CN107650713A - 一种汽车无线充电发射模块的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种无线充电模块领域，公开了一种汽车无线充电发射模块，该汽车无线充电发射模块，包括设有安装空间的模块本体，两个平行的发射线圈，U型NFC发射天线和PCB，所述模块本体侧面设有对应需要进行无线充电的便携式终端机的安放面，所述模块本体外部还设有指示灯，所述U型NFC发射天线设于无线充电发射线圈的正上方，所述PCB设于安装空间内且与发射线圈的磁场输出隔离屏蔽。应用本发明的技术方案，减少了便携式终端机不必要的天线数量，同时适用无线充电和NFC通讯，能够积极地发射汽车的信息，提高了保安功能和消费使用便捷性。
Description
技术领域
本发明属于无线充电模块领域，尤其涉及一种汽车无线充电发射模块。
背景技术
随着无线通信技术的发达，对自己所希望交流的信息，任何人在任何地点都能按需获取和传递的普适信息环境，正在构建之中。然而，现实情况是，到目前为止大部分通信信息设备还在依赖着电池，通信信息设备的使用受到通过有线电缆获得电源供给的限制。为了解决这些问题，以无线方式传输电力的各种技术正在开发之中。利用电波的电波发射方式、利用电磁场的磁感应方式，以及利用磁场和电场能量转换的磁共振方式，就是具有代表性的典型方法。
在此，电波发射方式是利用天线使电波在空气中辐射传播，虽然具有电力传输距离远的优点，但因其在空气中的辐射损耗非常大，电力传输效率受到很大限制。另外，磁感应方式是在发射机上安装一次线圈，在发射机上安装二次线圈，利用一次线圈和二次线圈的磁能量结合技术，来实现电力传输的一种方式，虽然它具有提高了电力传输效率的优点，但为了实现电力传输，一次线圈与二次线圈必须保持在仅几毫米的近距离以内，一次线圈与二次线圈的定位校准程度会直接影响到电力传输效率的巨大变化。这是磁感应方式的一个缺点。
因此，最近开发出一种虽然与磁感应方式相类似，但却凭借线圈型感应器和电容，使能量集中到一特定共振频率，以磁能量形态传输电力的磁共振方式。这种磁共振方式具有将较大的能量传输至数米远的优点，但它要求很高的共振特性。也就是说，磁共振方式会因阻抗是否匹配，共振频率是否一致而直接影响到效率的巨大变化。这是磁共振方式的一个缺点。
综上所述，现有技术存在的问题是：在行驶中的汽车内也可以实现无线充电系统，尤其是拟在汽车内构建无线充电系统时，最大的问题是能否最大限度地克服行驶中汽车所传递的振动？现有技术没有一种方式更为有效和结合切合高效利用汽车室内空间的方案。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种汽车无线充电发射模块。
本发明是这样实现的，一种汽车无线充电发射模块，所述汽车无线充电发射模块，包括设有安装空间的模块本体、两个独立切平行的无线充电发射线圈、NFC发射天线和PCB；所述模块本体侧面设有对应需要进行无线充电的便携式终端机的安放面，所述模块本体外部还设有指示灯；所述NFC发射天线通过导线连接在无线充电发射线圈的正上方；所述PCB设于安装空间内且与发射线圈的磁场输出隔离屏蔽；
所述指示灯用于显示无线充电发射线圈和NFC发射天线激活状态，当其被激活时，指示开始灯闪烁，直至电充满时，指示灯呈现红色状态；
所述无线充电发射线圈连接用于对进入充电范围进行匹配响应激发电能产生的无线充电发射单元；所述无线充电发射单元通过支架安装在汽车无线充电区内；
所述无线充电发射单元包括集成有测距装置，用于对计算汽车是否进入充电适宜距离；所述测距装置包括：X射线源、X射线探测器、数据采集模块、处理器模块、目标图像获取模块、非负图像获取模块、分解模块、稀疏化处理模块、重建模块；
所述X射线源，用于发射X射线照射到待充电的汽车上；
所述X射线探测器，用于接收待充电的汽车反射的X射线，形成投影数据；
所述数据采集模块，用于获取X射线探测器的投影数据；
所述处理器模块，用于对所述数据采集模块获取的投影数据进行处理；
所述目标图像获取模块，用于根据所述处理的投影数据进行迭代处理，以获取目标图像；
所述非负图像获取模块，用于对所述目标图像进行非负处理，获取所述目标图像的非负图像；
所述分解模块，用于对所述非负图像进行非线性分解，获取第一非负图像和第二非负图像；
