CN112987641A - 一种无线充电监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线充电监控系统，包括用电系统检测模块、ZigBee无线通信模块、供电系统模块、充电参数获取模块、红外热像传感器模块、PLC模块、继电器模块、第一人机交互模块、第一报警模块、数据交互模块和远程终端，本发明采用用电系统检测模块、供电系统模块、充电参数获取模块和红外热像传感器模块获取供用端和用电端在充电过程中的状态参数信息，并采用第一报警模块和第二报警模块对异常情况进行报警，此外，采用远程终端进行输入远程操作命令和对系统进行远程监控，从而使得充电过程中设备和人员的安全也得到足够的保证，并可通过数据获取充电效率以做出相应的调整方案。

Description

一种无线充电监控系统
技术领域
本发明涉及无线充电领域，尤其涉及一种无线充电监控系统。
背景技术
现如今，由于无线充电技术的发展还处于工程验证阶段，因此无线供电的监控系统也需要随之不断完善。目前，国内的研究目前比较关注静态无线充电控制单元的控制与数据的监测，国外已经开始研究动态无线供电系统在车辆行进过程中自动充电、自动计费等功能。但是，对数据监控的研究目前局限在现场的充电端和监控中心，没有远程监控系统的支持，数据容量较小，监控系统的扩展性较差。
因此，提供一种新的技术方案改善上述问题，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无线充电监控系统，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无线充电监控系统，包括用电系统检测模块、ZigBee无线通信模块、供电系统模块、充电参数获取模块、红外热像传感器模块、PLC模块、继电器模块、第一人机交互模块、第一报警模块、数据交互模块和远程终端。
在上述的方案中，所述用电系统检测模块用于对用电系统相关参数的监测。
在上述的方案中，所述供电系统模块通过所述ZigBee无线通信模块与所述用电系统检测模块实现信息的交互，所述供电系统模块用于获取供电端的相关参数信息。
在上述的方案中，所述充电参数获取模块用于获取充电过程中的相关参数信息。
在上述的方案中，所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间是否有异物。
在上述的方案中，所述PLC模块用于获取所述用电系统检测模块、所述供电系统模块、所述充电参数获取模块和所述红外热像传感器模块发送的数据信息，并进行处理后发送控制信号至相关模块。
在上述的方案中，所述继电器模块用于获取所述PLC模块发送的导通与断开信号，以实现继电器的导通与关断。
在上述的方案中，所述第一人机交互模块用于实时显示用电设备与充电设备的状态信息和运行数据，并实现对所述PLC模块发出充电请求命令。
在上述的方案中，所述第一报警模块用于在用电系统异常、供电系统异常或者充电过程中出现异常情况时进行报警。
在上述的方案中，所述用电系统检测模块、所述ZigBee无线通信模块、所述供电系统模块、所述充电参数获取模块、所述红外热像传感器模块、所述继电器模块、所述第一人机交互模块和所述第一报警模块均与所述PLC模块相连接。
在上述的方案中，所述远程终端通过所述数据交互模块与所述PLC模块相互通信，所述远程终端用于远程监控系统的工作状态。
在上述的方案中，所述用电系统检测模块包括磁场检测单元、绝缘检测单元、温度检测单元和雷达发射单元，所述磁场检测单元用于检测用电接收端周围的磁感应强度，所述绝缘检测单元用于对用电设备无线充电线圈周围的相关硬件进行绝缘检测，所述温度检测单元用于对用电接收端的谐振电容进行的温度检测，所述雷达发射单元用于用电设备发射射频信号。
在上述的方案中，所述磁场检测单元包括谐振模块、选频放大模块、带通滤波模块、相敏检波模块、差分滤波模块、积分模块和ADC模块，所述谐振模块在电磁感应线圈之后并联电容来实现RLC谐振以滤除一部分噪声，所述选频放大模块与所述谐振模块相连接，所述选频放大模块用以对经过所述谐振模块初步滤波后的信号进行放大和低通滤波处理，所述带通滤波模块与所述选频放大模块相连接，所述带通滤波模块用于对经过带通滤波模块的信号噪声进行过滤之后得到二次谐波信号，所述相敏检波模块与所述带通滤波模块相连接，所述相敏检波模块用于通过对所述二次谐波信号进行全波整流，并滤除奇数谐波的噪声，所述差分滤波模块与所述相敏检波模块相连接，所述差分滤波模块用于对经过所述相敏检波模块的信号进行再次滤波，所述积分模块与所述差分滤波模块相连接，所述积分模块用于对经过所述差分滤波模块的信号进行积分处理后得到电动势，所述ADC模块与所述积分模块相连接，所述ADC模块用于将积分得到的电动势转换为数字信号通过串口传输给所述PLC模块。
