CN113507301B - 一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统，所述方法包括：步骤1，利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数；步骤2，根据子区间个数确定携能通信编码规则，继而为每一个子区间建立进制信息映射关系；步骤3，在编码过程中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码；在解码过程中，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码。本发明在允许范围内为无线充电系统节省了系统造价成本，增加系统的可靠性。

Description

一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统。

背景技术

无线充电系统在电动汽车、便携式电子设备、植入式医疗设备和无尾家电等领域中的无线充电应用极大的改变了现有的充电形式。在这些工程应用中，为了实现无线充电系统的高效运行，系统需要实现接收端和发射端之间的实时通信，以保证系统对两端各种参数的实时监测。现有的技术针对无线充电系统的通信方法，主要途径为采用无线通信模块实现两端的数据传输，这不仅为系统带来了额外的器件成本，还增加了系统的薄弱环节。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统，具体方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种无线充电系统携能通信编码与解码方法，所述方法包括：

步骤1，利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数；

步骤2，根据子区间个数确定携能通信编码规则，继而为每一个子区间建立进制信息映射关系；

步骤3，在编码过程中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码；在解码过程中，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码。

进一步地，利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数具体为：

根据输出功率允许的波动范围和输出功率最小识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间。

进一步地，根据输出功率允许的波动区间和输出功率最下识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间具体为：

令无线充电系统在某应用场景下被允许的波动范围为σ_b，输出功率为 P_out，那么输出功率允许的的波动范围为：

ΔP＝±P_outσ_b

根据选用检测器件不同，假设系统能够识别的最小功率变化为P_min，P_min即输出功率最小识别精度，则将输出功率的波动范围平均划分为N个子区间具体公式如下：

其中，

进一步地，步骤2中，根据子区间个数确定携能通信编码规则具体为：

将计算机语言中的进制规则与子区间个数相对应，根据子区间的个数确定相应的计算机进制类型。

进一步地，步骤3中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码具体包括：

先将待传输数据转换成ASCII码，再根据对应的进制规则，将包含通信信息的ASCII码转换成相应进制形式的计算机语言，然后根据子区间的进制信息映射关系，形成输出功率控制指令集，使得无线充电系统的输出功率在运行范围内有规则的波动。

进一步地，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码具体包括：

通过传感器测量输出功率的变化规律，并结合子区间的进制信息映射关系，为每一次输出功率的变化赋值相应编码规则下的计算机语言，然后将获得的计算机语言转换成ASCII码，最后利用ASCII码对应关系，解码通信信息。

作为本发明的第二方面，提供一种无线充电系统携能通信编码与解码系统，所述系统包括：子区间计算模块、映射关系建立模块、编码模块和解码模块；

所述子区间计算模块用于利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数；

所述映射关系建立模块用于根据子区间个数确定携能通信编码规则，继而为每一个子区间建立进制信息映射关系；

所述编码模块用于在编码过程中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码；

所述解码模块用于在解码过程中，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码。

进一步地，所述子区间计算模块利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数具体为：

根据输出功率允许的波动区间和输出功率最下识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间具体为：

令无线充电系统在某应用场景下被允许的波动范围为σ_b，输出功率为 P_out，那么输出功率允许的的波动范围为：

ΔP＝±P_outσ_b

根据选用检测器件不同，假设系统能够识别的最小功率变化为P_min，P_min即输出功率最小识别精度，则将输出功率的波动范围平均划分为N个子区间具体公式如下：

其中，

进一步地：

所述映射关系建立模块根据子区间个数确定携能通信编码规则具体为：

将计算机语言中的进制规则与子区间个数相对应，根据子区间的个数确定相应的计算机进制类型；

所述编码模块根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码具体包括：

先将待传输数据转换成ASCII码，再根据对应的进制规则，将包含通信信息的ASCII码转换成相应进制形式的计算机语言，然后根据子区间的进制信息映射关系，形成输出功率控制指令集，使得无线充电系统的输出功率在运行范围内有规则的波动。

进一步地，所述解码模块根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码具体包括：

通过传感器测量输出功率的变化规律，并结合子区间的进制信息映射关系，为每一次输出功率的变化赋值相应编码规则下的计算机语言，然后将获得的计算机语言转换成ASCII码，最后利用ASCII码对应关系，解码通信信息。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种无线充电系统携能通信编码与解码系统方法及系统，有效的利用系统输出功率允许的波动区间，在不适用外接无线通信设备的情况下，利用系统输出功率的变化实现从发射端到接收端的信息传输。本发明在允许范围内为无线充电系统节省了系统造价成本，增加系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种无线充电系统携能通信编码与解码方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种串联-串联型WPT系统拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例提供的输出功率运行允许的波动区间的示意图；

图4为本发明实施例提供的输出功率在运行允许的波动区间内被划分为多个相等的变化子区间的示意图；

图5为本发明实施例提供的解码流程图。

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，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做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。

