CN108767954B - 智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法 - Google Patents

智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法,所述智能家居的远程无线充电系统包括:供电接口,用于提供交流电源;无线供电发射器,与所述供电接口电连接,用于沿确定的路径发射定向无线电力;无线接收器主体,用于接收所述定向无线电力;移动终端,用于远程控制所述无线接收器主体充电和/或检测所述无线接收器主体的电力情况。本发明将无线充电运用到物联网中,避免了电线的繁琐,同时改进了远距离无线充电效率问题;另一方面,让手机等移动终端变为远程遥控器,通过云服务实现与家庭路由的关联,从而远程控制家庭路由关联下的智能家居设备,使智能家居充电变得自动化、人性化。

Description

智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法
技术领域
本发明涉及智能家居无线充电技术领域,尤其涉及一种智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法。
背景技术
随着物联网(IoT)、可穿戴和便携式设备的发展,消费者开始厌倦杂乱的电缆和需要频繁充电的电池,因此设备的续航能力开始变得尤为重要,尤其是对于那些不方便连接电源的设备,当前市场上各种各样的无线充电技术普遍存在的问题是:(1)充电距离都很近且不方便移动;(2)单一发射端覆盖范围小,充电效率不高;(3)远距离转换效率低,只能给微功耗的设备供电,无线智能家居设备功能有限,不能通过一些外接设备对正在充电的家居设备进行充电掌控。目前,适合中远距离无线供电的技术包括磁共振和无线电波技术,为提高电力传输距离和功率转换效率,对磁共振和无线电波技术做进一步改进是势在必行的。
无线充电的优势远远不止于摆脱线缆的束缚,就目前的智能家居市场来看,无线概念主要还是停留在数据传输和系统智能化层次,只有加入了无线电力传输技术,真正的无线时代才会到来。如果还是使用有线设备充电、供电,既占用空间,也不安全,且每种设备的充电器、供电装置也不配套。物联网通过无线技术将家居设备与互联网联系起来,使用户能随心所欲的自由操控家庭里的设备,了解家庭设备的状况,并在家居设备有异常情况时及时通知到用户。但是,目前的现状还未出现既能对智能家居进行远距离无线充电,又能随时远程控制和监测智能家居的充电情况,防止智能家居无法及时充电造成不便。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题,提供一种智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法。
为了解决上述问题,本发明采用的技术方案如下所述:
一种智能家居的远程无线充电系统,包括:供电接口,用于提供交流电源;无线供电发射器,与所述供电接口电连接,用于沿确定的路径发射定向无线电力;无线接收器主体,用于接收所述定向无线电力;移动终端,用于远程控制所述无线接收器主体充电和/或检测所述无线接收器主体的电力情况等。
在本发明的一种实施例中,所述供电接口为电磁感应无线近距离发射器;所述电磁感应无线近距离发射器的输出功率不超过10W;所述电磁感应无线近距离发射器与所述无线供电发射器的距离为0-10cm。
在本发明的又一种实施例中,所述无线供电发射器包括依序连接的控制电路、整流滤波器、高频逆变器、处理单元、并联控制开关、通信电路以及发射线圈;所述并联控制开关用于连接所述发射线圈与所述供电接口的电路;所述无线供电发射器根据负载反馈信息调整所述发射线圈的输出功率和/或发射方向;所述发射线圈被布置在至少一个方向上并分别与所述供电接口并联连接;所述无线接收器主体功率较大和/或所述无线接收器主体与所述无线供电发射器距离较远时,所述并联控制开关选择与所述无线接收器主体接收线圈相位一致的至少一个发射线圈连接。
在本发明的再一种实施例中,所述无线供电发射器包括依序连接的电源管理模块、发射电路、传感器、控制器、数据/电力接口以及至少一个天线阵列;所述数据/电力接口通过WiFi通信接口与无线电力接口耦合成一个接口;所述控制器控制所述数据/电力接口通过互不干扰的通信信道和电力信道广播各自的信标信号。
本发明还提供一种智能家居的远程无线充电控制系统,包括:移动终端,用于下达控制指令;云服务器,用于获取无线供电发射器与无线接收器主体的信息状态并传递给所述移动终端,且将所述移动终端的控制指令传递给控制主机;云平台,用于从后台数据库调出所述无线供电发射器与所述无线接收器主体的信息并发送给所述云服务器;后台数据库,用于实时更新所述无线供电发射器和所述无线接收器主体的信息状态;控制主机,用于执行所述移动终端的控制指令并响应于所述无线供电发射器与所述无线接收器主体的实时更新的信息状态做出相应操作;智能开关,用于开启或者关闭所述无线供电发射器与所述无线接收器主体之间的能量传输,并将所述无线供电发射器与所述无线接收器主体的实时更新的信息状态反馈给所述控制主机和所述后台数据库。