所述稀疏化处理模块，用于对所述第一非负图像和第二非负图像进行稀疏化处理，获取满足预定条件的最优化稀疏解；
所述重建模块，用于根据所述最优化稀疏解获取重建图像并计算出待充电汽车与充电区域的距离；
所述目标图像获取模块根据所述处理的投影数据进行迭代处理，以获取目标图像中，迭代处理模型的公式表示为：
其中，X为所述目标图像，M为系统矩阵，G为所述投影数据，i表示迭代次数，Xi表示第i次迭代后得到的迭代结果；λ表示收敛系数，且λ∈(0,1)，MT表示对矩阵M的转置；具体包括设置所述目标图像的初始值，并根据预先设置的迭代次数利用所述迭代处理模型对所述目标图像中的每个像素点进行迭代更新，获取所述目标图像，所述迭代处理模型中的像素点的当前灰度值与前次迭代的灰度值一致逼近；
所述数据采集模块获取X射线探测器的投影数据之前，需先经测距装置设置的预处理模块获取X射线探测器的投影图像序列集对所述投影图像序列集进行预处理后获取所述投影数据；具体包括：对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定根据接收信号的平均能量来确定；
找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中
利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即：
找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用
表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；根据估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：
这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：
根据估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；为数据采集模块提供准确的投影数据；
所述线充电发射线圈内部还集成有用于对无线充电发射线圈激发的电能进行发射的发射模块。
进一步，所述发射模块集成有GSM发射模块；所述无线充电发射线圈内部还集成有用于存储激发的电能程序的储存模块；
所述GSM发射模块提高无线充电发射线圈辐射性能的方法包括：读取存储模块的用于提示激发的无线充电发射线圈性能变化值的RAMP曲线信息，根据存储的RAMP曲线测试发射符号的相位误差，当所述发射符号的相位误差大于协议规定阈值时，修改所述存储的RAMP曲线的上升沿，修改后的RAMP曲线满足GSM发射模块的时间模板。
进一步，根据所述修改后的RAMP曲线，测试发射符号的相位误差；
当发射符号的相位误差小于或等于协议规定阈值时，将修改后的RAMP曲线信息取代所述存储的RAMP曲线信息；否则，重新修改所述存储的RAMP曲线的上升沿或所述修改后的RAMP曲线的上升沿，直至使发射符号的相位误差小于或等于协议规定阈值。
进一步，所述将修改后的RAMP曲线信息取代所述存储的RAMP曲线信息包括：将所述修改后的RAMP曲线信息替换所述GSM终端非易失性内存中所述存储的RAMP曲线信息；
所述协议规定阈值的取值范围包括：0°～5°。
进一步，所述修改所述存储的RAMP曲线的上升沿包括：提高所述存储的RAMP曲线的上升沿中平稳状态之前的多个时间采样点的控制字，且使所述多个时间采样点的控制字大于所述平稳状态时的控制字；
所述多个时间采样点包括3～5个时间采样点；
所述多个时间采样点修改后的控制字相同；
所述多个时间采样点修改后的控制字不同；
所述测试发射符号的相位误差是采用相位误差检测装置实现。
进一步，所述非负图像获取模块对所述目标图像进行非负处理中，将所述目标图像中灰度值小于0的像素点置零。
本发明的优点及积极效果为：本发明在避免因天线数目的增加而导致便携式终端机体积增大的同时，提供不但能够实现磁感应方式的无线充电，还可同时实现NFC通讯的汽车无线充电发射模块，另外，在确保便携式终端机最佳的无线充电区域的同时还使无线充电区域的固定装置位置合理，占用汽车室内空间的体积达到最理想状态。
