CN110329101A - 一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，由上位机、双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器四大单元组成；上位机与用户实现人机交互，并控制双向无线电能传输无人机、无人机平台和无线传感器工作；双向无线电能传输无人机执行上位机为其制定的工作任务；无人机平台为双向无线电能传输无人机无线提供电能，并为双向无线电能传输无人机提供可靠的起降平台；无线传感器从双向无线电能传输无人机无线获取电能，将传感器数据无线发送至双向无线电能传输无人机，并通过双向无线电能传输无人机存储与转发，最终传输至上位机。本发明为一种终身免维护、安全性高、鲁棒性强的基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统。

Description

一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统

技术领域

本发明属于无线传感系统技术领域，具体地，涉及一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统。

背景技术

现有技术下，无线传感器网络由协调器、路由器和终端节点三部分构成，含数个乃至数万个无线传感器。相比于有线传感器网络，无线传感器网络具有建设成本低、组网便捷等优点，但仍存在一些不足。

(1)、维护成本高。终端节点依靠电池工作，需每隔一段时间为终端节点更换电池，对于终端节点数量众多的大型无线传感器网络和安装位置不便于更换电池的无线传感器网络，维护成本巨大。

(2)、安全性低。无线传感器网络采用无线电信号通道连接成网络，因电池供电，出于节能目的，传输数据加密手段有限，传输数据易被监听、窃取、篡改，甚至被主动入侵，造成网络无法工作。

(3)、系统鲁棒性和抗攻击性差。协调器是整个无线传感器网络中枢，当协调器停止工作时整个网络将无法工作。

发明内容

本发明就上述问题，提供一种终身免维护、安全性高、鲁棒性强的基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，由上位机、双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器四大类功能单元组成；

所述上位机与用户实现人机交互，并控制双向无线电能传输无人机、无人机平台和无线传感器工作，并记录并存储无线传感系统产生的事件与数据，是所述无线传感系统的核心；

所述双向无线电能传输无人机在上位机的控制下，执行上位机为其制定的工作任务，从无人机平台无线获取电能，储存于其电池；充足任务所需电量后，飞向工作任务指定的无线传感器，并为无线传感器无线供电；同时无线读取无线传感器传感数据，存储与转发传感数据至上位机；

所述无人机平台为双向无线电能传输无人机无线提供电能，并为双向无线电能传输无人机提供可靠的起降平台；

所述无线传感器从双向无线电能传输无人机无线获取电能，并在上位机的控制下，将传感器数据无线发送至双向无线电能传输无人机，并通过双向无线电能传输无人机存储与转发，最终传输至上位机。

进一步地，所述上位机由计算机系统、通信装置A、电源A组成；

所述计算机系统控制通信装置A、电源A工作；

所述计算机系统用于为用户提供人机交互界面，管理无线传感系统内的设备、数据与事件，制定无人机工作任务，并汇总处理无线系统所采集数据，形成报表等记录文档；

所述通信装置A为计算机系统与双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器通信提供支持；

所述电源A为计算机系统、通信装置A提供电能。

进一步地，所述双向无线电能传输无人机由微型计算机系统、无人机、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构组成；

所述微型计算机系统控制无人机、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构工作；所述微型计算机系统用于根据上位机为双向无线电能传输无人机下达的工作任务，制定详细工作计划，包括制定飞行路径方案、数据采集方案、充电方案；所述微型计算机系统通过摄像机、GPS定位模块A、超声波模块获取双向无线电能传输无人机位环境图像信息、GPS位置信息、环境空间信息，并据此控制双向无线电能传输无人机实现自动导航、避障、精确定位动作；

所述无人机为微型计算机系统、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构提供机械承载和运动支持，是所述无线传感系统的工作任务主要执行机构；

所述双向无线电能传输装置是可将电能转换成电磁场能或将电磁场能转换成电能的电力电子装置；所述双向无线电能传输装置工作在无线电能接收模式或无线电能发射模式，工作在无线电能接收模式时，双向无线电能传输装置从无人机平台获取电磁场能，并将电磁场能转换为电能为电池电源A充电；工作在无线电能发射模式时，双向无线电能传输装置从电池电源A获取电能，并将电能转换为电磁场能，对无传感器供能；

