CN110048486A - 基于手机特征识别的智能多点无线充电装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置及其实现方法，属于手机无线充电和图像识别领域。本发明的装置包括不透明外壳，主控制电路板，手机特征识别装置，无线功率发射模块，支付模块，子控制电路板，用于构成多点无线充电装置的挡板，双色指示灯和底座。本发明通过对手机的图像特征识别，再结合预先建立的手机无线充电参数数据库来控制发射功率。使手机无线充电过程更具有针对性，进而大大的提高了无线充电效率，也避免了能源的浪费。此外，该多点无线充电装置拥有储物功能，可应用于商场，车站等公共场所，有利于无线充电技术的普及。

Description

基于手机特征识别的智能多点无线充电装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置及其实现方法，属于手机无线充电和图像识别领域。

背景技术

近年来小型智能移动设备的快速发展以及传统有线能源供应存在的问题越发突出，特别是在公共场合，传统的有线电源无法满足移动性的需求。随着电力电子技术的不断发展以及人们对电能无线传输日益增长的需求，无线电能传输（Wireless PowerTransfer，WPT）技术成为了当前电能传输领域中研究的热点，无线电能传输系统具有方便的能量传输、无需复杂的电力线、安全等优点，在手机、平板电脑、智能可穿戴设备等小型移动设备中具有良好的应用前景。而且无线电能传输的控制、传输效率、线圈结构研究等方面在国内外也都得到了快速的发展。

2010年Qi无线充电标准的引入虽然为我国小型智能移动设备在公共场合无线充电的大规模应用提供可能，但截止目前，应用中的Qi协议的功率发射器设计Qi无线充电器只能实现一对一充电模式，在同一时间内，一个功率发射器只能服务于一个电能接收器，为单点充电。且满足Qi标准的手机厂家设计的无线充电器是根据本厂手机的所需功率设计，所以不同厂家的无线充电器参数各有不同，手机无线充电要想到达最快速度，只能使用与其功率匹配的无线充电器。只能单点充电和不同手机所需无线充电功率不同成为制约其发展的关键问题。一种满足Qi标准、可多点无线充电、可通过识别手机型号来调整发射功率的智能多点无线充电装置对Qi无线充电技术的普及和发展意义重大。

在现有的多点无线充电技术中，存在以下问题：公开号为CN105680539A的中国专利，发明了一种支持多协议的手机桌面无线群充系统，此方法可以支持分布式多点无线充电，支持多种无线电能传输协议，能够识别受电负载并可以计量与收费。但其识别受电负载的方式是传统的负载调制方式，每隔1s使用符合Qi和A4WP标准传输距离为5cm左右的通信协议发送5ms时长通讯检测信号和以100us的周期与带有接受线圈的受电负载实时通讯，等待受电负载响应，响应了才会建立电能传输协议。此传统方法检测受电负载需要无线功率发射器时刻处于工作状态，造成了电能的极大浪费，也无法达到最佳功率传输要求。

公开号为CN106300693A、CN205992778U的中国专利采用了分布式多点无线充电技术，但其功率传输的控制是接收线圈检测通过无线信号检测接收线圈电流及电压情况，然后电压转换及控制电路控制输出电压的额定值，此方法接收线圈的电压电流检测也需时刻进行，同样造成了资源的浪费，且此方法是检测接收线圈的电压和电流，并不不适用于手机的多点无线充电。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置及其实现方法。建立电能传输协议时无需使用传统的负载调制方式进行通讯，不进行电能传输时无需功率发射模块一直工作，通过对手机的图像特征识别，再结合预先建立的手机无线充电参数数据库来控制发射功率，使手机无线充电更具针对性，大大提高传输效率，也避免了能源的浪费。此外，该多点无线充电装置采用柜体形式，无线充电的同时可用于储物。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，包括不透明外壳和底座，主控制电路板，手机特征识别模块，无线功率发射模块，支付模块，子控制电路板，用于构成多点无线充电装置的挡板和双色指示灯，其中用于构成多点无线充电装置的挡板将整个无线充电装置隔成N个区域，每个区域内有一个子控制电路板，所述主控制电路板通过RS485总线与N个子控制电路板相连，N为自然数，手机特征识别模块与主控制电路板连接，子控制电路板分别与无线功率发射模块和支付模块连接，双色指示灯与子控制电路板相连。

