CN107370250A - 基于ZigBee和无线电能传输的传感器节点充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee和无线电能传输的传感器节点充电系统。该系统主要通过系统的自反馈，根据不同传感器节点位置，智能选择合适的发射线圈。本系统主要分为无人机，发射系统，节点接收系统三部分。为了系统搭建的便捷，复用了传感器节点上的ZigBee模块完成无线通信。为了提高能量的传输范围和效率，该系统根据功率检测在三个正交的发射线圈中选择较为高效的两个，并且两发射线圈由具有相同幅值和90°相位差的电流源激励组成。整个系统是使用无人机携带和发射系统智能控制的高危传感器节点充电装置。
Description
技术领域
本发明属于无线电能传输领域，具体涉及基于ZigBee的无线网络平台和谐振耦合式无线电能传输，为获得最优传输效率和较大传输范围进行智能控制的系统。
背景技术
在许多场合，电子器件的供电采用有线供电或电池供电不方便甚至不可能。如在智能楼宇中的无线传感器大量植入材料、墙体中，当电池耗尽，无法更换电电池；在野外农业中用于检测农作物生长的无线传感器，更换电池要花费大量人力物力；在植入式医疗中植入体内的医疗器件，更换电池可能给人体带来痛苦和风险等。
目前高危及野外的传感器节点充电方法一是依靠人工，在检测到传感器节点应没电无法工作时，派工作人员去更换电池；二是利用太阳能充电板充电，但处于被动等待状态。而以上两种方法存在充电不及时，环境受限大等缺陷。
而随着无线电能传输和无线通信技术的快速发展，安全、便捷的无线电能传输成为近些年的研究热点。其中谐振耦合式无线电能传输的因其传输功率大、传输效率高、传输距离较远、方向性要求不高、对生物体影响不大等优点备受青睐。
传感器节点使用的是ZigBee技术。ZigBee技术是无线传感网络领域近几年最热门的技术之一，是一种基于IEEE802.15.4协议标准的一种无线通信技术，具有短距离，低速率，低复杂度，低功耗和低成本的特点，在自动控制和远程数据采集领域得到广泛应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了基于ZigBee和无线电能传输的传感器节点充电系统。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
采用ZigBee无线技术搭建网络平台，并采用磁谐振耦合无线电能传输技术实现全向传输，最终通过无人机携带实现高危传感器节点的充电；
系统总体结构由充电发射装置,接收节点装置以及无人机携带装置组成。
充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成，实现根据接收装置的不同位置，智能选择高效传输方案。无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现。发射线圈模块是由三个正交线圈组成。电源模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成。
接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源管理模块及功率监测模块组成，实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置。无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现，负责完成功率检测数据与充电发射装置对接，传感器数据与系统网络的对接。电源模块由锂电池与稳压电路组成。
本发明根据不同接收节点位置，智能选择发射线圈工作方案，具有传输效率高，稳定性好，传输范围大等优点。
附图说明
图1为高危传感器节点无线充电系统；
图2为充电发射装置；
图3为接收节点装置；
图4为发射装置的CC2530控制流程；
图5为接收节点的CC2530控制流程。
具体实施方式
本发明设计实现了一种基于ZigBee无线控制及传输和基于全向无线电能传输的传感器节点充电系统。
本发明所采用的技术方案是：高危传感器节点无线充电系统总体结构由充电发射装置,接收节点装置以及无人机携带装置组成，如图1所示。
充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成，实现根据接收装置的不同位置，智能选择高效传输方案，系统结构如图2所示。无线控制收发模块采CC2530作为无线通信模块，接收节点的硬件结构基本相同，都是由CC2530芯片及其外围电路构成，CC2530结合了领先的RF收发器，片内集成了标准的增强型8051 CPU。CC2530芯片很好地支持了TI公司的Z-Stack 2007协议，能够非常方便地组建无线网络，实现节点间的无线传输。发射线圈模块是由三个正交线圈组成。最终选择工作的两发射线圈由具有相同幅值和90°相位差的电流源激励组成。电源模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成，实现了发射线圈模块的24伏输出，以及ZigBee模块的3.3伏输出。发射装置的CC2530控制流程如图4所示。
接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源管理模块及功率监测模块组成，实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置，系统结构如图3所示。无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现，负责完成功率检测数据与充电发射装置数据传输，以及传感器数据与系统网络的传输。电源模块由锂电池与稳压电路组成，最终实现5伏的稳压输出给锂电池充电。接收节点的CC2530控制流程如图5所示。
经过实验证明，该系统根据不同接收节点位置，智能选择发射线圈工作方案，具有传输效率高，稳定性好，传输范围大等优点。
Claims (1)
1.基于ZigBee和无线电能传输的传感器节点充电系统，其特征在于：采用ZigBee无线技术搭建网络平台，并采用磁谐振耦合无线电能传输技术实现全向传输，最终通过无人机携带实现传感器节点的充电；
该系统由充电发射装置，接收节点装置以及无人机携带装置组成；
其中：
充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成，实现根据接收装置的不同位置，智能选择高效传输方案；无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现；发射线圈模块是由三个正交线圈组成；电源管理模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成；
接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源模块及功率监测模块组成，实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置；无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现，负责完成功率检测数据与充电发射装置对接，传感器数据与系统网络的对接；电源模块由锂电池与稳压电路组成。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108075819A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-25 | 杭州电子科技大学 | 一种基于mesh的空中无人机通信系统 |
| CN110329101A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-10-15 | 成都尚德铁科智能科技有限公司 | 一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统 |
| CN110518708A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-29 | 天津工业大学 | 一种基于双向无线充电的无人机系统 |
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2017
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Application publication date: 20171121 |