稳定性强、抗干扰能力强、数据传输速率高及传输距离远等优点；为实现一对多无线充电通信，充电底座软件定义了初始化状态、连接认证状态、能量传输状态、发送端异常状态以及接收设备异常状态，并完成了与接收设备之间能量的传递。RF通信时序将充电底座和多个接收设备发送和接收数据的时间都定义清楚，使RF通信更可靠无误。
Claims (3)
1.一种一对多无线充电通信方法，基于充电底座、外部数据存储模块、RF 2.4G无线传输模块和接收设备，并定义充电底座传输同步数据包到接收设备，接收设备传输通信数据包到充电底座，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)通过RF 2.4G无线传输模块实现通信时序的设置，并定义一个时间单元为50ms，每一帧时长为300ms，包括6个时间单元，每个时间单元包括前25ms的同步单元和后25ms的数据单元，所述通信时序的设置的具体步骤包括：①在第1个时间单元，当定时器为1ms时，无线射频处于帧头状态，此时，充电底座将标记帧头的同步数据包通过串行外设接口发送给接收设备，说明一帧开始；②接收设备提前处于接收状态，在同步单元收到同步头包；③在第2个时间单元，当定时器计数为(50～100)ms+1ms时，充电底座发送标记无通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后过(25～50)ms发送通信数据包给充电底座，通信数据包包括接收设备的参数信息，具体有接收电流、电压和功率参数信息，充电底座在(75～150)ms时设置为接收模式，并收到通信数据包；④在第3个时间单元，当定时器计数为(100～200)ms+1ms时，充电底座发送标记有通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后，过(25～50)ms发送连接认证数据包给充电底座，连接认证数据包包括设备的认证信息，充电底座在(125～250)ms时设置为接收模式，并收到认证数据包，在收到认证数据包后，就认为充电底座和接收设备已经成功建立连接，从而进入充电状态；⑤在第6个时间单元，当定时器计数为(500+1)ms时，RF处于帧尾状态，此时，充电底座将标记帧尾的同步数据包通过SPI发送给接收设备，说明一帧结束；⑥以后在每一帧的第2个时间单元，充电底座都会收到该接收设备的通信数据包数据，并根据参数信息决定接收设备所处的状态；
(2)在步骤(1)完成通信时序的设置的同时，通过软件架构来实现一对多充电过程，假设充电底座在第一帧的第2个时间单元收到通信数据包，则内部软件标记为allocated2，并在下一个时间单元收到认证数据包，则第一个接收设备与充电底座建立连接并开始充电；
(3)充电底座与第二个接收设备建立连接，除第2个时间单元外都可以进行连接，假设在第二帧的第1个时间单元收到通信数据包，则软件标记为allocated1，并在下一个时间单元收到认证数据包后，第二个接收设备开始充电；
(4)接下来，充电底座与第三个接收设备建立连接，除每一帧的第1个和第2个时间单元外都可以进行连接，假设在第二帧的第5个时间单元收到通信数据包，则软件标记为allocated5，并在下一个时间单元收到认证数据包后，则第三个接收设备开始充电；
(5)以此类推，充电底座与第n个接收设备建立连接时，除被已分配的时间单元外都可以进行连接，并在下一个时间单元收到认证数据包后，则第n个接收设备开始充电；
(6)在运行上述步骤时，当有接收设备移除或异常，只要有1个接收设备正常，则充电底座都处于充电状态。
2.根据权利要求1所述的一对多无线充电通信方法，其特征是在于：上述步骤(1)中的第③小步骤的定时器计数为(50+1)ms时，充电底座发送标记无通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后过25ms发送通信数据包给充电底座。
3.根据权利要求1所述的一对多无线充电通信方法，其特征是在于：上述步骤(1)中的第④小步骤的定时器计数为(100+1)ms时，充电底座发送标记有通信的同步数据包给接收设备，当接收设备收到该同步数据包后，过25ms发送连接认证数据包给充电底座，连接认证数据包包括设备的认证信息，充电底座在125ms时设置为接收模式。
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