在上述的方案中，所述供电系统模块包括发射端温度检测单元、雷达信号接收单元、高频电能提供单元和GPS单元，所述发射端温度检测单元用于对供电发射端的电容和线圈进行多点温度检测，所述雷达信号接收单元用于接收所述用电系统检测模块中雷达发射单元发出的信号，并监测用电设备的所在位置，所述高频电能提供单元用于为供电发射端导轨提供高频电能，所述GPS单元用于获取供电发射端的位置信息。
在上述的方案中，所述PLC模块包括存储单元、比较单元和计算单元，所述存储单元用于对相关参数预设值、充电信息、供电端故障紧急联系人信息和用电端故障紧急联系人信息进行存储，所述比较单元与所述存储单元相连接，所述比较单元用于对获取的相关参数与相关参数预设值进行比较，所述计算单元与所述存储单元相连接，所述计算单元用于计算无线充电的充电效率。
在上述的方案中，所述计算单元根据以下充电效率公式：
Figure BDA0002957254830000031
得到无线充电的充电效率，其中，η为充电效率，Pr为接收端的功率数据，Pe为发射端的功率数据。
在上述的方案中，所述接收端的功率数据和所述发射端的功率数据通过所述充电参数获取模块包括的无线充电器单元获取。
在上述的方案中，所述第一人机交互模块包括显示单元和输入单元，所述显示单元用于显示所述用电系统检测模块检测的数据、所述供电系统模块发送的相关参数信息、所述充电参数获取模块发送的数据信息、所述红外热像传感器模块发送的数据信息、所述PLC模块计算得到的无线充电的充电效率数据、所述无线充电的充电效率变化曲线和所述PLC模块发送的异常信息提醒；所述输入单元包括触摸屏模块，用户通过所述触摸屏模块实现无线充电历史信息的查询、请求充电命令的发送和停止充电命令的发送。
在上述的方案中，所述第一报警模块包括声光报警模块和GSM报警模块，所述声光报警模块用于在所述用电系统检测模块检测到的相关参数超过相关参数预设值、所述供电系统模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的相关参数超过相关参数预设值或者所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物时进行声光报警，所述GSM报警模块用于在所述供电系统模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的关于供电端的相关参数超过相关参数预设值或者所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物时发送报警短信至供电端故障紧急联系人手机端，在所述用电系统检测模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的关于用电端的相关参数超过相关参数预设值时发送报警短信至用电端故障紧急联系人手机端。
在上述的方案中，所述远程终端包括数据库模块、第二人机交互模块和第二报警模块，所述数据库模块用于存储充电设备数据、充电数据记录信息和充电设备故障记录信息进行存储，所述第二人机交互模块用于用户查询实时上报的数据与统计的历史数据，并进行远程操作命令的输入，所述第二报警模块用于对报警信息进行弹窗提醒和声音提醒。
综上所述，本发明的有益效果是：采用用电系统检测模块、供电系统模块、充电参数获取模块和红外热像传感器模块获取供用端和用电端在充电过程中的状态参数信息，并采用第一报警模块和第二报警模块对异常情况进行报警，此外，采用远程终端进行输入远程操作命令和对系统进行远程监控，从而使得充电过程中设备和人员的安全也得到足够的保证，并可通过数据获取充电效率以做出相应的调整方案。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明无线充电监控系统的组成示意图。
图2为用电系统检测模块的组成示意图。
图3为磁场检测单元的组成示意图。
图4为供电系统模块的组成示意图。
图5为PLC模块模块的组成示意图。
图6为远程终端的组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的一种无线充电监控系统，包括用电系统检测模块、ZigBee无线通信模块、供电系统模块、充电参数获取模块、红外热像传感器模块、PLC模块、继电器模块、第一人机交互模块、第一报警模块、数据交互模块和远程终端。
下面结合附图对本发明上述各模块间的连接关系做进一步详细说明。
在本发明上述的方案中，所述用电系统检测模块用于获取用电系统的相关参数。
在本发明上述的方案中，所述供电系统模块通过所述ZigBee无线通信模块与所述用电系统检测模块实现信息的交互，所述供电系统模块用于获取供电端的相关参数信息。
在本发明上述的方案中，所述充电参数获取模块用于获取充电过程中的相关参数信息，所述充电过程中的相关参数信息包括用电端电池电量、用电端电池电压、充电电流、接收端的功率数据和发射端的功率数据。
