CN116191693B - 一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统及无线充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统及无线充电方法，包括WiFi信号发射源模块和无线充电式智能水表模块；所述WiFi信号发射源模块包括WiFi发射天线、无线充电定位模块和充电控制中心；所述无线充电式智能水表模块包括：整流天线阵列、充电电路、储能设备和智能水表。整流天线阵列是内部带有多个小型整流天线单元组成的全方向整流天线阵列，用于接收WiFi信号能量并转换为直流电，多个小型整流天线单元嵌入到无线充电式智能水表内部，分布在无线充电式智能水表内部的不同空间位置。本发明利用带有多个小型整流天线单元的无线充电式智能水表，实现利用WiFi信号进行无线充电。

Description

一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统及无线充电方法
技术领域
本发明涉及无线充电式智能水表技术领域，具体涉及一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统及无线充电方法。
背景技术
近年来，智能水表普遍应用于智能家居领域，但是智能水表的能耗和持续工作时间等问题限制其应用。而现有的能源包括：电池、太阳能和风能等作为电子终端设备的能量来源，但这些能源也存在一定的缺陷，无法持续为电子终端设备供电。为此，利用环境中温差的能量为智能水表进行充电的方式，为解决智能水表的能源问题提供了新思路。利用WiFi信号无线充电是指，WiFi信号源将WiFi信号的能量发射给无线充电式智能水表为其无线充电，带有整流天线阵列的无线充电式智能水表将WiFi信号转化为直流能量为其供电。
现有技术中公开了一种由GSM-900手机在900MHz的无线供电，可对传感器进行每七秒一次的温度和电力的无线传输，其中由4个带状八木天线和肖特基倍压整流电路组成的整流天线阵列对电力进行接收。但其装置尺寸较大，不能适应当今无线系统小型化的发展需要。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统及无线充电方法，整流天线阵列嵌入在电子设备的内部，根据电子设备内部的空间进行天线的设计，实现全向的能量收集，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统，所述系统包括WiFi信号发射源模块和无线充电式智能水表模块；所述WiFi信号发射源模块包括WiFi发射天线、无线充电定位模块和充电控制中心；所述无线充电式智能水表模块包括：整流天线阵列、充电电路、储能设备和智能水表。
优选的，所述WiFi信号发射源模块通过WiFi发射天线向无线充电式智能水表发射进行无线充电和无线通信的微波信号，充电控制中心和无线充电定位模块对无线充电式智能水表进行电量监控和定位。
优选的，所述的整流天线阵列是内部带有多个小型整流天线单元组成的全方向整流天线阵列，用于接收WiFi信号能量并转换为直流电，多个小型整流天线单元嵌入到无线充电式智能水表内部，分布在无线充电式智能水表内部的不同空间位置。
优选的，所述多个小型整流天线单元分布在无线充电式智能水表内部的上表面、下表面、前表面、后表面、左表面和右表面。
优选的，所述多个小型整流天线单元的极化不同；前表面、上表面和下表面是水平极化的整流天线，后表面、左表面和右表面是垂直极化的整流天线。
优选的，所述的储能设备用于将整流天线阵列收集的WiFi能量进行储存。
另外，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种基于WiFi信号的智能水表无线充电方法，包括如下步骤：
S1、WiFi信号发射源模块通过WiFi发射天线向无线充电式智能水表发射无线通信的微波信号；
S2、无线充电式智能水表接收到无线通信的微波信号后，将采集的数据和位置信息发送到WiFi信号源；
S3、充电控制中心和无线充电定位模块对无线充电式智能水表进行电量监控和定位，充电控制中心控制WiFi信号源发射WiFi无线能量信号；
S4、无线充电式智能水表中的整流天线阵列收集WiFi信号源发射的信号能量，通过储能设备进行储存，然后通过充电电路为智能水表进行充电，完成无线充电。
优选的，所述WiFi无线能量信号的接收计算公式如下：
Pr=Pt+Gb+Ga-PL；
其中，Pr为接收WiFi信号能量，Pt为发射天线的能量，Gb为WiFi整流天线阵列的增益，Ga为WiFi信号源的发射天线的增益，PL为WiFi信号能量在自由空间的衰减。
本发明的有益效果是：本发明利用带有多个小型整流天线单元的无线充电智能水表，通过内嵌和极化的设置，全方向的接收WiFi信号能量，实现利用WiFi信号进行无线充电。整流天线单元的位置在根据电子设备内部空间进行设计，可以收集各个方向和各个极化的WiFi信号能量。整流天线阵列采用串联的方式，天然的形成一个升压电路，不需要额外的倍电路进行升压。智能水表的信号和电能均是通过WiFi信号实现，延长智能水表的使用寿命和维护成本。
附图说明
图1为本发明基于WiFi信号的智能水表无线充电系统的结构图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种技术方案：一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统，具体结构如图1所示，包括WiFi信号发射源模块和无线充电式智能水表模块。
WiFi信号发射源模块包括WiFi发射天线、无线充电定位模块和充电控制中心。WiFi信号发射源模块可以同时发射通信信号和无线充电信号。
进一步的，WiFi信号发射源模块通过WiFi发射天线向无线充电式智能水表发射进行无线充电和无线通信的微波信号，充电控制中心和无线充电定位模块对无线充电式智能水表进行电量监控和定位。
充电信号控制中心用于接收无线充电的信息和指令，根据无线充电式智能水表模块终端的电量进行实时充电。
无线充电式智能水表模块包括：整流天线阵列、充电电路、储能设备和智能水表。
进一步的，整流天线阵列是内部带有多个小型整流天线单元组成的全方向整流天线阵列，用于接收WiFi信号能量并转换为直流电，多个小型整流天线单元嵌入到无线充电式智能水表内部，分布在无线充电式智能水表内部的不同空间位置进行WiFi信号能量的收集。
进一步的，多个小型整流天线单元分布在无线充电式智能水表内部的上表面、下表面、前表面、后表面、左表面和右表面。可以全方向的接收WiFi信号能量，终端设备的摆放姿态对其的无线充电效果无影响。
进一步的，在全方向整流天线阵列中多个小型整流天线单元的极化不同；前表面、上表面和下表面是水平极化的整流天线，后表面、左表面和右表面是垂直极化的整流天线。整流天线阵列中所有的小型整流天线均为直流合成的方式连接，每个小型整流天线输出的能量均为直流电。
储能设备用于将整流天线阵列收集的WiFi能量进行储存。
本发明利用带有多个小型整流天线单元的无线充电智能水表，通过内嵌和极化的设置，全方向的接收WiFi信号能量，实现利用WiFi信号进行无线充电。整流天线阵列采用串联的方式，天然的形成一个升压电路，不需要额外的倍电路进行升压。
实施例2
本发明还提供了如下技术方案：一种基于WiFi信号的智能水表无线充电方法，包括如下步骤：
S1、WiFi信号发射源模块通过WiFi发射天线向无线充电式智能水表发射无线通信的微波信号；
S2、无线充电式智能水表接收到无线通信的微波信号后，将采集的数据和位置信息发送到WiFi信号源；
S3、充电控制中心和无线充电定位模块对无线充电式智能水表进行电量监控和定位，充电控制中心控制WiFi信号源发射WiFi无线能量信号；
S4、无线充电式智能水表中的整流天线阵列收集WiFi信号源发射的信号能量，通过储能设备进行储存，然后通过充电电路为智能水表进行充电，完成无线充电。
在无线充电的过程中，WiFi信号源通过WiFi信号与全方向无线充电终端（无线充电式智能水表）进行数据通信，计算终端的位置，并发射高功率WiFi信号到全方向无线充电终端为其无线充电。 WiFi无线能量信号的接收计算公式如下：
Pr=Pt+Gb+Ga-PL；
其中，Pr为接收WiFi信号能量，Pt 为发射天线的能量，Gb为WiFi整流天线阵列的增益，Ga为WiFi信号源的发射天线的增益，PL为WiFi信号能量在自由空间的衰减。
智能水表的信号和电能均是通过WiFi信号实现，延长智能水表的使用寿命和维护成本。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (6)

