CN204012880U - 一种人员定位卡的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种人员定位卡的无线充电系统，包括：定位卡、充电器、初级线圈和次级线圈；所述初级线圈设置在充电器上，所述次级线圈设置在定位卡上，所述定位卡通过初级线圈和次级线圈实现与充电器之间的无线充电；所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置有极性相反的第一磁铁和第二磁铁。本实用新型通过在所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置极性相反的第一磁铁和第二磁铁，进而利用第一磁铁和第二磁铁的磁性吸引力完成定位卡和充电器之间的对准。

Description

一种人员定位卡的无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及一种无线充电系统，尤其涉及一种人员定位卡的无线充电系统。

背景技术

目前的人员定位卡朝着两个方向发展，一个方向是能耗越来越低，使用一次性电池可以工作数年，甚至将近10年，这种人员定位卡的优点是可以当作一次性用品，电池用完即抛弃，但是，如此低的能耗也意味着这类卡的功能非常单一，不能满足用户的使用需要。

另一个方向是朝着多功能的方向发展，根据用途不同，这种人员定位卡集成各种传感器，甚至GPS等模块，这种人员定位卡的功能强大，能够达到更多的客户订制要求，缺点是功耗大，不可能使用一次性电池，那么，就涉及到充电问题。而这种人员定位卡需要有很好的防水性和可靠性，需要考虑无线充电。

若将现有的无线充电技术应用于人员定位卡中，将会面临着以下几个实际困难：第一、线圈的对准问题，线圈对准与否，直接影响到充电的效率；第二、探测被充电设备是否就位，虽然，可以通过机械开关解决实现就位，但是这样的情况下，机械开关也不一定保证按下；第三、充电的控制问题，利用线圈进行无线充电时，当充电电流较大时，激励出来的电压会比较低；当电池比较满，充电电流较小时，激励电压会非常高，甚至高出大电流时电压好几倍，这里有几种方法解决：a、如老式电动牙刷，不使用频率共振，这样充电效率比较低，受到负载影响也不大；b、在接收端使用耗能元件，在电压过高时消耗掉一部分，这样做会导致接收端发热明显；c、接收端使用宽压DC/DC，但是这样会使接收端电路趋于复杂，而且需要增加一个体积较大的电感，对定位卡的紧凑性不利。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够直接对准线圈、实现设备就位提示以及充电控制的人员定位卡的无线充电系统。

对此，本实用新型提供一种人员定位卡的无线充电系统，包括：定位卡、充电器、初级线圈和次级线圈；所述初级线圈设置在充电器上，所述次级线圈设置在定位卡上，所述定位卡通过初级线圈和次级线圈实现与充电器之间的无线充电；所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置有极性相反的第一磁铁和第二磁铁。

所述初级线圈和次级线圈的中心均分别放置了一小片磁铁，即第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁和第二磁铁优选为强磁；所述第一磁铁和第二磁铁以不同的极性相对设置，当把定位卡放置于充电器上的时候，由于磁力，会自然被磁力引导将初级线圈和次级线圈对准，即使有少许不准，在第一磁铁和第二磁铁的磁性作用下，定位卡也会自动把次级线圈拉到合适位置。

本实用新型的进一步改进在于，还包括霍尔开关U3，所述霍尔开关U3设置在第一磁铁的下方。在初级线圈的第一磁铁下方放置了一个霍尔开关U3，用于感应磁力变化；当定位卡等被充电设备放置于充电器上时，由于次级线圈的第二磁铁加入，霍尔开关U3将感应到磁力变化，因此，就能通过电路得知定位卡等充电设备是否已经到位。

本实用新型的进一步改进在于，所述定位卡包括电压生成模块、充电管理模块和第一RF主控模块，所述第一RF主控模块包括相互连接的第一MCU和第一RF芯片，所述电压生成模块和第一MCU分别与充电管理模块相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述电压生成模块包括电感L4 、电容C17、桥式整流二极管D1和电容C23，所述电感L4 和电容C17相互并联并连接至桥式整流二极管D1的两个管脚，所述桥式整流二极管D1的另外两个管脚与电容C23相串接，以输出电压Vin；所述电感L4为次级线圈。

本实用新型的进一步改进在于，所述电压生成模块通过分压单元连接至第一MCU的ADC检测管脚，所述分压单元包括电阻R1、电阻R2和电容C9，所述电阻R1和电阻R2相互串接于电压Vin和地之间，所述电容C9连接至电阻R1和电阻R2的中间。

本实用新型的进一步改进在于，所述第一MCU将ADC检测管脚所检测到的电压通过第一RF芯片传送至充电器，所述充电器根据该检测到的电压调节输出频率和占空比。

本实用新型的进一步改进在于，所述充电器还包括谐振模块和第二RF主控模块，所述第二RF主控模块包括相互连接的第二MCU和第二RF芯片，所述初级线圈通过谐振模块与第二MCU相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述谐振模块包括电流开关U2、电容C9和电感L1，所述电容C9和电感L1相串接并连接在电流开关U2的两个输出管脚；所述电感L1为初级线圈。

本实用新型的进一步改进在于，还包括用于将12V的输入电压降到3.3V的降压单元，所述降压单元与第二MCU相连接。

本实用新型的进一步改进在于，还包括霍尔开关U3和电阻R1，所述霍尔开关U3和电阻R1相互并联并与第二MCU相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过在所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置极性相反的第一磁铁和第二磁铁，然后利用第一磁铁和第二磁铁的磁性吸引力完成定位卡和充电器之间的对准，并通过在初级线圈的第一磁铁下方放置一个霍尔开关，以实现定位卡等被充电设备的就位探测，本实用新型还能够通过人员定位卡所自带的MCU和RF芯片，完成充电过程的电路反馈，保证整个充电过程的智能化控制。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的初级线圈的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3的定位卡的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例3的第一RF主控模块的电路图；