所述通信装置B为双向无线电能传输无人机与上位机、无人机平台、无线传感器通信提供支持；

所述摄像机为双向无线电能传输无人机提供视频信号，并经微型计算机系统视频图像处理后，成为双向无线电能传输无人机环境图像信息、环境空间信息；所述摄像机安装于旋转机构；

所述GPS定位模块A为双向无线电能传输无人机提供GPS信息；

所述超声波模块为双向无线电能传输无人机提供环境空间信息，弥补摄像机拍摄不到区域环境空间信息；

所述旋转机构由电动机和旋转架组成；所述旋转机构安装于双线无线电能传输无人机并可在微型计算机系统的控制下沿双向无线电能传输无人机水平轴线360俯仰旋转。

进一步地，所述无人机平台由微控制器A、无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B、电源B、光学定位标识A组成；

所述微控制器A控制无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B、电源B工作；

所述无线电能发射装置是可将电能转换成电磁场能的电力电子装置，其将电能转换为电磁场能，为工作在无线电能接收模式的双向无线电能传输装置提供电磁场能；

所述通信装置C是采用无线通信技术的通信装置；所述通信装置C为无人机平台与上位机、双向无线电能传输无人机通信提供支持。

所述GPS定位模块B为无人机平台提供GPS位置信息；

所述电源B为无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B提供电能；

所述光学定位标识A由二维图案A和二维码A组成；

所述光学定位标识A通过双向无线电能传输无人机摄像机采集其图像信息，经双向无线电能传输无人机微型计算机系统处理，提供双向无线电能传输无人机线圈A与无人机平台线圈C的精确相对位姿信息。

进一步地，所述无线传感器主要由微控制器B、传感器、通信装置D、无线电能接收装置、电池电源B、光学定位标识B组成；

所述微控制器B控制传感器、通信装置D、无线电能接收装置、电池电源B工作；

所述传感器将物理量转换成为微控制可处理的电气量；

所述通信装置D为无线传感器与上位机、双向无线电能传输无人机通信提供支持；

所述无线电能接收装置将电磁场能转换为电能，为电池电源B充电；

所述电池电源B为微控制器、传感器、通信装置D供电；

所述光学定位标识B通过双向无线电能传输无人机摄像机采集其图像信息，经双向无线电能传输无人机微型计算机系统处理，提供双向无线电能传输无人机线圈A与无线传感器线圈C的精确相对位姿信息。

本发明的有益效果：

本发明的双向无线电能传输系统采用视觉定位方法实现精确调整无线电能收发线圈相对位姿关系，能够满足精度要求；

本发明的无人机可工作在遥控模式和自动模式；工作在遥控模式时，用户可通过上位机的人机交互界面控制无人机动作；工作在自动模式时，无人机受上位机任务调度和微型计算机系统控制；

本发明的所述双向无线电能传输无人机可工作于人工控制模式，即人工控制双向无线电能传输无人机以正确的飞行位姿完成任务；

本发明的无线传感系统终身免维护、易于维护并且安全性高、鲁棒性强，具有极强的适用性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明光学定位标识A(B)与线圈B(C)的俯视图。

图2为本发明双向无线电能传输无人机主视图。

图3为本发明双向无线电能传输无人机俯视图。

图4为本发明双向无线电能传输无人机左视图。

图中标号：1线圈B(C)；2二维码A(B)；3二维图案A(B)；4旋转架；5摄像机；6无人机；7线圈A；8电动机；9传动机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，由上位机、双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器四大类功能单元组成；

所述上位机可与用户实现人机交互，并控制双向无线电能传输无人机、无人机平台和无线传感器工作，并记录并存储无线传感系统产生的事件与数据，是所述无线传感系统的核心；

所述双向无线电能传输无人机在上位机的控制下，执行上位机为其制定的工作任务，从无人机平台无线获取电能，储存于其电池；充足任务所需电量后，飞向工作任务指定的无线传感器，并为无线传感器无线供电；同时无线读取无线传感器传感数据，存储与转发传感数据至上位机；

所述无人机平台为双向无线电能传输无人机无线提供电能，并为双向无线电能传输无人机提供可靠的起降平台；

所述无线传感器从双向无线电能传输无人机无线获取电能，并在上位机的控制下，将传感器数据无线发送至双向无线电能传输无人机，并通过双向无线电能传输无人机存储与转发，最终传输至上位机。