如图1所示，作为本发明的第一实施例，提供一种无线充电系统携能通信编码与解码方法，所述方法包括：

步骤1，利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数；

步骤2，根据子区间个数确定携能通信编码规则，继而为每一个子区间建立进制信息映射关系；

步骤3，在编码过程中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码；在解码过程中，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码。

本发明提供的一种无线充电系统携能通信编码与解码系统方法，有效的利用系统输出功率允许的波动区间，在不适用外接无线通信设备的情况下，利用系统输出功率的变化实现从发射端到接收端的信息传输。本发明在允许范围内为无线充电系统节省了系统造价成本，增加系统的可靠性。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种典型的串联-串联型WPT系统拓扑结构，从图中可看出，拓扑主要由全桥逆变电路、对称的发射端与接收端LC谐振电路，全桥整流电路和电池等效负载组成。全桥逆变器的功能是受驱动信号S₁、S₂、S₃、S₄控制，产生激励谐振网络的高频交流方波电压，将电能由发射端传输至接收端。

对称的发射端和接收端LC谐振网络每边分别由一个串联的谐振电容C₁和C₂，一个谐振电感L₁和L₂以及一个等效串联电阻R₁和R₂组成。C_f与M 分别为系统的滤波电容和互感。

如图3所示，为了更好的对输出功率波动子区间进行定义，图3给出了波动区间的示意图，从图中可以看出，横坐标为时间，纵坐标为系统传输的输出功率。当功率经过一定时间达到稳定后，通过人为的操作调节输出功率，使输出功率只能在一定的范围内变化波动，那么功率反复波动形成的波峰与波谷间的距离就是波动区间。

假设无线充电系统在某应用场景下被允许的输出功率波动范围为σ_b，输出功率为P_out，那么输出功率的变化范围为：

ΔP＝±P_outσ_b (1)

根据选用检测器件不同，假设系统的系统能够识别的最小功率变化为 P_min，那么可以将输出功率的波动范围平均划分为N个子区间如下：

其中，

因此，可以建立子区间个数与计算机语言进制规则之间的联系，例如N＝1 为二进制，N＝2为四进制，N＝3为八进制以及N＝4为十六进制，以此类推。

下面，假设无线充电系统的输出功率为100W，允许的波动区范围为5％，所用的输出功率检测器件能实现1.25W的检测精度，以此对本发明的实施进行描述。

由公式(1)所示，在系统工作过程中，输出功率被允许在95W到105W 之间波动，根据公式(2)所示，得出系统输出功率波动子区间N＝3，因此可采用8进制为编码过程中的进制规则，如表1所示。

表1功率波动子区间对应的功率波动区间和进制规则

当系统发射端要将一串字符串传输至接收端时，以随机生成的“Hello Word”为例，根据ASCII码的规则可知，这串随机生成的字符串的16进制编码为：

“48656C6C6F20776F7264”。

由于本例子中N＝8，可采用8进制为编码过程中的进制规则，因此16进制信息“48656C6C6F20776F7264”可转换成八进制为：

“110145154154157140127157162144”；

因此，可设计基于功率控制的控制指令集如下：

表2基于功率控制的指令集

由表2的功率控制指令集以及无线充电系统配套的功率控制模块可实现如图4所示的输出功率变化趋势。从图4 可以看到，输出功率在运行允许的波动区间内被划分为多个相等的变化子区间，每个子区间对应了八进制的进制代码，由一定编码规则决定的输出功率变化规律里包含了所需传输的信息数据。

当无线充电系统接收端电压电流传感器获得输出功率的波动曲线后，根据表1所示的功率波动子区间对应的功率波动区间和八进制规则对应关系，接收端可实现通信解码，下面结合图5所示的解码流程图来进行说明：

第一步：系统通电开始工作，接收端开始测量输出功率值P；

第二步：判断输出功率是否满足P＞100W并且P小于101.25W，若满足则判断子区间N为5，输出八进制信息“4”；

第三步，若不满足第二步，则判断输出功率P是小于100W还是大雨 101.25W，小于100W则进入第四步，大于101.25W则进入第八步；

第四步，当输出功率P小于100W时，判断P是否满足小于100W且大于98.75W，若满足判定为子区间N为4，输出八进制信息“3”；

第五步，若P小于100W时，判断P是否满足小于98.75W而且大于97.5W，若满足判定子区间N为3，输出八进制信息“2”；

第六步，若P小于100W时，判断P是否满足小于97.5W而且大于 96.25W，若满足判定子区间N为2，输出八进制信息“1”；

第七步，若P小于100W时，判断P是否满足小于96.25W而且大于95W，若满足判定子区间N为1，输出八进制信息“0”；

第八步，若P大于101.25W时，判断P是否满足大于101.25W而且小于102.5W，若满足判定子区间N为6，输出八进制信息“5”；

第九步，若P大于101.25W时，判断P是否满足大于102.5W而且小于 103.75W，若满足判定子区间N为7，输出八进制信息“6”；

第十步，若P大于101.25W时，判断P是否满足大于103.75W而且小于105W，若满足判定子区间N为8，输出八进制信息“7”；

第十一步，若P小于95W或者P大于105W时，检测是否结束通信，若不结束，则返回第一步，若结束，则停止通信解码。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线充电系统携能通信编码与解码方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数；