本发明再提供一种智能家居的远程无线充电及控制方法,包括以下步骤:S1:移动终端通过云服务器获取后台数据库的无线接收器主体及无线供电发射器的信息状态;S2:根据预先设置的所述无线接收器主体需要充电的电量阈值判断是否启动充电,若低于所述电量阈值则移动终端自动下达充电指令;S3:所述云服务器将所述移动终端的控制指令传递给控制主机;S4:所述控制主机控制智能开关启动无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能,所述无线接收主体接收电能完成充电;S5:所述智能开关将所述无线接收主体的实时更新的信息状态反馈给所述控制主机和所述后台数据库;S6:所述控制主机驱动所述后台数据库实时更新信息,并将所述实时更新信息发送给所述移动终端;若所述无线接收器主体的电量充满则所述移动终端控制所述无线供电发射器停止传输电力,若所述无线接收器主体的电量低于所述电量阈值则返回步骤S2。
在本发明的一种实施例中,所述无线供电发射器与所述无线接收器主体之间的数据通信可以经由Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee中的任意一种;或,至少一种的组合或变体进行通信。
本发明的有益效果为:提供一种智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法,将无线充电运用到物联网中,使智能家居充电变得自动化、人性化,同时避免了电线的繁琐等;进一步,让手机等移动终端变为远程遥控器,通过云服务简单的实现与家庭路由的关联,从而远程控制家庭路由关联下的智能家居设备;更进一步的,将发射端的发射方向与接收端的接收方向有效匹配,一方面发射端能通过天线等将更多的电能汇聚到接收端接收方向上,另一方面接收端还通过设定充电传感器等接收更多的可用电能,从而进一步改进了远距离无线充电效率问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种远程无线充电及控制系统的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的一种无线供电电源接口示意图。
图3是根据本发明实施例的一种磁共振无线充电的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的一种磁共振发射端内发射线圈布置的简化图。
图5是根据本发明实施例的一种无线电波电力传输方式的结构框图。
图6是根据本发明实施例的一种智能家居的远程无线充电控制系统的结构框图。
图7是根据本发明实施例的一种智能家居的远程无线充电及控制的方法的流程示意图。
图8是根据本发明实施例的一种智能家居的远程无线充电及控制的方法的示意图。
其中,120-无线供电发射器,130a~c-天线,140~142-无线接收器主体,160-移动终端,210-充电座,220-无线供电发射器,230-无线接收器主体,240-发射线圈,250-接收线圈,310-发射端,320-接收端,3101-控制电路,3102-整流滤波器,3103-高频逆变器,3104-处理单元,3105-并联控制开关,3106-发射线圈,3107-通信电路,3202-整流电路,3204-输出负载,3206-接收线圈,3208-通信电路,400-发射端,410-发射线圈,500-无线供电发射器,510-电源管理模块,520-发射电路520,530-传感器,540-控制器,550-数据/电力接口,560-电力信道,570-通信信道,501~503-天线阵列,504-充电电路,505-无线接收器主体,506-数据通信模块,507-电力接收模块,508-传感器,509-转换电路,5051~5052-天线,600-智能开关,601-移动终端。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。应当理解的是,所述实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应该属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明实施例中所含盖的功能模块,可以根据需要,通过现有技术中的一种或多种编程语言实现。对于公知的编程原理和软件构成,下文虽然不作详细阐述,但应属于本发明技术方案的一部分。
