CN114554591B - 一种桌面级多目标动态光学无线输能装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种桌面级多目标动态光学无线输能装置和方法，包括：定位模块，用于根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备对应LED阵列的位置信息；主控模块，用于将位置信息设定为输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列对桌面电子设备进行光学无线传输。采用本发明的技术方案，解决当前现有桌面级无线输能技术面临的电磁波耦合导致磁场泄露、异物进入易产生涡流、设备必须固定不能移动、方向不能任意摆放的技术难题。

Description

一种桌面级多目标动态光学无线输能装置和方法
技术领域
本发明属于无线输能技术领域，具体涉及一种基于LED阵列的桌面级多目标动态光学无线输能装置和方法。
背景技术
近年来，随着新型的电子产品在人们的工作和生活中被越来越多的使用，传统的有线充电器通过插头、插座等进行充电，但此类型电能传输方式由于电线的摩擦、磨损和裸露极易产生电火花，降低电能传输的安全性和可靠性，缩短电气设备的使用年限。传统的有线充电器兼容性、通用性比较差，使用者携带、充电均不方便，且充电线使得桌面杂乱无章，毫无美感。同时，充电器废弃后的处理也增加了对环境的污染。故为用户提供更加可靠、便捷、方便的充电设备迫在眉睫。
利用无线的方式进行供电使得这些问题迎刃而解。随着无线电能传输(WirelessPower Transfer，WPT)技术的发展，桌面级无线输能技术孕育而生，然而现在的桌面级无线输能技术大多采用电磁感应式，此方式存在较多问题，一是耦合的辐射问题，电磁波的耦合会存在较大的磁场泄露，二是容易产生涡流，线圈之间可能有杂物进入，一旦产生电涡流，就如同电磁炉一样，安全问题非常明显。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术现有的缺陷，提供一种桌面级多目标动态光学无线输能装置和方法，用于解决当前现有桌面级无线输能技术面临的“电磁波耦合导致磁场泄露、异物进入易产生涡流、以及设备必须固定不能移动、方向不能任意摆放”的技术难题。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种桌面级多目标动态光学无线输能装置，包括：
定位模块，用于根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备底部的光伏电池板对应LED阵列的位置信息；
主控模块，用于将位置信息设定为输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列对桌面电子设备进行光学无线传能。
作为优选，所述定位模块包括多个红外对管，所述红外对管包括红外发射头与红外接收头，所述红外发射头位于桌面电子设备的光伏电池内层，以边缘四周紧密且中间稀疏的方式排列，所述红外接收头位于LED阵列之中，每个红外接收头与其对应LED相连；当桌面电子设备置于LED阵列之上请求输能时，红外发射头发出红外线，接收到红外线的红外接收头输出高电平，未接收到红外线的则输出低电平，进而确定桌面电子设备对应LED阵列的位置。
作为优选，位于边缘四周紧密排列的红外发射头发光角度在15°-20°，位于中间稀疏排列的红外发射头发光角度在100°-140°。
作为优选，所述主控模块包含：用于控制LED阵列的模式跳转的电气控制单元和用于驱动LED阵列的恒流驱动单元；其中，所述电气控制单元包含多个微型继电器，所述微型继电器与红外接收头一一对应并相连，接收到红外线的红外接收头输出高电平到微型继电器内线圈，线圈得电触点闭合，未接收到红外线的红外接收头输出低电平，与其相连的微型继电器线圈未得电触点断开，通过控制回路通断进而控制LED阵列的工作模式跳转，所述LED阵列的工作模式包括输能模式和休眠模式，在输能模式下，所述LED阵列通过恒流驱动单元对桌面电子设备进行能量无线传输，在休眠模式下，无线输能装置暂停工作。
作为优选，在输能模式下恒流驱动单元驱动LED阵列发光，光伏电池接收LED阵列所发出光线将光能转化为电能，实现能量的无线传输。