该装置包含带无线功率发射模块的独立充电空间，每个独立充电空间的充电状态根据双色指示灯判断，蓝色为正常，红色为异常。

所述手机特征识别模块包括特征提取子模块、摄像头和分类器，摄像头与通过特征提取子模块和分类器顺序连接。

所述主控制电路板包括微控制器、电源管理电路、总线接口电路、LCD显示模块电路，其中所述微控制器分别与电源管理电路、总线接口电路相连和LCD显示模块电路相连。

所述子控制电路板包括微控制器和总线接口电路，其中微控制器电路分别与总线接口电路、功率发射模块和支付模块相连。

所述无线功率发射模块包括高频电磁线圈、多通道逆变电路和电能传输控制单元，其中多通道逆变电路通过电能传输控制单元和高频电磁线圈顺序连接。

一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置的实现方法，包括如下步骤：

步骤一：主控制电路板的FPGA主控制器控制手机特征识别模块对摄像头区域手机进行探测，如探测到有目标手机进入到拍照区域， 则控制摄像头对该目标手机进行拍照，将该目标手机的图像信息传送至手机特征识别模块；

步骤二：特征提取子模块提取该目标手机图像中的特征信息，分类器接收该特征信息并输出目标手机所属的型号系列到FPGA主控制器中，FPGA主控制器根据所接收到的手机型号和预先建立的手机无线充电参数数据库将该目标手机的无线充电参数信息通过485总线传到FPGA子控制器中控制发射功率；

步骤三：扫码支付充电费用或者刷卡、或投币支付费用后，将手机放入该无线充电装置空闲的某一个无线功率发射模块之上，FPGA主控制器将该手机无线充电参数信息传输到该手机所在区域的FPGA子控制器，子控制器根据此信息调整无线功率发射模块的发射功率；

步骤四：无线充电过程中若拿走电能接收设备，则在规定时间内暂停充电，并暂停计费，双色指示灯显示红色，同时无线功率发射模块在规定时间内检测设备，若在规定时间内检测到接收设备放回，则继续充电，计费继续，双色指示灯显示蓝色；若在规定时间内检测不到接收设备放回，则结束充电进入下一步；

步骤五：在步骤四中，在没有拿走设备的情况下直到所支付的充电费用耗尽后自动结束无线充电，系统返回步骤一执行。

本发明的有益效果如下：

本发明提出了一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，建立电能传输协议时无需使用传统的负载调制方式进行通讯，无需功率发射模块一直进行通讯工作。而是通过对手机的图像特征识别，再结合预先建立的手机无线充电参数数据库来控制发射功率。使手机无线充电过程更具有针对性，进而大大的提高了无线充电效率，也避免了能源的浪费。此外，该多点无线充电装置拥有储物功能，可应用于商场，车站等公共场所，有利于无线充电技术的普及。

附图说明

图1为一个实施例的整体结构图，其中：1、不透明外壳1；2、主控制电路板3、支付模块；4、手机特征识别模块；5、无线功率发射模块；6、子控制电路板；7、用于构成多点无线充电装置的挡板；8、双色指示灯；9、底座。

图2为图1中手机特征识别模块结构框图。

图3为图1中实施例的主控制电路板组成连接框图。

图4为图1中实施例的子控制电路板组成连接框图。

图5为图1中实施例的总线接口电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置如图1所示，装置包括不透明外壳1，主控制电路板2，手机特征识别模块4，无线功率发射模块5，支付模块3，子控制电路板6，用于构成多点无线充电装置的挡板7，双色指示灯8和底座9。装置包含多个带无线功率发射模块5的独立充电空间，每个独立充电空间的充电状态可根据双色指示灯8判断，蓝色为正常，红色为异常。其中用于构成多点无线充电装置的挡板7足够厚且绝缘，能使无线功率发射模块5嵌于用于构成多点无线充电装置的挡板7中且低于用于构成多点无线充电装置的挡板7，以保证无线充电过程也可以储物。