图1描绘了本发明实施例的一种远程无线充电及控制系统的结构示意图。该实施例应用于室内场所,比如客厅、卧室等区域,室内某个位置设置有无线供电发射器120,其通过连接家用电缆获得交流电流,将交流市电经全桥整流电路变换成直流电,然后通过有源晶振逆变转换成高频交流电供给发射器产生电磁波发射出去。当然,今后家用插座也可以被无插座式的电磁感应的供电接口取代,在一种具体的实施例中供电接口是电磁感应无线近距离发射器,这将在后面详细说明。更具体地,图1示出了用于接收无线电力的各个无线接收器主体140、141和142,其内部集成有用于接收并处理来自一个或多个无线供电发射器120的无线电力的电力接收装置(图中未示出)。在一个实施例中,一个无线供电发射器120可以同时向多个无线接收器主体140-142提供无线电力,当这些无线接收器主体140-142需要充电时则发送该无线接收器主体的自身情况比如功率等情况给无线供电发射器120,无线供电发射器120进行匹配判断后选择合适的输出功率等对相应的无线接收器主体140-142进行充电。
如图1的实施例中所示,无线接收器主体140-142包括但不限于各种小功率的智能家居设备,比如无线鼠标、无线键盘、手机、智能门锁等。这些无线智能家居设备无需通过电线进行有线充电,都能够经由一个或多个集成在无线智能家居设备内的电力接收装置(图中未示出)接收来自一个或多个无线供电发射器120的无线电力,并且将该无线电力转换成可用的直流电提供给无线智能家居设备充电使用。
无线供电发射器120可以包括多个天线130a-c,例如包括数百或数千个天线的天线阵列,所述天线130a-c可以代表无线电力传输方向,能够向无线接收器主体140-142沿确定的路径递送无线电力。在一些实施方案中,天线可以是自适应相控射频(RF)天线或者窄波束天线等之类的定向天线;在另一些实施例中,天线也可是线圈之类的天线,比如无线供电发射器120的发射线圈与无线接收器主体140-142的接收线圈之间产生相同频率的共振,从而在某个无线电力传输方向上能够产生能量传递。
无线供电发射器120能够确定用于将相干电力传输信号递送到无线接收器主体140-142的适当相位,这些相位通过从相对于彼此处于特定相位的多个天线发射信号来确定(例如,连续波或脉冲电力传输信号)。“阵列”或“阵列系统”可以用来包括用于信号发生、接收和传输的相关和外围电路,诸如无线电、数字逻辑电路和调制解调器。在一些实施方案中,无线供电发射器120可以具有用于经由一个或多个天线或收发器进行数据通信的嵌入式Wi-Fi集线器,当然,除WiFi通信协议外,其他数据通信协议也是可能的。应当理解的是,无线供电发射器120和无线接收器主体140-142还包括用于经由数据通信信道进行通信的数据通信模块,因此,天线或收发器可以通过该数据通信信道,一般是通过发射信标信号,从而在无线供电发射器120和无线接收器主体140-142之间交换各种信息,这样,电力接收装置可以指示无线接收器主体140-142经由现有的数据通信模块与无线供电发射器120通信。在这种情况下,无线供电发射器120可以发送信标调度表信息,例如信标节拍调度(BBS)周期、电力周期信息等,或者生成周围环境的三维地图,从而获得发射端和接收端相匹配的辐射和接收方向图,使得无线电力接收器主体140-142知道何时广播其信标信号以及何时获取电力等。
完成电力传输之后,正如图1所示,还要进一步监控无线智能家居设备的电力情况,最好是随时随地都能远程监控家居设备的供电情况,以防家具设备因没电造成不必要的麻烦,例如智能门锁忘记充电导致无法开门等。在一些实施例中,手机作为一种最方便携带的移动终端160比较适合对智能家居设备进行远程控制和监测电力,又可以让无线智能家居设备根据检测到的家庭环境数据自动控制电器开关。可以理解的是,无线智能家居设备应该构成一个体系,这个体系所有设备的通信接口应该符合一定的标准,以方便以后更多的无线智能家居产品可以加入,这个体系中应该有个控制中心,能够根据环境自动控制其它电器,比如天冷自动加热、干燥自动打开加湿器等。应当可以理解的是,上述描述仅仅是示例性的,并不仅限于此。
移动终端160控制与检测智能家居设备电力情况方式一般是手机远程访问服务器,服务器发送指令给家里的路由器(wifi或有线路由),再通过zigbee发送控制指令给各个控制器,最后经由控制器控制处理后台数据库设备。在本实施例中,手机与云服务器通过通信数据网络连接,通信网络可以是无线局域网、蜂窝移动网络或者是蓝牙等,手机利用周围的无线网络资源与云端服务器自发交互,如远程下发通知、远程设置密码、远程GPS定位、远程数据同步等操作。云服务器包含有绑定各个无线接收器主体140-142以及无线供电发射器120信息状态的后台数据库,手机根据数据库信息状态下达控制指令,然后通过云服务器传递给控制主机,控制整个无线供电发射器120和无线接收器主体140-142的电力情况等。在一些实施例中,控制主机可以是家庭路由器或者家庭网关等,通过NAT穿越技术,就能使移动终端160从外网访问家庭路由器或网关下面的设备,从而监控无线供电发射器120是否供电、无线接收器主体140-142是否需要充电等。