作为一种优选方案，所述上位机由计算机系统、通信装置A、电源A组成。

所述计算机系统可是安装有对应上位机软件的PC机、服务器、平板电脑等满足系统所需计算开销、输入输出需求的计算机系统。

所述计算机系统控制通信装置A、电源A工作。

所述计算机系统用于为用户提供人机交互界面，管理无线传感系统内的设备、数据与事件，制定无人机工作任务，并汇总处理无线系统所采集数据，形成报表等记录文档。

所述通信装置A是采用无线通信技术的通信装置。

所述通信装置A为计算机系统与双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器通信提供支持。

所述电源A是市电、发电机、电池等可提供满足上位机电源需求的电源。

所述电源A为计算机系统、通信装置A提供电能。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机由微型计算机系统、无人机、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构组成。

所述微型计算机系统是安装有对应软件的满足系统所需计算开销、输入输出需求的小体积、轻重量的微型计算机系统。

所述微型计算机系统控制无人机、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构工作。

所述微型计算机系统用于根据上位机为双向无线电能传输无人机下达的工作任务，制定详细工作计划，包括制定飞行路径方案、数据采集方案、充电方案。

所述微型计算机系统通过摄像机、GPS定位模块A、超声波模块获取双向无线电能传输无人机位环境图像信息、GPS位置信息、环境空间信息，并据此控制双向无线电能传输无人机实现自动导航、避障、精确定位等动作。

所述无人机是可实现垂直、前后、侧向、旋转、悬停飞行运动的无人飞行器。

所述无人机为微型计算机系统、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构提供机械承载和运动支持，是所述无线传感系统的工作任务主要执行机构。

所述无人机可工作在遥控模式和自动模式。工作在遥控模式时，用户可通过上位机的人机交互界面控制无人机动作；工作在自动模式时，无人机受上位机任务调度和微型计算机系统控制。

所述双向无线电能传输装置是可将电能转换成电磁场能或将电磁场能转换成电能的电力电子装置。

所述双向无线电能传输装置由变换器A、磁耦合机构A组成。

所述双向无线电能传输装置可工作在无线电能接收模式和无线电能发射模式。工作在无线电能接收模式时，双向无线电能传输装置从无人机平台获取电磁场能，并将电磁场能转换为电能为电池电源A充电；工作在无线电能发射模式时，双向无线电能传输装置从电池电源A获取电能，并将电能转换为电磁场能，对无传感器供能。

所说变换器A是可将直流电逆变为交流电或将交流电整流为直流的电力电子装置。

所述变换器A可工作逆变模式和整流模式。工作在逆变模式时，变换器A将直流电变换为高频交流电；工作在整流模式时，变换器A将高频交流电变换为直流电。

所述磁耦合机构A由线圈A和调谐电路A组成。

所述磁耦合机构A在变换器A的作用下可将电磁场能与电能相互转换。

所述线圈A是由导线绕制而成的空心线圈。

所述线圈A安装于旋转机构，通过双向无线电能传输无人机平移、旋转和旋转机构旋转，线圈A所在平面可与三围空间中任意平面平行。

所述调谐电路A是RLC谐振补偿电路，用于实现无线电能大功率、高效传输。

所述通信装置B是采用无线通信技术的通信装置。

所述通信装置B为双向无线电能传输无人机与上位机、无人机平台、无线传感器通信提供支持。

所述摄像机为双向无线电能传输无人机提供视频信号，并经微型计算机系统视频图像处理后，成为双向无线电能传输无人机环境图像信息、环境空间信息。

所述摄像机安装于旋转机构，摄像机图像平面与线圈A所在平面平行，且相对位姿关系确定，即其间轴向偏移、径向偏移确定，通过双向无线电能传输无人机平移、旋转和旋转机构旋转，摄像机图像平面可与三围空间中任意平面平行。

所述GPS定位模块A为双向无线电能传输无人机提供GPS信息。

所述超声波模块为双向无线电能传输无人机提供环境空间信息，弥补摄像机拍摄不到区域环境空间信息。

所述电池电源A可工作在充电模式和放电模式。工作在充电模式时，电池电源A通过工作在无线电能接收模式的双向无线电能传输装置获取并储存电能；工作在放电模式时，电池电源A为工作在无线电能发射模式的双向无线电能传输装置和无人机、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、旋转机构供电。