在本发明上述的方案中，所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间是否有异物，从而避免了无线充电线圈之间存在异物，引起发热，甚至引起火灾的情况。
在本发明上述的方案中，所述PLC模块用于获取所述用电系统检测模块、所述供电系统模块、所述充电参数获取模块和所述红外热像传感器模块发送的数据信息，并进行处理后根据相应的判断分析结果发送控制信号至相关模块。
在本发明上述的方案中，所述继电器模块用于获取所述PLC模块发送的导通与断开信号，以实现继电器的导通与关断，在所述PLC模块判断用电端的各项数据正常、供电端的各项数据正常且用电系统与供电系统的无线充电线圈之间无异物时，所述PLC模块通过输出高电平控制继电器模块导通以进行无线充电，在所述PLC模块判断用电端存在异常、供电端存在异常、用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物或者充电过程中存在充电参数偏离预设值时，所述PLC模块通过输出低电平控制继电器模块关断以停止无线充电过程。
在本发明上述的方案中，所述第一人机交互模块用于实时显示用电设备与充电设备的状态信息和运行数据，并实现对所述PLC模块发出充电请求命令。
在本发明上述的方案中，所述第一报警模块用于在用电系统异常、供电系统异常或者充电过程中出现异常情况时进行报警。
在本发明上述的方案中，所述用电系统检测模块、所述ZigBee无线通信模块、所述供电系统模块、所述充电参数获取模块、所述红外热像传感器模块、所述继电器模块、所述第一人机交互模块和所述第一报警模块均与所述PLC模块相连接。
在本发明上述的方案中，所述远程终端通过所述数据交互模块与所述PLC模块相互通信，所述远程终端用于远程监控系统的工作状态,所述数据交互模块包括GSM通信单元和GPRS通信单元。
如图2所示，在本发明上述的方案中，所述用电系统检测模块包括磁场检测单元、绝缘检测单元、温度检测单元和雷达发射单元，所述磁场检测单元用于检测用电接收端周围的磁感应强度，以保证用电端周围的人员安全，所述绝缘检测单元用于对用电设备无线充电线圈周围的相关硬件进行绝缘检测，所述温度检测单元用于对用电接收端的谐振电容进行的温度检测，防止谐振电容过热发生爆炸，所述雷达发射单元用于用电设备发射射频信号。
如图3所示，在本发明上述的方案中，所述磁场检测单元包括谐振模块、选频放大模块、带通滤波模块、相敏检波模块、差分滤波模块、积分模块和ADC模块，所述谐振模块在电磁感应线圈之后并联电容来实现RLC谐振以滤除一部分噪声，并增加磁感应的灵敏度，所述选频放大模块与所述谐振模块相连接，所述选频放大模块用以对经过所述谐振模块初步滤波后的信号进行放大和低通滤波处理，由于感应线圈输出信号十分微弱，从微伏数量级到几百毫伏，而且线圈阻抗不稳定，先滤波会导致有效信号丢失，所以需进行信号放大，所述带通滤波模块与所述选频放大模块相连接，所述带通滤波模块用于对经过带通滤波模块的信号噪声进行过滤之后得到二次谐波信号，所述相敏检波模块与所述带通滤波模块相连接，所述相敏检波模块用于通过对所述二次谐波信号进行全波整流，并滤除奇数谐波的噪声，所述差分滤波模块与所述相敏检波模块相连接，所述差分滤波模块用于对经过所述相敏检波模块的信号进行再次滤波，所述积分模块与所述差分滤波模块相连接，所述积分模块用于对经过所述差分滤波模块的信号进行积分处理后得到电动势，所述ADC模块与所述积分模块相连接，所述ADC模块用于将积分得到的电动势转换为数字信号通过串口传输给所述PLC模块。
如图4所示，在本发明上述的方案中，所述供电系统模块包括发射端温度检测单元、雷达信号接收单元、高频电能提供单元和GPS单元，所述发射端温度检测单元用于对供电发射端的电容和线圈进行多点温度检测，防止温度过高而发生安全问题，所述雷达信号接收单元用于接收所述用电系统检测模块中雷达发射单元发出的信号，并监测用电设备的所在位置，在所述雷达信号接收单元捕捉到或失去捕捉信号之后将信息传递至所述PLC模块，并通过所述PLC模块控制所述继电器模块开启或关闭充电，所述高频电能提供单元用于为供电发射端导轨提供高频电能，所述GPS单元用于获取供电发射端的位置信息，从而在供电端发生故障时维护人员可准确定位到供电端所在的位置。
如图5所示，在本发明上述的方案中，所述PLC模块包括存储单元、比较单元和计算单元，所述存储单元用于对相关参数预设值、充电信息、供电端故障紧急联系人信息和用电端故障紧急联系人信息进行存储，所述比较单元与所述存储单元相连接，所述比较单元用于采用比较程序对获取的相关参数与相关参数预设值进行比较，所述计算单元与所述存储单元相连接，所述计算单元用于计算无线充电的充电效率。
在本发明上述的方案中，所述计算单元根据以下充电效率公式：
Figure BDA0002957254830000061
得到无线充电的充电效率，其中，η为充电效率，Pr为接收端的功率数据，Pe为发射端的功率数据。