无线充电装置的手机特征识别模块4如图2所示，包括摄像头、特征提取子模块和分类器。所述摄像头依次通过特征提取子模块和分类器与所述的主控制电路板2的FPGA主控制器连接。所述摄像头拍摄目标可无线充电手机的图像，并将目标手机的图像传送至特征提取子模块中提取图像特征信息，分类器根据提取出来的图像特征信息，识别出该目标手机属于哪一品牌型号，并把该手机的品牌型号信息传送至FPGA主控制器中。FPGA主控制器根据手机型号和预先建立的手机无线充电参数数据库将该手机的无线充电参数信息通过485总线传到手机所在充电区域的子控制电路板中控制发射功率，以控制每一种手机的无线充电功率达到最佳。

其中，事先收集现有的满足Qi标准的手机的图像信息，并提供每一种手机的多个图像样本，用特征提取子模块对每个图像样本进行特征信息提取，特征信息包括手机厂商Logo、手机颜色、大小、前置摄像头位置，听筒所占位置比例、Home键位置等。将同属于每一种手机型号的多个图像样本中提取的图像特征信息分别输入到分类器中进行训练学习，直到将所有已知手机型号的所有图像样本的图像特征信息训练完成得到训练完毕的分类器，把已经手机图像的图像特征分列为若干个系列，比如iPhone8系列、iPhone XS系列、iPhoneX系列，小米MIX2s系列、小米MIX3系列、三星S9系列、三星S8系列，诺基亚Lumia 920系列等，当输入手机图像特征信息后，分类器即可输出目标手机所属的型号系列。

如图3所示，主控制电路板2包含微控制器、电源管理电路、总线接口电路、LCD显示模块电路。微控制器由FPGA主控制器组成，微控制器电路与电源管理电路、总线接口电路相连、LCD显示模块相连、通过特征提取子模块和分类器与摄像头相连。LCD显示模块电路能实时显示无线充电费用，时长，功率等关键参数。主控制电路板2与各个子控制电路板6之间通过RS-485总线连接。

如图4所示，子控制电路板6包含微控制器、总线接口电路。微控制器由FPGA子控制器构成，微控制器与总线接口电路、无线功率发射模块5、支付模块3相连。FPGA子控制器通过RS-485总线将无线充电费用，时长，功率等关键参数传到主控制电路板2保存并实时显示。无线功率发射模块5支持Qi无线充电标准，该无线功率发射模块5包含高频电磁线圈、多通道逆变电路和电能传输控制单元。

总线接口电路如图5所示，RS-485芯片型号为MAX483，AB间的匹配电阻R10为100Ω，一条总线上最多可挂载32个从机，对本系统来说可以方便的实现独立充电空间的扩展，RS-485 串行总线功能主要是将FPGA中的TXD（发送数据的引脚）平衡发送的信号转换成差分信号进行信息交流，并将接收到的差分信号进行转换成FPGA中的RXD（接收数据的引脚）可接收的信号进行接收。

一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：主控制电路板2的FPGA主控制器控制手机特征识别模块4对摄像头区域手机进行探测，如探测到有目标手机进入到拍照区域， 则控制摄像头对该目标手机进行拍照，将该目标手机的图像信息传送至手机特征识别模块4，进入下一步。

步骤二：手机特征提取子模块提取该目标手机图像中的特征信息，分类器接收该特征信息并输出目标手机所属的型号系列到主控制电路板2的FPGA主控制器中，主控制电路板2的FPGA主控制器据所接收到的手机型号和预先建立的手机无线充电参数数据库将该目标手机的无线充电参数信息通过485总线传到子控制电路板6控制发射功率，然后转入下一步。

步骤三：扫码支付充电费用或者刷卡、或投币支付费用后，将手机放入该无线充电装置空闲的某一个无线功率发射模块5之上，主控制电路板2将该手机无线充电参数信息传输到该手机所在的子控制电路板6，子控制电路板6根据此信息调整无线功率发射模块5的发射功率。