作为优选，还包括：能量管理模块，用于将光伏电池输出电能发送给桌面电子设备，实现对桌面电子设备进行供电。
作为优选，所述桌面电子设备为鼠标、键盘、显示屏、手机、平板、笔记本电脑其中一个或几个组合。
本发明还提供一种桌面级多目标动态光学无线输能方法，包括以下步骤：
根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备对应LED阵列的位置信息；
将位于桌面电子设备底部光伏电池板所对应LED阵列区域设定为LED输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列对桌面电子设备进行光学无线传输。
作为优选，所述桌面电子设备为鼠标、键盘、显示屏、手机、平板、笔记本电脑其中一个或几个组合。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中通过LED阵列发出光能作为中继能进行无线输能，相比电磁辐射式无线输能，解决了可能存在磁场泄露的问题，提高了安全性。
(2)本发明中通过定位模块进行定位并发送输能信号到主控模块，当有异物进入时，被异物遮挡的部分定位被中断，输能信号消失，其余部分正常工作，相比电磁辐射式无线输能，解决了可能存在异物进入产生涡流的问题，提高了安全性与可靠性。
(3)本发明中通过定位模块对设备自动定位，相比传统的电磁感应式无线输能需要手动定位的方式，更加便捷。
(4)本发明中通过定位模块对受能端(桌面电子设备)进行实时定位，相比电磁感应式无线输能必须固定设备不能移动的问题，更加灵活，可以支持像鼠标、键盘、手机、ipad、笔记本电脑等移动的桌面电子设备。
(5)本发明中LED阵列所有区域均可输能，相比电磁感应式无线输能输能区域小、难以灵活地多目标输能的难题，可在桌面输能区域内灵活地对多目标进行无线输能。
附图说明
图1为本发明实施例的桌面级多目标动态光学无线输能装置的结构图示意图；
图2为本发明实施例的输能场景和定位区域的示意图；
图3为本发明实施例的输能启动和停止的流程图；
图4为本发明实施例的输能模式示意图；
图5为本发明实施例的以鼠标为输能对象的内部结构图；
图6为本发明实施例的以鼠标为输能对象的底部结构图；
图7为本发明实施例的以鼠标为输能对象的输能示意图；
图8为本发明实施例的LED阵列电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
如图1、2所示，本发明提供一种桌面级多目标动态光学无线输能装置，所述桌面级多目标动态光学无线输能系统采用在桌面001中嵌入LED阵列002方式，对鼠标003、键盘004、显示屏005、手机013、平板014、笔记本电脑等桌面电子设备同时进行无线能量传输，所述桌面级多目标动态光学无线输能装置可以精确定位输能区域，而不会造成能量空间耗散损失与浪费以及光泄露让使用者不适；包括：
定位模块，用于根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备底部的光伏电池板对应LED阵列002的位置信息，其中，所述桌面电子设备为鼠标、键盘、显示屏、手机、平板、笔记本电脑其中一个或几个组合；
主控模块，用于将桌面电子设备底部的光伏电池板位置信息设定为输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列002工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列002对桌面电子设备进行光学无线传输。
作为本实施例的一种实施方式，所述定位模块包括多个红外对管，所述红外对管包括红外发射头006与红外接收头010，如图4所示，所述红外对管包括：红外发射头006与红外接收头010，当有输能请求时，所述红外发射头006发射红外线011到红外接收头010，所述红外接收头010位于LED阵列002之中，每一个红外接收头010与LED一一对应。所述红外接收头010共有三个端口，一端接vcc，一端接地GND2，另一端与微型继电器009相连并输出高电平到微型继电器009，微型继电器009得电之后，其控制的常开触点008动作闭合。