在本发明上述的方案中，所述接收端的功率数据和所述发射端的功率数据通过所述充电参数获取模块包括的无线充电器单元获取。
在本发明上述的方案中，通过获取不同的充电控制策略下无线充电的充电效率以对无线充电技术进行改进，从而获得较高的无线充电的充电效率。
在本发明上述的方案中，所述第一人机交互模块包括显示单元和输入单元，所述显示单元用于显示所述用电系统检测模块检测的数据、所述供电系统模块发送的相关参数信息、所述充电参数获取模块发送的数据信息、所述红外热像传感器模块发送的数据信息、所述PLC模块计算得到的无线充电的充电效率数据、所述无线充电的充电效率变化曲线和所述PLC模块发送的异常信息提醒；所述输入单元包括触摸屏模块，用户通过所述触摸屏模块实现无线充电历史信息的查询、请求充电命令的发送和停止充电命令的发送。
在本发明上述的方案中，所述第一报警模块包括声光报警模块和GSM报警模块，所述声光报警模块用于在所述用电系统检测模块检测到的相关参数超过相关参数预设值、所述供电系统模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的相关参数超过相关参数预设值或者所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物时进行声光报警，所述GSM报警模块用于在所述供电系统模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的关于供电端的相关参数超过相关参数预设值或者所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物时发送报警短信至供电端故障紧急联系人手机端，在所述用电系统检测模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的关于用电端的相关参数超过相关参数预设值时发送报警短信至用电端故障紧急联系人手机端。
如图6所示，在本发明上述的方案中，所述远程终端包括数据库模块、第二人机交互模块和第二报警模块，所述数据库模块用于存储充电设备数据、充电数据记录信息和充电设备故障记录信息进行存储，所述第二人机交互模块用于用户查询实时上报的数据与统计的历史数据，并进行远程操作命令的输入，所述第二报警模块用于对报警信息进行弹窗提醒和声音提醒。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电监控系统，其特征在于，包括：用电系统检测模块、ZigBee无线通信模块、供电系统模块、充电参数获取模块、红外热像传感器模块、PLC模块、继电器模块、第一人机交互模块、第一报警模块、数据交互模块和远程终端；
所述用电系统检测模块用于对用电系统相关参数的监测；
所述供电系统模块通过所述ZigBee无线通信模块与所述用电系统检测模块实现信息的交互，所述供电系统模块用于获取供电端的相关参数信息；
所述充电参数获取模块用于获取充电过程中的相关参数信息；
所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间是否有异物；
所述PLC模块用于获取所述用电系统检测模块、所述供电系统模块、所述充电参数获取模块和所述红外热像传感器模块发送的数据信息，并进行处理后发送控制信号至相关模块；
所述继电器模块用于获取所述PLC模块发送的导通与断开信号，以实现继电器的导通与关断；
所述第一人机交互模块用于实时显示用电设备与充电设备的状态信息和运行数据，并实现对所述PLC模块发出充电请求命令；
所述第一报警模块用于在用电系统异常、供电系统异常或者充电过程中出现异常情况时进行报警；
所述用电系统检测模块、所述ZigBee无线通信模块、所述供电系统模块、所述充电参数获取模块、所述红外热像传感器模块、所述继电器模块、所述第一人机交互模块和所述第一报警模块均与所述PLC模块相连接；
所述远程终端通过所述数据交互模块与所述PLC模块相互通信，所述远程终端用于远程监控系统的工作状态。
2.根据权利要求1所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述用电系统检测模块包括磁场检测单元、绝缘检测单元、温度检测单元和雷达发射单元，所述磁场检测单元用于检测用电接收端周围的磁感应强度，所述绝缘检测单元用于对用电设备无线充电线圈周围的相关硬件进行绝缘检测，所述温度检测单元用于对用电接收端的谐振电容进行的温度检测，所述雷达发射单元用于用电设备发射射频信号。