步骤四：无线充电过程中若拿走电能接收设备，则在规定时间内暂停充电，并暂停计费，双色指示灯8显示红色，同时无线功率发射模块5在规定时间内检测设备，若在规定时间内检测到接收设备放回，则继续充电，计费继续，双色指示灯8显示蓝色。若在规定时间内检测不到接收设备放回，则结束无线充电。进入下一步。

步骤五：在步骤四中，在没有拿走设备的情况下直到所支付的充电费用耗尽后自动结束无线充电，系统返回步骤一执行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，其特征在于包括不透明外壳（1）和底座（9），主控制电路板（2），手机特征识别模块（4），无线功率发射模块（5），支付模块（3），子控制电路板（6），用于构成多点无线充电装置的挡板（7）和双色指示灯（8），其中用于构成多点无线充电装置的挡板（7）将整个无线充电装置隔成N个区域，每个区域内有一个子控制电路板（6），所述主控制电路板（2）通过RS485总线与N个子控制电路板（6）相连，N为自然数，手机特征识别模块（4）与主控制电路板（2）连接，子控制电路板（6）分别与无线功率发射模块（5）和支付模块（3）连接，双色指示灯（8）与子控制电路板（6）相连。

2.根据权利要求1所述的基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，其特征在于：该装置包含带无线功率发射模块（5）的独立充电空间，每个独立充电空间的充电状态根据双色指示灯（8）判断，蓝色为正常，红色为异常。

3.根据权利要求1所述的基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，其特征在于所述手机特征识别模块（4）包括特征提取子模块、摄像头和分类器，摄像头与通过特征提取子模块和分类器顺序连接。

4.根据权利要求1所述的基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，其特征在于：所述主控制电路板（2）包括微控制器、电源管理电路、总线接口电路、LCD显示模块电路，其中所述微控制器分别与电源管理电路、总线接口电路相连和LCD显示模块电路相连。

5.根据权利要求1所述的基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，其特征在于：所述子控制电路板（6）包括微控制器和总线接口电路，其中微控制器电路分别与总线接口电路、无线功率发射模块（5）和支付模块（3）相连。

6.根据权利要求1所述的基于手机特征识别的智能多点无线充电装置，其特征在于：所述无线功率发射模块（5）包括高频电磁线圈、多通道逆变电路和电能传输控制单元，其中多通道逆变电路通过电能传输控制单元和高频电磁线圈顺序连接。

7.一种基于手机特征识别的智能多点无线充电装置的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：主控制电路板（2）的FPGA主控制器控制手机特征识别模块（4）对摄像头区域手机进行探测，如探测到有目标手机进入到拍照区域， 则控制摄像头对该目标手机进行拍照，将该目标手机的图像信息传送至手机特征识别模块（4）；

步骤二：特征提取子模块提取该目标手机图像中的特征信息，分类器接收该特征信息并输出目标手机所属的型号系列到FPGA主控制器中，FPGA主控制器根据所接收到的手机型号和预先建立的手机无线充电参数数据库将该目标手机的无线充电参数信息通过485总线传到FPGA子控制器中控制发射功率；

步骤三：扫码支付充电费用或者刷卡、或投币支付费用后，将手机放入该无线充电装置空闲的某一个无线功率发射模块（5）之上，FPGA主控制器将该手机无线充电参数信息传输到该手机所在区域的FPGA子控制器，子控制器根据此信息调整无线功率发射模块（5）的发射功率；

步骤四：无线充电过程中若拿走电能接收设备，则在规定时间内暂停充电，并暂停计费，双色指示灯（8）显示红色，同时无线功率发射模块（5）在规定时间内检测设备，若在规定时间内检测到接收设备放回，则继续充电，计费继续，双色指示灯（8）显示蓝色；若在规定时间内检测不到接收设备放回，则结束充电进入下一步；

步骤五：在步骤四中，在没有拿走设备的情况下直到所支付的充电费用耗尽后自动结束无线充电，系统返回步骤一执行。