如图3所示，所述红外发射头006发射红外线011到红外接收头010，接收到红外线011的红外接收头010输出高电平到微型继电器009，达到微型继电器009的动作电压，常开触点动作闭合，LED阵列回路闭合，进入输能模式，未接收到红外线011的红外接收头010输出低电平到微型继电器009，未达到微型继电器009的动作电压，常开触点保持断开，LED阵列未闭合，进入休眠模式。如图5、6所示，所述红外发射头006位于桌面电子设备(本实施例为鼠标003)的光伏电池内层，以边缘四周紧密，中间稀疏的方式排列，所述光伏电池012以阵列的形式置于桌面电子设备(本实施例为鼠标003)的底部。优选地，所述红外发射头006发光角度不尽相同，由其所在光伏电池012内层位置决定，位于光伏电池012边缘四周紧密排列的红外发射头006发光角度在15°-20°，用于精确定位设备边缘位置，防止LED阵列光泄露，位于中间稀疏排列的红外发射头006发光角度在100°-40°，用于节约成本并减少输能系统内部功率损耗。进一步地，所述红外接收头010数量与LED阵列002的LED数量一致，超过所述红外发射头数006量，可同时对多个桌面电子设备定位，所述红外发射头006不间断发射红外线010，所述定位模块实时定位，故可实现对多目标的动态定位，并发送位置信息与输能请求信号到主控模块。
作为本实施例的一种实施方式，所述主控模块包含：用于控制LED阵列的模式跳转的电气控制单元和用于驱动LED阵列的恒流驱动单元；其中，如图8所示，所述LED阵列002嵌入于桌面001之中，根据电气控制单元的指令跳转工作模式，所述电气控制单元包括若干个微型继电器009，所述微型继电器009与红外接收头010一一对应并相连，接收到红外线011的红外接收头010输出高电平到微型继电器009内线圈，线圈得电常开触点008动作闭合，未接收到红外线的红外接收头输出低电平，与其相连的微型继电器009线圈未得电常开触点008保持断开，进而实现控制回路的通断，从而控制LED阵列002的模式跳转。如图7所示，当桌面电子设备(本实施例为鼠标003)置于LED阵列002之上请求输能时，桌面001与桌面电子设备(本实施例为鼠标003)紧密接触，红外发射头006发出红外线011，接收到红外线011的红外接收头010输出高电平，未接收到红外线011的则输出低电平，因此可确定设备对应LED阵列002的位置。接收到红外线011的红外接收头010同时进入输能模式，输能区域下的LED阵列002发光输能，由光伏电池012接收LED阵列002所发出光线将光能转化为电能，实现能量的无线传输。
进一步地，还包括：能量管理模块，用于将光伏电池输出电能发送给桌面电子设备，实现对桌面电子设备进行供电。所述能量管理模块包括：整流单元和稳压单元以及存储单元，所述整流单元用于防止电流倒流对光伏电池放电；稳压单元用于稳定光伏电池输出电能，存储单元用于存储光伏电池输出电能。
实施例2：
本发明还提供一种桌面级多目标动态光学无线输能方法，包括以下步骤：
根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备对应LED阵列的位置信息；其中，所述桌面电子设备为鼠标、键盘、显示屏、手机、平板、笔记本电脑其中一个或几个组合；
将位置信息设定为输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列对桌面电子设备进行能量无线传输。
作为本实施例的一种实施方式，采用上述基于LED阵列的桌面级多目标动态光学无线输能装置实现桌面级多目标动态光学无线输能方法具体包括以下步骤：
步骤1、当定位模块接收到受能端(桌面电子设备)发送的输能请求信号，开始自动定位桌面电子设备对应LED阵列位置。红外发射头发出红外线，位于光伏电池四周的红外发射头发光角度小，发射的红外线被其正下方的红外接收头一一对应接收，位于光伏电池中心的红外发射头发光角度大，发射的红外线被下方一片区域的红外接收头接收，接收到红外线的红外接收头输出高电平，未接收到红外线的红外接收头则输出低电平，桌面电子设备相对LED阵列位置被精确确定。
步骤2、定位模块将位置信息及输能请求信号发送到电气控制单元。接收到红外线的红外接收头输出高电平到与其相连的微型继电器内线圈，线圈得电触点动作闭合，未接收到红外线的红外接收头输出低电平，与其相连的微型继电器线圈未得电触点保持断开。