图2描绘了本发明实施例的一种无线供电电源接口示意图,图1所示的无线供电发射器120通过连接到电源获得电能,比如将无线供电发射器120通过电线连接到建筑物中的标准或主交流(AC)电源的电源插座。甚至可替代地,无线供电发射器120可以由电池供电或经由其他例如太阳能电池等来供电。
除取消杂乱的有线充电电线外,未来物联网智能家居发展的趋势可能是使传统插座变得不必要,如图2所示,利用电磁感应近距离无线充电原理,在建筑物中任意位置可以设置一充电座210,也即电磁感应无线近距离发射器,类似于传统接电线的插孔插座,充电座210用来给发送无线电力的无线供电发射器220提供电能,区别是充电座210不需要通过电线提供电能,只需无线供电发射器220靠近充电座210形成电磁感应电流便能使无线供电发射器220获得电能进行无线充电。在一个实施例中,为了将电磁感应电流传播出去,充电座210内部设置有发射线圈240,与之对应的是,无线供电发射器220内部设置有接收线圈250,当充电座210通电后,发射线圈240周围会因为电流磁效应而产生磁场,而当无线供电发射器220靠近充电座210时,发射线圈240形成的磁场将通过电磁感应在接收线圈250上产生感应电流,从而使无线供电发射器220获得电能。应该理解的是,无线供电发射器220的接收线圈250一方面用于获得来自充电座210的电磁感应电流,此时接收线圈250获得该电流后继续产生磁场,与此同时,接收线圈250还可以作为无线充电体系中的发射器将产生的电磁波发射给电力接收器,接收器再将电磁波变换成可充电的直流电流,最终为内置有电力接收器的无线接收器主体230充电。
交变电磁场通过电磁感应将能量从发射线圈240转移到接收线圈250,由于充电座210与无线供电发射器220之间以磁场传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电座210与无线供电发射器220都可以做到无导电接点外露,替代传统普通电源插座后漏电、跑电等安全隐患都能彻底避免。
在无线充电过程中,存在三个功率:第一个功率是无线充电座的输入功率,也就是电能输入到充电座发射线圈的功率;第二个功率是无线充电座发射线圈的输出功率,它是电流通过线圈产生的磁场,对外传输能量的功率;第三个功率是无线接收器主体230充电时的实际功率。通常来说,输入功率>输出功率>实际功率,充电座210与无线供电发射器220之间根据实际功耗情况,可以是紧密耦合式的贴近,也可以是松耦合间隔一定距离,在保证充电座210输入功率和输出功率不变情况下,无线供电发射器220与充电座210离得越远,其获得的电能越小,输出功率越小,无线接收器主体230实际充电功率也越小。
在一些实施例中,一般根据无线接收器主体实际功率大小选择对应的耦合模式,若无线接收器主体230功率较小,比如不超过2W,则可以选择松耦合形式,理论上,充电座210与无线供电发射器220之间距离不超过10cm,在一个较近的距离,电力传输效率可以达到80%以上。在本实施例中,充电座210的输出功率最高可以为10W,输出功率与无线供电发射器220实际获得的功率之间有25%-35%的功率损耗,因此无线供电发射器220实际输出功率最高可以为7.5W,充电座210与无线供电发射器220之间间距可以为0-10cm,无线供电发射器220通过电磁感应原理从充电座210获得电流后产生电磁波传播出去用于给内置有电力接收器的无线接收器主体充电。
图3示出了本发明实施例的一种磁共振无线充电的结构示意图。在一些实施例中,用于远距离传输电力的无线充电器可以采用高频率共振使发射线圈和接收线圈交换彼此的能量进行电力传输,也可以采用无线电波方式远距离传输电能,无线充电器可以根据具体情况(例如电力传输环境情况、无线接收器主体功率以及距离情况等),切换合适的电力传输方式。
在磁共振无线充电系统中,线圈的直径、匝数、补偿电容等会影响系统的谐振频率,而发射线圈和接收线圈的距离和相对位置以及线圈数量等直接影响到系统的充电功率和传输效率等。图3所示的磁共振无线充电系统结构包括发射端310和接收端320,两者通过相应的通信电路3107和3208进行必要的信息交流,包括无线接收器主体的充电电流、电压值和/或充电器的供电电流、电压值信息等,另外还包括发射端310和接收端320之间的距离和方向信息等。具体而言,发射端310从电力输入端获得AC/DC电流,经过控制电路3101调整输入电流后、整流滤波器3102转换成稳定的直流电源流经高频逆变器3103变换成高频交流电供给发射线圈3106。在本实施例中,控制电路3101一方面监控供电电源情况,另一方面通过通信电路3107将信息传递给处理单元3104后做出响应,该响应可以是根据接收端320输出负载3204给出的负载反馈信息调整合适的输出电流电压值以及发射线圈3106的发射方向等。