3.根据权利要求2所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述磁场检测单元包括谐振模块、选频放大模块、带通滤波模块、相敏检波模块、差分滤波模块、积分模块和ADC模块，所述谐振模块在电磁感应线圈之后并联电容来实现RLC谐振以滤除一部分噪声，所述选频放大模块与所述谐振模块相连接，所述选频放大模块用以对经过所述谐振模块初步滤波后的信号进行放大和低通滤波处理，所述带通滤波模块与所述选频放大模块相连接，所述带通滤波模块用于对经过带通滤波模块的信号噪声进行过滤之后得到二次谐波信号，所述相敏检波模块与所述带通滤波模块相连接，所述相敏检波模块用于通过对所述二次谐波信号进行全波整流，并滤除奇数谐波的噪声，所述差分滤波模块与所述相敏检波模块相连接，所述差分滤波模块用于对经过所述相敏检波模块的信号进行再次滤波，所述积分模块与所述差分滤波模块相连接，所述积分模块用于对经过所述差分滤波模块的信号进行积分处理后得到电动势，所述ADC模块与所述积分模块相连接，所述ADC模块用于将积分得到的电动势转换为数字信号通过串口传输给所述PLC模块。
4.根据权利要求1所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述供电系统模块包括发射端温度检测单元、雷达信号接收单元、高频电能提供单元和GPS单元，所述发射端温度检测单元用于对供电发射端的电容和线圈进行多点温度检测，所述雷达信号接收单元用于接收所述用电系统检测模块中雷达发射单元发出的信号，并监测用电设备的所在位置，所述高频电能提供单元用于为供电发射端导轨提供高频电能，所述GPS单元用于获取供电发射端的位置信息。
5.根据权利要求1所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述PLC模块包括存储单元、比较单元和计算单元，所述存储单元用于对相关参数预设值、充电信息、供电端故障紧急联系人信息和用电端故障紧急联系人信息进行存储，所述比较单元与所述存储单元相连接，所述比较单元用于对获取的相关参数与相关参数预设值进行比较，所述计算单元与所述存储单元相连接，所述计算单元用于计算无线充电的充电效率。
6.根据权利要求5所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述计算单元根据以下充电效率公式：
Figure FDA0002957254820000021
得到无线充电的充电效率，其中，η为充电效率，Pr为接收端的功率数据，Pe为发射端的功率数据。
7.根据权利要求6所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述接收端的功率数据和所述发射端的功率数据通过所述充电参数获取模块包括的无线充电器单元获取。
8.根据权利要求1所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述第一人机交互模块包括显示单元和输入单元，所述显示单元用于显示所述用电系统检测模块检测的数据、所述供电系统模块发送的相关参数信息、所述充电参数获取模块发送的数据信息、所述红外热像传感器模块发送的数据信息、所述PLC模块计算得到的无线充电的充电效率数据、所述无线充电的充电效率变化曲线和所述PLC模块发送的异常信息提醒；所述输入单元包括触摸屏模块，用户通过所述触摸屏模块实现无线充电历史信息的查询、请求充电命令的发送和停止充电命令的发送。
9.根据权利要求1所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述第一报警模块包括声光报警模块和GSM报警模块，所述声光报警模块用于在所述用电系统检测模块检测到的相关参数超过相关参数预设值、所述供电系统模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的相关参数超过相关参数预设值或者所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物时进行声光报警，所述GSM报警模块用于在所述供电系统模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的关于供电端的相关参数超过相关参数预设值或者所述红外热像传感器模块用于检测用电系统与供电系统的无线充电线圈之间有异物时发送报警短信至供电端故障紧急联系人手机端，在所述用电系统检测模块获取的相关参数超过相关参数预设值、所述充电参数获取模块获取的关于用电端的相关参数超过相关参数预设值时发送报警短信至用电端故障紧急联系人手机端。
10.根据权利要求1所述的无线充电监控系统，其特征在于，所述远程终端包括数据库模块、第二人机交互模块和第二报警模块，所述数据库模块用于存储充电设备数据、充电数据记录信息和充电设备故障记录信息进行存储，所述第二人机交互模块用于用户查询实时上报的数据与统计的历史数据，并进行远程操作命令的输入，所述第二报警模块用于对报警信息进行弹窗提醒和声音提醒。
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