所述旋转机构由电动机和旋转架组成。

所述旋转机构安装于双线无线电能传输无人机并可在微型计算机系统的控制下沿双向无线电能传输无人机水平轴线360俯仰旋转。

所述电动机为旋转机构提供旋转动力，并受微型计算机控制。

所述旋转架用于固定线圈A和摄像机，通过自身旋转带动线圈A和摄像机旋转，改变线圈A所在平面和摄像机图像平面角度位姿。

作为一种优选方案，所述无人机平台由微控制器A、无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B、电源B、光学定位标识A组成。

所述微控制器A控制无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B、电源B工作。

所述无线电能发射装置是可将电能转换成电磁场能的电力电子装置，其将电能转换为电磁场能，为工作在无线电能接收模式的双向无线电能传输装置提供电磁场能。

所述无线电能发射装置由变换器B、磁耦合机构B组成。

所述变换器B是可将直流电逆变为交流电的电力电子装置。

所述磁耦合机构B由线圈B和调谐电路B组成。

所述磁耦合机构B在变换器B的作用下可将电能转换为电磁场能。

所述线圈B是由导线绕制而成的空心线圈。

所述线圈B安装于无人机平台供双向无线电能传输无人机起降的平面。

所述调谐电路B是RLC谐振补偿电路，用于实现无线电能大功率、高效传输。

所述通信装置C是采用无线通信技术的通信装置。

所述通信装置C为无人机平台与上位机、双向无线电能传输无人机通信提供支持。

所述GPS定位模块B为无人机平台提供GPS位置信息。

所述电源B可是市电、发电机、电池等可提供满足无人机平台电源需求的电源。

所述电源B为无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B提供电能。

所述光学定位标识A由二维图案A和二维码A组成。

所述光学定位标识A通过双向无线电能传输无人机摄像机采集其图像信息，经双向无线电能传输无人机微型计算机系统处理，提供双向无线电能传输无人机线圈A与无人机平台线圈C的精确相对位姿信息。

所述光学定位标识A安装于线圈B表面，且其所在平面与线圈B所在平面相对位姿关系确定，即其间轴向偏移、径向偏移和角度偏移确定，且在安装时尽可能使轴向偏移、径向偏移和角度偏移取最小值。

所述二维图案A是一个包括至少3个相对位置关系已知且不共线的特征点的二维图案。

所述二维码A用于标识光学定位标识A身份，等价标识无人机平台身份。

作为一种优选方案，所述无线传感器主要由微控制器B、传感器、通信装置D、无线电能接收装置、电池电源B、光学定位标识B组成。

所述微控制器B控制传感器、通信装置D、无线电能接收装置、电池电源B工作。

所述传感器将物理量转换成为微控制可处理的电气量。

所述通信装置D是采用无线通信技术的通信装置。

所述通信装置D为无线传感器与上位机、双向无线电能传输无人机通信提供支持。

所述无线电能接收装置是可将电磁场能转换成电能的电力电子装置，其将电磁场能转换为电能，为电池电源B充电。

所述无线电能接收装置由变换器C、磁耦合机构C组成。

所说变换器C是可将交流电整流为直流电的电力电子装置。

所述磁耦合机构C由线圈C和调谐电路C组成。

所述磁耦合机构C在变换器C的作用下可将电磁场能转换为电能。

所述线圈C是由导线绕制而成的空心线圈。

所述调谐电路C是RLC谐振补偿电路，用于实现无线电能大功率、高效传输。

所述电池电源B可工作在充电模式和放电模式。工作在充电模式时，电池电源B通过无线电能接收装置获取并储存电能；工作在放电模式时，电池电源B为微控制器、传感器、通信装置D供电。

所述光学定位标识B由二维图案B和二维码B组成。

所述光学定位标识B通过双向无线电能传输无人机摄像机采集其图像信息，经双向无线电能传输无人机微型计算机系统处理，提供双向无线电能传输无人机线圈A与无线传感器线圈C的精确相对位姿信息。

所述光学定位标识B安装于线圈C表面，且其所在平面与线圈C所在平面相对位姿关系确定，即其间轴向偏移、径向偏移和角度偏移确定，且在安装时尽可能使轴向偏移、径向偏移和角度偏移取最小值。