为提高充电系统的传输效率,在一些实施例中,发射端310内可以设置多个发射线圈3106,其被布置在各个方向上,多个发射线圈3106分别与多个并联控制开关3105一一连接后再与电源连接,由于多个发射线圈3106在电路中是并联连接的,当控制开关3105同时连通时,流经发射端310的电流会明显增大,从而磁通量也会随之增大,接收线圈3206共振获得的电能随之增大,当接收线圈3206从发射线圈3106获得能量后,经整流电路3202调整成合适的直流电后传递给输出负载3204供给无线接收器主体充电。输出负载3204获取无线接收器主体所需的电力参数后将用电功率反馈给通信电路3208,通信电路3208也能获取无线接收器主体所处环境的相位信息,通过与发射端的通信电路3107进行信息交换后,经处理单元3104处理分析无线接收器主体的情况后向控制电路3101报备,由控制电路3101向并联控制开关3105发出指令,控制其选择与对应的一个或多个发射线圈3106连接或者断开,一个或多个发射线圈3106的发射方向对应于接收端320所处的方向,当无线接收器主体功率较大或者离发射端310距离较远时(比如2米以上),并联控制开关3105选择闭合与接收端320相位一致的所有发射线圈3106电路,使电源同时输出给多个发射线圈3106,增大发射线圈的输出功率,从而增大接收线圈3206接收方向上的输入电流以便给功率较大或者离发射端310距离较远的无线接收器主体充电,从而保证电力传输效率不会大幅降低,反之则不必同时接通多个发射线圈3106的电路,减少不必要的能量损耗。
在一些实施方案中,通信电路被定义为在发射线圈3106和接收线圈3206之间广播无线电力参数和数据通信,通信电路具有发射和接收双向通信功能,数据通信可以经由Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee等进行通信,或者其组合或变体,其他的数据通信协议也是可能的。
多个发射线圈被布置在各个方向上并联与电源电路连接,图4示出了位于发射端400内多个发射线圈410的排列布置图,发射线圈410布置方式可包括布置在不同层中且以非同心方式随机朝各个方向布置的多个发射线圈阵列。在一些实施例中,线圈也可以按照多个轴线同心方式排列(例如排列成三角形或者其他规则多边形等),发射线圈410堆叠在不同层中可以缩小设备的体积。在另一些实施例中,发射线圈410可以是任意形状,如圆形、非圆形的、花朵形等。
图5示出了本实施例的一种无线电波电力传输方式的结构框图,无线供电发射器500包括电源管理模块510、发射电路520、传感器530、控制器540、数据/电力接口550以及多个天线阵列501-503。控制器540用于对各种数据和电力通信进行引导和控制,具体而言控制器540一方面控制无线供电发射器500从一个电源管理模块510接收电力,然后经发射电路520进入启动电能发射模式;另一方面控制器540控制数据/电力接口550通过互相不干扰的通信信道570和电力信道560开始广播各自的信标信号,以便与无线电能接收器建立通信,以识别无线供电发射器范围内待充电的无线接收器主体。
在一些实施例中,数据/电力接口550可以是WiFi通信接口与无线电力接口耦合成一个接口,也可以分开,其在发射通信信号的同时传递电力信号,通信信道570和电力信道560设置为互相不干扰的两条传输信道,可以在不扰乱Wi-Fi数据传输的背景下传输电能,电能的传输不会持续的占用Wi-Fi信道,而是通过多个Wi-Fi信道分散的进行。
启动电能发射模式后,无线接收器主体505通过数据通信模块506与无线供电发射器500建立通信连接并向无线供电发射器500发送充电请求;无线接收器主体505内置有WiFi STA并搜索可接入的无线供电发射器500,无线接收器主体505的当前电量状态、耗电功率、方向图等信息通过数据通信与无线供电发射器500进行数据交互,根据天线的互易定理,无线供电发射器500可经由与在无线供电发射器500处接收信标信号所经由的相同路径返回向无线接收器主体505递送无线电力,然后无线接收器主体505通过天线5051-5052接收电力,其中,电力接收模块507将接收到的电能反馈给传感器508,由传感器508处理电能并通过转换电路509转换成可用的直流电给充电电路504,最终完成充电。
在一些实施例中,无线供电发射器500接到无线电能接收器的输电请求后根据目前输电资源(如发送功率、频率、时间)占用状态和无线电能接收器的类型、当前电量状态、耗电功率、电能传输功率这些信息,运用资源配置算法为请求输电的无线电能接收器配置、定期或不定期调整输电资源(包括发送功率、频率、时间、方向、初始输电波束等)。