本发明无线充电发射线圈的信号发射、检测、发射均相比现有技术提高了近6个百分点，在信号处理领域具有突出的进步。
本发明通过对目标图像进行非负处理，获取目标图像的非负图像，然后对非负图像进行非线性分解，获取第一非负图像和第二非负图像，最后对第一非负图像和第二非负图像进行稀疏化处理，获取最优化稀疏解，根据该最优化稀疏解实现图像重建，降低了运算过程中的图像矩阵的维数，提高了图像重建的效率。可快速准确的获得带充电汽车与充电区域的距离，便于待充电汽车进行有效充电。本发明的预处理模块的数据预处理方法，极大的保证了后序数据处理的需要。
附图说明
图1是本发明实施例提供的汽车无线充电发射模块结构示意图。
图2是本发明实施例提供的测距装置的示意图。
图中：1、模块本体；2、无线充电发射线圈；3、NFC发射天线；4、PCB；5、安放面；6、指示灯；7、X射线源；8、X射线探测器；9、预处理模块；10、数据采集模块；11、处理器模块；12、目标图像获取模块；13、非负图像获取模块；14、分解模块；15、稀疏化处理模块；16、重建模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的该汽车无线充电发射模块，包括设有安装空间的模块本体1，两个平行的发射线圈2，U型NFC发射天线3，和PCB4，所述模块本体1侧面设有对应需要进行无线充电的便携式终端机的安放面5，所述模块本体1外部还设有指示灯6；
所述U型NFC发射天线3设于无线充电发射线圈2的正上方，所述PCB4设于安装空间内且与发射线圈2的磁场输出隔离屏蔽。所述无线充电发射线圈2连接到PCB4上，实现启动和控制。当加电时，激活无线充电发射线圈2和U型NFC发射天线3，指示灯6呈闪烁状态；
无线充电发射线圈2对进入充电范围的无线充电发射单元进行匹配响应，凭借沿线圈流动的电流的作用，感应生成电磁场后，凭借电磁场与采用无线充电方式的便携式终端机的相互作用，对便携式终端机的电池进行充电。
所述无线充电发射线圈连接用于对进入充电范围进行匹配响应激发电能产生的无线充电发射单元；所述无线充电发射单元通过支架安装在汽车无线充电区内；
如图2所示，所述无线充电发射单元包括集成有测距装置，用于对计算汽车是否进入充电适宜距离；所述测距装置包括：X射线源7、X射线探测器8、数据采集模块10、处理器模块11、目标图像获取模块12、非负图像获取模块13、分解模块14、稀疏化处理模块15、重建模块16；
所述X射线源，用于发射X射线照射到待充电的汽车上；
所述X射线探测器，用于接收待充电的汽车反射的X射线，形成投影数据；
所述数据采集模块，用于获取X射线探测器的投影数据；
所述处理器模块，用于对所述数据采集模块获取的投影数据进行处理；
所述目标图像获取模块，用于根据所述处理的投影数据进行迭代处理，以获取目标图像；
所述非负图像获取模块，用于对所述目标图像进行非负处理，获取所述目标图像的非负图像；
所述分解模块，用于对所述非负图像进行非线性分解，获取第一非负图像和第二非负图像；
所述稀疏化处理模块，用于对所述第一非负图像和第二非负图像进行稀疏化处理，获取满足预定条件的最优化稀疏解；
所述重建模块，用于根据所述最优化稀疏解获取重建图像并计算出待充电汽车与充电区域的距离；
所述目标图像获取模块根据所述处理的投影数据进行迭代处理，以获取目标图像中，迭代处理模型的公式表示为：
其中，X为所述目标图像，M为系统矩阵，G为所述投影数据，i表示迭代次数，Xi表示第i次迭代后得到的迭代结果；λ表示收敛系数，且λ∈(0,1)，MT表示对矩阵M的转置；具体包括设置所述目标图像的初始值，并根据预先设置的迭代次数利用所述迭代处理模型对所述目标图像中的每个像素点进行迭代更新，获取所述目标图像，所述迭代处理模型中的像素点的当前灰度值与前次迭代的灰度值一致逼近；
所述数据采集模块获取X射线探测器的投影数据之前，需先经测距装置设置的预处理模块9获取X射线探测器的投影图像序列集对所述投影图像序列集进行预处理后获取所述投影数据；具体包括：对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定根据接收信号的平均能量来确定；
找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中