所述二维图案B是一个包括至少3个相对位置关系已知且不共线的特征点的二维图案。

所述二维码B用于标识光学定位标识B的身份，等价标识无线传感器身份。

无线电能高效传输要求无线电能收发线圈相对位姿关系处在设计范围内，GPS定位模块米级的定位误差不满足此定位精度需求。作为一种优选方案，所述双向无线电能传输系统采用视觉定位方法实现精确调整无线电能收发线圈相对位姿关系，即线圈A与线圈B(C)的相对位姿关系，具体步骤是：

1)、双向无线电能传输无人机通过其GPS定位模块提供的大致位置信息，飞抵无人机平台(无线传感器)附近；

2)、摄像机通过双向无线电能传输无人机平移、旋转和旋转机构旋转，拍摄到光学定位标识A(B)上的二维图案A(B)；

3)、微型计算机系统从摄像机获取二维图案A(B)图像信息，并计算出二维图案A(B)所在平面与摄像机图像平面的相对位姿信息，包括轴向偏移、径向偏移和角度偏移；

4)、双向无线电能传输无人机根据步骤3)所得二维图案A(B)所在平面与摄像机图像平面的相对位姿信息，通过自身平移、旋转和旋转机构旋转，调整摄像机与光学定位标识A(B)的距离，使摄像机能清晰拍摄到光学定位标识A(B)上的二维码A(B)；

5)、微型计算机系统从摄像机获取二维码A(B)图像信息，解析二维码A(B)内容，确定光学定位标识A(B)身份，即无人机平台(无线传感器)身份；

6)、微型计算机系统综合已存储摄像机图像平面与线圈A的相对位姿信息，被识别光学定位标识A(B)与线圈B(C)的位姿信息，和步骤3)所得二维图案A(B)所在平面与摄像机图像平面的相对位姿信息，解析出线圈A与线圈B(C)的相对位姿信息；

7)、微型计算机系统根据步骤6)所得线圈A与线圈B(C)的相对位姿信息，控制双线无线电能传输无人机平移、旋转和旋转机构旋转，调整线圈A位姿，直至线圈A与线圈B(C)的相对位姿关系满足无线电能传输需求。

作为一种优选方案，上述7个步骤既有先后顺序，又可同步执行。

为省电并降低成本，无线传感器并未配置GPS模块，所以在所述无线传感系统刚建设完成时，双向无线电能传输无人机无法自动找到无线传感器。作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机可工作于人工控制模式，即人工控制双向无线电能传输无人机以正确的飞行位姿完成任务。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机在人工控制过程中将人工控制过程记录，用于之后飞行经验数据。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机在人工控制至其正确识别光学定位标识A(B)二维码A(B)后，将当前的GPS信息标签同所识别光学定位标识A(B)关联并记录。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机在遇到突发情况，如遇障碍无法实现自动飞行，可工作于人工控制模式。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机工作于人工控制模式的具体步骤是：

1)、双向无线电能传输无人机与上位机建立并保持无线通信连接；

2)、双向无线电能传输无人机在缺乏任务相关经验飞行数据或遇到飞行障碍时，向上位机发出人工控制申请；

3)、若操作员同意双向无线电能传输无人机所发出申请，则进行下一步操作；若操作员不同意或无响应，则双向无线电能传输无人机跳过该项任务；

4)、操作员人工控制双向无线电能传输无人机飞行和旋转机构旋转，调整摄像机位姿，直至摄像机正确捕捉到光学定位标识A(B)，完成线圈A与线圈B(C)的相对位姿调整，进而完成后续任务；

5)、在操作员人工控制过程中，双线无线电能传输无人机会记录下人工控制操作过程，作为往后自动飞行动作经验数据，并在正确识别光学定位标识A(B)二维码A(B)后，将当前的GPS信息标签同所识别光学定位标识A(B)关联并记录。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机执行数据采集任务的调度方法是：

1)、双向无线电能传输无人机与上位机、无人机平台建立无线通信连接，并维持连接不中断，并实时向上位机反馈其当前工作状态；

2)、上位机根据需被采集数据的无线传感器数量及分布情况，按照剩余电量由多到少排序，将数据采集任务下发至空闲状态的双线无线电能传输无人机，若无线传感系统内此时无空闲状态的无人机，则上位机将此次数据采集任务设置为等待状态；