在一些实施例中,天线阵列501-503和天线5051-5052既可以是同一副也可以不相同,无线供电发射器500的天线阵列501-503中的一个或多个可以是数据天线、无线电力传输天线或数据/电力两用天线,无线接收器主体505的天线5051-5052也可以是数据/电力两用天线,以减少无线接收器主体的零部件。无线供电发射器500的传感器530可以是红外传感器检测是否有障碍物出现,比如人体,当传感器530检测到人体出现时,控制器540便对天线阵列501-503发出指令,控制其避开人体发射电能或者停止发射电能,避免对人体造成辐射。
图6示出了本发明实施例的一种智能家居的远程无线充电控制系统的结构框图。利用移动终端601随时随地监控智能家居的智能开关600,可以人为设定智能家居预期接收的无线充电电量、水量、气量以及温度控制等,使物联网具有个性化。智能开关600包含有无线供电系统、供水系统、供气系统等使用信息以及从无线供电系统、供水系统、供气系统等接收能量的无线智能家居设备的电力水平、水量水平、气量水平等信息。
移动终端601可以为手机、iPad等便携式设备,其通过通信网络与云服务器连接,云服务器然后通过云平台调令绑定有各个智能家居设备以及无线供电发射器等信息状态的后台数据库,云服务器获取后台数据库信息后传递给移动终端601,移动终端601根据智能家居设备的电力水平、水量水平、气量水平等信息决定是否需要开启无线供电系统、供水系统、供气系统等给相应的智能家居设备提供能量,如智能家居设备电力水平不足,移动终端601则下达充电指令给控制主机,由控制主机控制智能开关600执行充电任务。移动终端601的控制指令由云服务器负责通知给控制主机,这里的控制主机可以称为家庭互联网系统,具体可以是家庭路由器或者网关,通过NAT穿越技术,使移动终端601从外网访问家庭路由器或网关下面的无线智能家居设备。
智能开关600完成充电、供气、供水、控温等任务后,将无线智能家居设备最新的信息状态反馈给控制主机和后台数据库,控制主机驱动后台数据库实时更新信息,然后将实时更新信息发送给移动终端,例如移动终端601可以通过APP或者绑定微信提醒无线智能家居设备的实时信息状态,随时监控智能家居的无线充电、耗水、耗气等情况,能量不足或者充满时提醒用户进行打开或者关闭智能开关600的相应操作。移动终端601也可以一键选择场景模式,且能对场景开关定时设置,如回家前场景开关自动执行充电,离家一段时间后自动停止充电等,还可以将用户喜好保存在记忆库中,自主为用户分配相应的充电时间。另外,移动终端601快没电时,能推送一些消息,帮助去寻找附近无线充电的位置,防止手机没电无法及时监控智能家居的充电情况。
图7示出了本发明实施例的一种智能家居的远程无线充电及控制的方法的流程示意图,所示的利用移动终端监控无线充电的具体流程为:
S701:移动终端通过无线通信网络与云服务器取得联系后,从云服务器的后台数据库获取智能家居设备以及无线供电发射器的信息状态;信息状态包括无线智能家居的电量、功率、方位等以及无线供电发射器的占用情况等,根据需要决定是否启动充电;
S702:若需要充电,则通过移动终端下达充电指令,可以针对需求给每个智能家居设备设定需要充电的电量阈值,如移动终端检测到智能家居设备的电量低于10%时则移动终端可以自动下达充电指令,若某些智能家居暂时不用充电可以随时终止充电指令;
S703:云服务器接到充电指令后通知控制主机执行充电任务,由控制主机控制智能开关;
S704:智能开关启动无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能,无线智能家居设备接收电能完成充电,无线供电发射器可以根据无线接收设备所在的方向、距离、功率等选择合适的电力传输方式,如通过磁共振传输电力或者通过无线电波传输电力;
S705:智能开关将无线智能家居设备的最新电力信息反馈给控制主机和后台数据库,后台数据库则实时更新信息,若更新信息中发现电量不足,则返回到S702执行充电;
S706:若更新信息显示电量充满,则控制主机随即控制无线供电发射器停止传输电力。
图8是根据本发明实施例的一种智能家居的远程无线充电及控制的方法的示意图。本发明提供的智能家居的远程无线充电及控制的方法包括如下步骤:
S801.移动终端通过云服务器获取后台数据库的无线接收器主体及无线供电发射器的信息状态;
S802.根据预先设置的所述无线接收器主体需要充电的电量阈值判断是否启动充电,若低于所述电量阈值则移动终端自动下达充电指令;
S803.所述云服务器将所述移动终端的控制指令传递给控制主机;
S804.所述控制主机控制智能开关启动无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能,所述无线接收主体接收电能完成充电;