步骤3、电气控制单元接收到位置信息及输能请求信号之后，确定输能区域，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式。微型继电器线圈得电触点闭合，回路接通，LED阵列进入输能模式。
步骤4、在输能模式下的LED阵列连接恒流驱动单元，恒流驱动单元对输能模式下的LED阵列馈电，LED阵列被点亮。
步骤5、光伏电池吸收LED阵列发出光线，将光能转化成电能。
步骤6、光伏电池输出电能送到能量管理模块，通过稳压单元稳定光伏电池输出电能。
步骤7、光伏电池输出电压经稳压单元后输送到存储单元进行存储并对桌面电子设备供电。
步骤8、当多个桌面电子设备有输能请求时，通过定位模块实时定位确定设备相对LED阵列的实时位置，重复步骤1-7，实现进行多目标输能。
本发明基于LED阵列的桌面级多目标动态光学无线输能装置和方法，解决一般无线输能系统不易操作、安全性低、方向不可旋转、无法灵活实现多类别设备无线输能的难题，可实现灵活地、多种类目标的桌面级动态无线输能。尽管本具体实施案例为鼠标，但本发明方法及设备不限于鼠标，可以是键盘、显示器、桌面一体电脑、笔记本电脑、手机、ipad等多类型的桌面电子设备。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种桌面级多目标动态光学无线输能装置，其特征在于，包括：
定位模块，用于根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备底部光伏电池板对应LED阵列的位置信息；
主控模块，用于将位置信息设定为输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列对桌面电子设备进行光学无线传输；
其中，所述定位模块包括与多个红外发射头相对应的多个红外接收头，所述红外发射头位于桌面电子设备的光伏电池内层，以边缘四周紧密且中间稀疏的方式排列，所述红外接收头位于LED阵列之中，每个红外接收头与其对应LED相连；当桌面电子设备置于LED阵列之上请求输能时，红外发射头发出红外线，接收到红外线的红外接收头输出高电平，未接收到红外线的则输出低电平，进而确定桌面电子设备对应LED阵列的位置；
位于边缘四周紧密排列的红外发射头发光角度在15°-20°，位于中间稀疏排列的红外发射头发光角度在100°-140°；
所述主控模块包含：用于控制LED阵列的模式跳转的电气控制单元和用于驱动LED阵列的恒流驱动单元；其中，所述电气控制单元包含多个微型继电器，所述微型继电器与红外接收头一一对应并相连，接收到红外线的红外接收头输出高电平到微型继电器内线圈，线圈得电触点闭合，未接收到红外线的红外接收头输出低电平，与其相连的微型继电器线圈未得电触点断开，通过控制回路通断进而控制LED阵列的工作模式跳转，所述LED阵列的工作模式包括输能模式和休眠模式，在输能模式下，所述LED阵列通过恒流驱动单元对桌面电子设备进行能量无线传输，在休眠模式下，无线输能装置暂停工作；
在输能模式下恒流驱动单元驱动LED阵列发光，光伏电池接收LED阵列所发出光线将光能转化为电能，实现能量的无线传输。
2.如权利要求1所述的桌面级多目标动态光学无线输能装置，其特征在于，还包括：能量管理模块，用于将光伏电池输出电能发送给桌面电子设备，实现对桌面电子设备进行供电。
3.如权利要求2所述的桌面级多目标动态光学无线输能装置，其特征在于，所述桌面电子设备为鼠标、键盘、显示屏、手机、平板、笔记本电脑其中一个或几个组合。
4.一种采用权利要求1至3所述任意一项的桌面级多目标动态光学无线输能装置实现桌面级多目标动态光学无线输能方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据桌面电子设备发送的输能请求信号，确定桌面电子设备对应LED阵列的位置信息；
将位于桌面电子设备底部光伏电池板所对应LED阵列区域设定为LED输能区域，同时根据输能请求信号，将输能区域所在LED阵列工作模式调整为输能模式，其中，在输能模式下所述输能区域所在LED阵列对桌面电子设备进行光学无线传输。
5.如权利要求4所述的桌面级多目标动态光学无线输能方法，其特征在于，所述桌面电子设备为鼠标、键盘、显示屏、手机、平板、笔记本电脑其中一个或几个组合。
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