3)、空闲状态的双向无线电能传输无人机接收到任务后，将其工作状态设置为忙碌状态，并根据经验飞行数据，飞行并执行后续任务；

4)、忙碌状态的双向无线电能传输无人机执行完任务后，将其工作状态设置为空闲状态，等待下一个任务。

作为一种优选方案，所述双向无线电能传输无人机执行充电任务的调度方法是：

1)、双向无线电能传输无人机与上位机建立无线通信连接，并维持连接不中断；

2)、双向无线电能传输无人机判断出电池电源A剩余电量不足以维持其完成后续工作任务，向上位机发出充电请求；

3)、上位机根据无线传感系统内所有双向无线电能传输无人机和无人机平台的工作状态，回应双向无线电能传输无人机充电请求，具体是：(1)若无线传感系统内存在可供发出充电请求的双向无线电能传输无人机充电的空闲无人机平台，则上位机应答该无人机返航并降落在任意空闲无人机平台充电；(2)、若无线传感系统内不存在可供发出充电请求的双向无线电能传输无人机充电的无人机平台，则上位机命应答出该请求无人机返航落地，排队等待充电。

作为一种优选方案，所述双线无线电能传输无人机充电过程具体是：

1)、双向无线电能传输无人机与上位机、无人机平台建立并维持无线通信连接；

2)、双向无线电能传输无人机根据无人机平台所发出GPS信息飞向无人机平台；

3)、双向无线电能传输无人机飞至无人机平台附近后，通过摄像机捕捉光学定位标识A，进而完成调整线圈A与线圈B的相对位姿，以满足高效无线电能传输要求；

4)、双向无线电能传输无人机微型计算机系统控制双向无线电能传输装置工作于无线电能接收模式；

5)、无人机平台无线电能发射装置将电源A所提供的电能转换为电磁场能，工作于无线电能接收模式的双向无线电能传输装置将此电磁场能转换为电能，并完成为电池电源A充电。

作为一种优选方案，所述无线传感器充电过程具体是：

1)、双向无线电能传输无人机按照经验飞行数据飞行至无线传感器附近；

2)、双向无线电能传输无人机通过摄像机捕捉光学定位标识B，进而完成调整线圈A与线圈C的相对位姿，以满足高效无线电能传输要求；

4)、双向无线电能传输无人机微型计算机系统控制双向无线电能传输装置工作于无线电能发射模式；

5)、双向无线电能传输无人机工作于无线电能发射模式的双向无线电能传输装置将电池电源A所提供的电能转换为电磁场能，无线传感器无线电能接收装置将此电磁场能转换为电能，并完成为电池电源B充电。

作为一种优选方案，所述无线传感器可工作在独立模式和组网模式。

作为一种优选方案，所述无线传感器工作在独立模式的工作方法是双向无线电能传输无人机为单一的无线传感器充电后，无线传感器立即将所采集数据无线发送至双向无线电能传输无人机，并有双向无线电能传输无人机加密转发至上位机。

作为一种优选方案，所述无线传感器工作在组网模式的工作方法是双向无线电能传输无人机为无线传感系统内所有无线传感器充电并正常工作后，并作为终端设备或路由器，双向无线电能传输无人机作为数据路由器，上位机作为协调器，无线传感器所传感数据和上位机控制指令数据可在网络中互联流通。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，其特征在于，由上位机、双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器四大单元组成；

所述上位机与用户实现人机交互，并控制双向无线电能传输无人机、无人机平台和无线传感器工作，并记录并存储无线传感系统产生的事件与数据，是所述无线传感系统的核心；

所述双向无线电能传输无人机在上位机的控制下，执行上位机为其制定的工作任务，从无人机平台无线获取电能，储存于其电池；充足任务所需电量后，飞向工作任务指定的无线传感器，并为无线传感器无线供电；同时无线读取无线传感器传感数据，存储与转发传感数据至上位机；

所述无人机平台为双向无线电能传输无人机无线提供电能，并为双向无线电能传输无人机提供可靠的起降平台；

所述无线传感器从双向无线电能传输无人机无线获取电能，并在上位机的控制下，将传感器数据无线发送至双向无线电能传输无人机，并通过双向无线电能传输无人机存储与转发，最终传输至上位机。

2.根据权利要求1所述的一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，其特征在于，所述上位机由计算机系统、通信装置A、电源A组成；