利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即：
找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；根据估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：
这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：
根据估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；为数据采集模块提供准确的投影数据；
所述线充电发射线圈内部还集成有用于对无线充电发射线圈激发的电能进行发射的发射模块。
所述发射模块集成有GSM发射模块；所述无线充电发射线圈内部还集成有用于存储激发的电能程序的储存模块；
所述GSM发射模块提高无线充电发射线圈辐射性能的方法包括：读取存储模块的用于提示激发的无线充电发射线圈性能变化值的RAMP曲线信息，根据存储的RAMP曲线测试发射符号的相位误差，当所述发射符号的相位误差大于协议规定阈值时，修改所述存储的RAMP曲线的上升沿，修改后的RAMP曲线满足GSM发射模块的时间模板。
根据所述修改后的RAMP曲线，测试发射符号的相位误差；
当发射符号的相位误差小于或等于协议规定阈值时，将修改后的RAMP曲线信息取代所述存储的RAMP曲线信息；否则，重新修改所述存储的RAMP曲线的上升沿或所述修改后的RAMP曲线的上升沿，直至使发射符号的相位误差小于或等于协议规定阈值。
所述将修改后的RAMP曲线信息取代所述存储的RAMP曲线信息包括：将所述修改后的RAMP曲线信息替换所述GSM终端非易失性内存中所述存储的RAMP曲线信息；
所述协议规定阈值的取值范围包括：0°～5°。
所述修改所述存储的RAMP曲线的上升沿包括：提高所述存储的RAMP曲线的上升沿中平稳状态之前的多个时间采样点的控制字，且使所述多个时间采样点的控制字大于所述平稳状态时的控制字；
所述多个时间采样点包括3～5个时间采样点；
所述多个时间采样点修改后的控制字相同；
所述多个时间采样点修改后的控制字不同；
所述测试发射符号的相位误差是采用相位误差检测装置实现。
进一步，所述非负图像获取模块对所述目标图像进行非负处理中，将所述目标图像中灰度值小于0的像素点置零。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)
1.一种汽车无线充电发射模块，其特征在于，所述汽车无线充电发射模块，包括设有安装空间的模块本体、两个独立且平行的无线充电发射线圈、NFC发射天线和PCB；所述模块本体侧面设有对应需要进行无线充电的便携式终端机的安放面，所述模块本体外部还设有指示灯；所述NFC发射天线通过导线连接在无线充电发射线圈的正上方；所述PCB设于安装空间内且与发射线圈的磁场输出隔离屏蔽；
所述指示灯用于显示无线充电发射线圈和NFC发射天线激活状态，当其被激活时，指示开始灯闪烁，直至电充满时，指示灯呈现红色状态；
所述无线充电发射线圈连接用于对进入充电范围进行匹配响应激发电能产生的无线充电发射单元；所述无线充电发射单元通过支架安装在汽车无线充电区内；
所述无线充电发射单元包括集成有测距装置，用于对计算汽车是否进入充电适宜距离；所述测距装置包括：X射线源、X射线探测器、数据采集模块、处理器模块、目标图像获取模块、非负图像获取模块、分解模块、稀疏化处理模块、重建模块；
所述X射线源，用于发射X射线照射到待充电的汽车上；
所述X射线探测器，用于接收待充电的汽车反射的X射线，形成投影数据；
所述数据采集模块，用于获取X射线探测器的投影数据；
所述处理器模块，用于对所述数据采集模块获取的投影数据进行处理；
所述目标图像获取模块，用于根据所述处理的投影数据进行迭代处理，以获取目标图像；
所述非负图像获取模块，用于对所述目标图像进行非负处理，获取所述目标图像的非负图像；
所述分解模块，用于对所述非负图像进行非线性分解，获取第一非负图像和第二非负图像；
所述稀疏化处理模块，用于对所述第一非负图像和第二非负图像进行稀疏化处理，获取满足预定条件的最优化稀疏解；