步骤2，根据子区间个数确定携能通信编码规则，继而为每一个子区间建立进制信息映射关系；

步骤3，在编码过程中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码；在解码过程中，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码；

其中，利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数具体为：

根据输出功率允许的波动范围和输出功率最小识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统携能通信编码与解码方法，其特征在于，根据输出功率允许的波动区间和输出功率最下识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间具体为：

令无线充电系统在某应用场景下被允许的波动范围为σ_b，输出功率为P_out，那么输出功率允许的波动范围为：

ΔP＝±P_outσ_b

根据选用检测器件不同，假设系统能够识别的最小功率变化为P_min，P_min即输出功率最小识别精度，则将输出功率的波动范围平均划分为N个子区间具体公式如下：

其中，

3.根据权利要求1所述的无线充电系统携能通信编码与解码方法，其特征在于，步骤2中，根据子区间个数确定携能通信编码规则具体为：

将计算机语言中的进制规则与子区间个数相对应，根据子区间的个数确定相应的计算机进制类型。

4.根据权利要求1所述的无线充电系统携能通信编码与解码方法，其特征在于，步骤3中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码具体包括：

先将待传输数据转换成ASCII码，再根据对应的进制规则，将包含通信信息的ASCII码转换成相应进制形式的计算机语言，然后根据子区间的进制信息映射关系，形成输出功率控制指令集，使得无线充电系统的输出功率在运行范围内有规则的波动。

5.根据权利要求1所述的无线充电系统携能通信编码与解码方法，其特征在于，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码具体包括：

通过传感器测量输出功率的变化规律，并结合子区间的进制信息映射关系，为每一次输出功率的变化赋值相应编码规则下的计算机语言，然后将获得的计算机语言转换成ASCII码，最后利用ASCII码对应关系，解码通信信息。

6.一种无线充电系统携能通信编码与解码系统，其特征在于，所述系统包括：子区间计算模块、映射关系建立模块、编码模块和解码模块；

所述子区间计算模块用于利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数；

所述映射关系建立模块用于根据子区间个数确定携能通信编码规则，继而为每一个子区间建立进制信息映射关系；

所述编码模块用于在编码过程中，根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码；

所述解码模块用于在解码过程中，根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码；

其中，所述子区间计算模块利用输出功率的最小波动范围和最小识别精度，计算出系统在携能通信时的功率波动子区间个数具体为：根据输出功率允许的波动范围和输出功率最小识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间。

7.根据权利要求6所述的无线充电系统携能通信编码与解码系统，其特征在于，根据输出功率允许的波动区间和输出功率最下识别精度，将输出功率允许的波动区间划分为多个波动范围一致的子区间具体为：

令无线充电系统在某应用场景下被允许的波动范围为σ_b，输出功率为P_out，那么输出功率允许的波动范围为：

ΔP＝±P_outσ_b

根据选用检测器件不同，假设系统能够识别的最小功率变化为P_min，P_min即输出功率最小识别精度，则将输出功率的波动范围平均划分为N个子区间具体公式如下：

其中，

8.根据权利要求6所述的无线充电系统携能通信编码与解码系统，其特征在于，

所述映射关系建立模块根据子区间个数确定携能通信编码规则具体为：

将计算机语言中的进制规则与子区间个数相对应，根据子区间的个数确定相应的计算机进制类型；

所述编码模块根据子区间的进制信息映射关系，并结合输出功率控制电路，完成从既定信息数据到输出功率变化的编码具体包括：

先将待传输数据转换成ASCII码，再根据对应的进制规则，将包含通信信息的ASCII码转换成相应进制形式的计算机语言，然后根据子区间的进制信息映射关系，形成输出功率控制指令集，使得无线充电系统的输出功率在运行范围内有规则的波动。

9.根据权利要求6所述的无线充电系统携能通信编码与解码系统，其特征在于，所述解码模块根据传感器接收到的输出功率变化情况，结合编码规则与子区间进制信息映射关系实现从输出功率变化到既定信息数据的解码具体包括：

通过传感器测量输出功率的变化规律，并结合子区间的进制信息映射关系，为每一次输出功率的变化赋值相应编码规则下的计算机语言，然后将获得的计算机语言转换成ASCII码，最后利用ASCII码对应关系，解码通信信息。

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