1.一种基于WiFi信号的智能水表无线充电系统，其特征在于，所述系统包括WiFi信号发射源模块和无线充电式智能水表模块；所述WiFi信号发射源模块包括WiFi发射天线、无线充电定位模块和充电控制中心；所述无线充电式智能水表模块包括：整流天线阵列、充电电路、储能设备和智能水表；所述WiFi信号发射源模块通过WiFi发射天线向无线充电式智能水表发射进行无线充电和无线通信的微波信号，充电控制中心和无线充电定位模块对无线充电式智能水表进行电量监控和定位；所述的整流天线阵列是内部带有多个小型整流天线单元采用串联的方式组成的全方向整流天线阵列，用于接收WiFi信号能量并转换为直流电，多个小型整流天线单元嵌入到无线充电式智能水表内部，分布在无线充电式智能水表内部的不同空间位置。
2.根据权利要求1所述的基于WiFi信号的智能水表无线充电系统，其特征在于：所述多个小型整流天线单元分布在无线充电式智能水表内部的上表面、下表面、前表面、后表面、左表面和右表面。
3.根据权利要求2所述的基于WiFi信号的智能水表无线充电系统，其特征在于：所述多个小型整流天线单元的极化不同；前表面、上表面和下表面是水平极化的整流天线，后表面、左表面和右表面是垂直极化的整流天线。
4.根据权利要求1所述的基于WiFi信号的智能水表无线充电系统，其特征在于：所述的储能设备用于将整流天线阵列收集的WiFi能量进行储存。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述基于WiFi信号的智能水表无线充电系统的无线充电方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、WiFi信号发射源模块通过WiFi发射天线向无线充电式智能水表发射无线通信的微波信号；
S2、无线充电式智能水表接收到无线通信的微波信号后，将采集的数据和位置信息发送到WiFi信号源；
S3、充电控制中心和无线充电定位模块对无线充电式智能水表进行电量监控和定位，充电控制中心控制WiFi信号源发射WiFi无线能量信号；
S4、无线充电式智能水表中的整流天线阵列收集WiFi信号源发射的信号能量，通过储能设备进行储存，然后通过充电电路为智能水表进行充电，完成无线充电。
6.根据权利要求5所述的无线充电方法，其特征在于：所述WiFi无线能量信号的接收计算公式如下：
Pr=Pt+Gb+Ga-PL；
其中，Pr为接收WiFi信号能量，Pt为发射天线的能量，Gb为WiFi整流天线阵列的增益，Ga为WiFi信号源的发射天线的增益，PL为WiFi信号能量在自由空间的衰减。
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