所述重建模块，用于根据所述最优化稀疏解获取重建图像并计算出待充电汽车与充电区域的距离；
所述目标图像获取模块根据所述处理的投影数据进行迭代处理，以获取目标图像中，迭代处理模型的公式表示为：
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其中，X为所述目标图像，M为系统矩阵，G为所述投影数据，i表示迭代次数，Xi表示第i次迭代后得到的迭代结果；λ表示收敛系数，且λ∈(0,1)，MT表示对矩阵M的转置；具体包括设置所述目标图像的初始值，并根据预先设置的迭代次数利用所述迭代处理模型对所述目标图像中的每个像素点进行迭代更新，获取所述目标图像，所述迭代处理模型中的像素点的当前灰度值与前次迭代的灰度值一致逼近；
所述数据采集模块获取X射线探测器的投影数据之前，需先经测距装置设置的预处理模块获取X射线探测器的投影图像序列集对所述投影图像序列集进行预处理后获取所述投影数据；具体包括：对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定根据接收信号的平均能量来确定；
找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中
利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即：
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找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；根据估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：
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根据估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；为数据采集模块提供准确的投影数据；
所述线充电发射线圈内部还集成有用于对无线充电发射线圈激发的电能进行发射的发射模块。
2.如权利要求1所述汽车无线充电发射模块，其特征在于，所述发射模块集成有GSM发射模块；所述无线充电发射线圈内部还集成有用于存储激发的电能程序的储存模块；
所述GSM发射模块提高无线充电发射线圈辐射性能的方法包括：读取存储模块的用于提示激发的无线充电发射线圈性能变化值的RAMP曲线信息，根据存储的RAMP曲线测试发射符号的相位误差，当所述发射符号的相位误差大于协议规定阈值时，修改所述存储的RAMP曲线的上升沿，修改后的RAMP曲线满足GSM发射模块的时间模板。
3.如权利要求2所述汽车无线充电发射模块，其特征在于，根据所述修改后的RAMP曲线，测试发射符号的相位误差；
当发射符号的相位误差小于或等于协议规定阈值时，将修改后的RAMP曲线信息取代所述存储的RAMP曲线信息；否则，重新修改所述存储的RAMP曲线的上升沿或所述修改后的RAMP曲线的上升沿，直至使发射符号的相位误差小于或等于协议规定阈值。
4.如权利要求3所述汽车无线充电发射模块，其特征在于，所述将修改后的RAMP曲线信息取代所述存储的RAMP曲线信息包括：将所述修改后的RAMP曲线信息替换所述GSM终端非易失性内存中所述存储的RAMP曲线信息；
所述协议规定阈值的取值范围包括：0°～5°。
5.如权利要求3所述汽车无线充电发射模块，其特征在于，所述修改所述存储的RAMP曲线的上升沿包括：提高所述存储的RAMP曲线的上升沿中平稳状态之前的多个时间采样点的控制字，且使所述多个时间采样点的控制字大于所述平稳状态时的控制字；
所述多个时间采样点包括3～5个时间采样点；
所述多个时间采样点修改后的控制字相同；
所述多个时间采样点修改后的控制字不同；
所述测试发射符号的相位误差是采用相位误差检测装置实现。
6.如权利要求1所述汽车无线充电发射模块，其特征在于，所述非负图像获取模块对所述目标图像进行非负处理中，将所述目标图像中灰度值小于0的像素点置零。
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