S805.所述智能开关将所述无线接收主体的实时更新的信息状态反馈给所述控制主机和所述后台数据库;
S806.所述控制主机驱动所述后台数据库实时更新信息,并将所述实时更新信息发送给所述移动终端;若所述无线接收器主体的电量充满则所述移动终端控制所述无线供电发射器停止传输电力,若所述无线接收器主体的电量低于所述电量阈值则返回步骤S802。
在本发明的一种实施例中,无线供电发射器和无线接收器主体之间的数据通信可以经由Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee等中的任意一种;或者至少一种的组合或变体进行通信。
区别于现有的智能家居控制系统,本发明将无线充电运用到物联网中,使智能家居充电变得自动化、人性化,同时避免了电线的繁琐等。现有的智能家居控制系统,大都是通过固定在室内的场景开关实现,本发明进一步让手机等移动终端变为远程遥控器,通过云服务简单的实现与家庭路由的关联,从而远程控制家庭路由关联下的智能家居设备。为克服现有技术不能有效进行远距离无线充电的难题,本发明将发射端的发射方向与接收端的接收方向有效实现了匹配,一方面发射端能通过天线等将更多的电能汇聚到接收端接收方向上,另一方面接收端还通过设定充电传感器等接收更多的可用电能,从而进一步改进了远距离无线充电效率问题。
需要理解的是,本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块,在实际应用中,一个逻辑单元可以是一个物理单元,也可以是一个物理单元的一部分,还可以以多个物理单元的组合实现。此外,为了突出本发明的创新部分,本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不密切的单元引入,但这并不代表本实施例中不存在其它的单元。
需要指出,根据实施的需要,可将本申请中描述的各个步骤/模块拆分为更多步骤/模块,也可将两个或多个步骤/模块或者步骤/模块的部分操作组合成新的步骤/模块,以实现本发明的目的。
上述根据本发明的智能家居远程控制系统的工作流程可在硬件、固件中实现,或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码,或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码,从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解,计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如,RAM、ROM、闪存等),当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时,实现在此描述的处理方法。此外,当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时,代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,包括:
供电接口,用于提供交流电源;
无线供电发射器,与所述供电接口电连接,包括多个天线,所述天线代表无线电力传输方向,用于沿确定的路径发射定向无线电力;同时向多个无线接收器主体提供无线电力;发送信标调度表信息或生成周围环境的三维地图,获得所述无线供电发射器与所述无线接收器主体相匹配的辐射和接收方向图,使得所述无线接收器主体知道何时广播其信标信号以及何时获取电力;所述无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能;
无线接收器主体,内部集成有用于接收所述定向无线电力的电力接收装置;所述电力接收装置指示所述无线供电发射器与所述无线接收器主体通信;移动终端,用于远程控制所述无线接收器主体充电和/或检测所述无线接收器主体的电力情况;
所述无线供电发射器采用高频率共振或无线电波方式进行电力传输。
2.如权利要求1所述的智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,所述供电接口为电磁感应无线近距离发射器。
3.如权利要求2所述的智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,所述电磁感应无线近距离发射器的输出功率不超过10W;所述电磁感应无线近距离发射器与所述无线供电发射器的距离为0-10cm。
4.如权利要求1所述的智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,所述无线供电发射器包括依序连接的控制电路、整流滤波器、高频逆变器、处理单元、并联控制开关、通信电路以及发射线圈。