所述计算机系统控制通信装置A、电源A工作；

所述计算机系统用于为用户提供人机交互界面，管理无线传感系统内的设备、数据与事件，制定无人机工作任务，并汇总处理无线系统所采集数据，形成报表等记录文档；

所述通信装置A为计算机系统与双向无线电能传输无人机、无人机平台、无线传感器通信提供支持；

所述电源A为计算机系统、通信装置A提供电能。

3.根据权利要求1所述的一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，其特征在于，所述双向无线电能传输无人机由微型计算机系统、无人机、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构组成；

所述微型计算机系统控制无人机、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构工作；所述微型计算机系统用于根据上位机为双向无线电能传输无人机下达的工作任务，制定详细工作计划，包括制定飞行路径方案、数据采集方案、充电方案；所述微型计算机系统通过摄像机、GPS定位模块A、超声波模块获取双向无线电能传输无人机位环境图像信息、GPS位置信息、环境空间信息，并据此控制双向无线电能传输无人机实现自动导航、避障、精确定位动作；

所述无人机为微型计算机系统、双向无线电能传输装置、通信装置B、摄像机、GPS定位模块A、超声波模块、电池电源A、旋转机构提供机械承载和运动支持，是所述无线传感系统的工作任务主要执行机构；

所述双向无线电能传输装置是可将电能转换成电磁场能或将电磁场能转换成电能的电力电子装置；所述双向无线电能传输装置工作在无线电能接收模式或无线电能发射模式，工作在无线电能接收模式时，双向无线电能传输装置从无人机平台获取电磁场能，并将电磁场能转换为电能为电池电源A充电；工作在无线电能发射模式时，双向无线电能传输装置从电池电源A获取电能，并将电能转换为电磁场能，对无传感器供能；

所述通信装置B为双向无线电能传输无人机与上位机、无人机平台、无线传感器通信提供支持；

所述摄像机为双向无线电能传输无人机提供视频信号，并经微型计算机系统视频图像处理后，成为双向无线电能传输无人机环境图像信息、环境空间信息；所述摄像机安装于旋转机构；

所述GPS定位模块A为双向无线电能传输无人机提供GPS信息；

所述超声波模块为双向无线电能传输无人机提供环境空间信息，弥补摄像机拍摄不到区域环境空间信息；

所述旋转机构由电动机和旋转架组成；所述旋转机构安装于双线无线电能传输无人机并可在微型计算机系统的控制下沿双向无线电能传输无人机水平轴线360俯仰旋转。

4.根据权利要求1所述的一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，其特征在于，所述无人机平台由微控制器A、无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B、电源B、光学定位标识A组成；

所述微控制器A控制无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B、电源B工作；

所述无线电能发射装置是可将电能转换成电磁场能的电力电子装置，其将电能转换为电磁场能，为工作在无线电能接收模式的双向无线电能传输装置提供电磁场能；

所述通信装置C是采用无线通信技术的通信装置；所述通信装置C为无人机平台与上位机、双向无线电能传输无人机通信提供支持；

所述GPS定位模块B为无人机平台提供GPS位置信息；

所述电源B为无线电能发射装置、通信装置C、GPS定位模块B提供电能；

所述光学定位标识A由二维图案A和二维码A组成；

所述光学定位标识A通过双向无线电能传输无人机摄像机采集其图像信息，经双向无线电能传输无人机微型计算机系统处理，提供双向无线电能传输无人机线圈A与无人机平台线圈C的精确相对位姿信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于集成无线电传输和无人机的无线传感系统，其特征在于，所述无线传感器主要由微控制器B、传感器、通信装置D、无线电能接收装置、电池电源B、光学定位标识B组成；

所述微控制器B控制传感器、通信装置D、无线电能接收装置、电池电源B工作；

所述传感器将物理量转换成为微控制可处理的电气量；

所述通信装置D为无线传感器与上位机、双向无线电能传输无人机通信提供支持；

所述无线电能接收装置将电磁场能转换为电能，为电池电源B充电；

所述电池电源B为微控制器、传感器、通信装置D供电；

所述光学定位标识B通过双向无线电能传输无人机摄像机采集其图像信息，经双向无线电能传输无人机微型计算机系统处理，提供双向无线电能传输无人机线圈A与无线传感器线圈C的精确相对位姿信息。