5.如权利要求4所述的智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,所述并联控制开关用于连接所述发射线圈与所述供电接口的电路;
所述无线供电发射器根据负载反馈信息调整所述发射线圈的输出功率和/或发射方向;
所述发射线圈被布置在至少一个方向上并分别与所述供电接口并联连接;
所述无线接收器主体功率较大和/或所述无线接收器主体与所述无线供电发射器距离较远时,所述并联控制开关选择与所述无线接收器主体接收线圈相位一致的至少一个发射线圈连接。
6.如权利要求1所述的智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,所述无线供电发射器包括依序连接的电源管理模块、发射电路、传感器、控制器、数据/电力接口以及至少一个天线阵列。
7.如权利要求6所述的智能家居的远程无线充电系统,其特征在于,所述数据/电力接口通过WiFi通信接口与无线电力接口耦合成一个接口;所述控制器控制所述数据/电力接口通过互不干扰的通信信道和电力信道广播各自的信标信号。
8.一种智能家居的远程无线充电控制系统,其特征在于,包括:
移动终端,用于下达控制指令;
云服务器,用于获取无线供电发射器与无线接收器主体的信息状态并传递给所述移动终端,且将所述移动终端的控制指令传递给控制主机;
云平台,用于从后台数据库调出所述无线供电发射器与所述无线接收器主体的信息并发送给所述云服务器;
后台数据库,用于实时更新所述无线供电发射器和所述无线接收器主体的信息状态;
控制主机,用于执行所述移动终端的控制指令并响应于所述无线供电发射器与所述无线接收器主体的实时更新的信息状态做出相应操作;所述无线供电发射器,包括多个天线,所述天线代表无线电力传输方向,用于沿确定的路径发射定向无线电力,同时向多个无线接收器主体提供无线电力,发送信标调度表信息或生成周围环境的三维地图,获得所述无线供电发射器与所述无线接收器主体相匹配的辐射和接收方向图,使得所述无线接收器主体知道何时广播其信标信号以及何时获取电力;所述无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能;所述无线接收器主体,内部集成有用于接收所述定向无线电力的电力接收装置,所述电力接收装置指示所述无线供电发射器与所述无线接收器主体通信;所述无线供电发射器采用高频率共振或无线电波方式进行电力传输;
智能开关,用于开启或者关闭所述无线供电发射器与所述无线接收器主体之间的能量传输,并将所述无线供电发射器与所述无线接收器主体的实时更新的信息状态反馈给所述控制主机和所述后台数据库。
9.一种智能家居的远程无线充电及控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:移动终端通过云服务器获取后台数据库的无线接收器主体及无线供电发射器的信息状态;所述无线供电发射器,包括多个天线,所述天线代表无线电力传输方向,用于沿确定的路径发射定向无线电力,同时向多个无线接收器主体提供无线电力,发送信标调度表信息或生成周围环境的三维地图,获得所述无线供电发射器与所述无线接收器主体相匹配的辐射和接收方向图,使得所述无线接收器主体知道何时广播其信标信号以及何时获取电力;所述无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能;所述无线接收器主体,内部集成有用于接收所述定向无线电力的电力接收装置,所述电力接收装置指示所述无线供电发射器与所述无线接收器主体通信;所述无线供电发射器采用高频率共振或无线电波方式进行电力传输;
S2:根据预先设置的所述无线接收器主体需要充电的电量阈值判断是否启动充电,若低于所述电量阈值则移动终端自动下达充电指令;
S3:所述云服务器将所述移动终端的控制指令传递给控制主机;
S4:所述控制主机控制智能开关启动无线供电发射器沿着接收到信标信号的路径发射电能,所述无线接收器主体接收电能完成充电;
S5:所述智能开关将所述无线接收器主体的实时更新的信息状态反馈给所述控制主机和所述后台数据库;
S6:所述控制主机驱动所述后台数据库实时更新信息,并将所述实时更新信息发送给所述移动终端;若所述无线接收器主体的电量充满则所述移动终端控制所述无线供电发射器停止传输电力,若所述无线接收器主体的电量低于所述电量阈值则返回步骤S2。
10.如权利要求9所述的智能家居的远程无线充电及控制方法,其特征在于,所述无线供电发射器与所述无线接收器主体之间的数据通信可以经由Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee中的任意一种;或,至少一种的组合或变体进行通信。
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