图5是本实用新型实施例3的电压生成模块和充电管理模块的电路图；

图6是本实用新型实施例4的充电器的电路结构示意图；

图7是本实用新型实施例4的第二RF主控模块的电路图；

图8是本实用新型实施例4的谐振模块和初级线圈的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1：

本例提供一种人员定位卡的无线充电系统，包括：定位卡、充电器、初级线圈和次级线圈；所述初级线圈设置在充电器上，所述次级线圈设置在定位卡上，所述定位卡通过初级线圈和次级线圈实现与充电器之间的无线充电；所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置有极性相反的第一磁铁和第二磁铁。

如图1所示，所述初级线圈和次级线圈的中心均分别放置了一小片磁铁，即第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁和第二磁铁优选为强磁；所述第一磁铁和第二磁铁以不同的极性相对设置，当把定位卡放置于充电器上的时候，由于磁力，会自然被磁力引导将初级线圈和次级线圈对准，即使有少许不准，在第一磁铁和第二磁铁的磁性作用下，定位卡也会自动把次级线圈拉到合适位置。

即，本例通过在所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置极性相反的第一磁铁和第二磁铁，然后利用第一磁铁和第二磁铁的磁性吸引力完成定位卡和充电器之间的对准，

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，本例还包括霍尔开关U3，所述霍尔开关U3设置在第一磁铁的下方。在初级线圈的第一磁铁下方放置了一个霍尔开关U3，用于感应磁力变化；当定位卡等被充电设备放置于充电器上时，由于次级线圈的第二磁铁加入，霍尔开关U3将感应到磁力变化，因此，就能通过电路得知定位卡等充电设备是否已经到位。

实施例3：

如图3至图5所示，在实施例1或实施例2的基础上，本例所述定位卡包括电压生成模块11、充电管理模块12和第一RF主控模块13，所述第一RF主控模块13包括相互连接的第一MCU和第一RF芯片，所述电压生成模块11和第一MCU分别与充电管理模块12相连接。

本例所述电压生成模块11包括电感L4 、电容C17、桥式整流二极管D1和电容C23，所述电感L4 和电容C17相互并联并连接至桥式整流二极管D1的两个管脚，所述桥式整流二极管D1的另外两个管脚与电容C23相串接，以输出电压Vin；所述电感L4为次级线圈。

本例所述电压生成模块11通过分压单元14连接至第一MCU的ADC检测管脚，所述分压单元14包括电阻R1、电阻R2和电容C9，所述电阻R1和电阻R2相互串接于电压Vin和地之间，所述电容C9连接至电阻R1和电阻R2的中间。

本例所述第一MCU将ADC检测管脚所检测到的电压通过第一RF芯片传送至充电器，所述充电器根据该检测到的电压调节输出频率和占空比。

如图3所示，本例的核心思想是，利用定位卡已有的MCU（即含ADC的单片机）对接收电路的电压进行采样，并利用RF芯片把此信息发射给充电器，这些信息可以使用特定的帧头，以免和定位卡一般的工作帧相混淆。图5和图6为上述定位卡的一个具体实施电路图，本例不限于图5和图6所述的原理图、芯片及其参数。

图5和图6中，MCU为U6，U6为CC2530，是一个RF芯片和MCU二合一的芯片；在充电时，通过电压生成模块11形成一个输出电压Vin；Vin通过电阻R1和电阻R2的分压，送至U6的ADC检测管脚进行检测；充电芯片U7（TP4057）的正常工作范围为5V~9V之间，U1把检测到的电压通过射频告知充电器，充电器因此调节输出频率和占空比，保证充电电压在安全范围内；另外，U6也可以将充电结束的信息告知充电器，然后由充电器进行状态指示。

当输出频率为LC谐振频率时，激励电压最高；当占空比为50%时，激励电压最高；而当输出频率和占空比偏离时，激励电压将逐渐减小；因此，可以通过硬件电路把激励能力进行分档；随着定位卡的电池充电过程，负载会产生变化，因此Vin也会变化，当Vin不合适时，U6可以通过无线通知充电器，增加档位或者减小档位，进而通过硬件电路根据反馈实现智能控制。

实施例4：

如图6至图8所示，在实施例1或实施例2的基础上，本例所述充电器还包括谐振模块21和第二RF主控模块22，所述第二RF主控模块22包括相互连接的第二MCU和第二RF芯片，所述初级线圈通过谐振模块21与第二MCU相连接。

本例所述谐振模块21包括电流开关U2、电容C9和电感L1，所述电容C9和电感L1相串接并连接在电流开关U2的两个输出管脚；所述电感L1为初级线圈。

本例还包括用于将12V的输入电压降到3.3V的降压单元23，所述降压单元23与第二MCU相连接。本例还包括霍尔开关U3和电阻R1，所述霍尔开关U3和电阻R1相互并联并与第二MCU相连接。本例还能够通过人员定位卡所自带的MCU和RF芯片，完成充电过程的电路反馈，保证整个充电过程的智能化控制。

图6为充电器的原理框图；充电器里面装有第二RF芯片，接收到定位卡发回来的电压信息，并根据此电压信息调整输出波形频率和占空比，以保持定位卡充电电压的平稳；为了防止和附近的别的充电器上的定位卡混淆，充电器只接收RSSI最强的帧。图7和图8为本例所述充电器的一个具体实现电路，本例不限于图7和图8所述芯片和参数。

图7和图8中，U1即第二MCU，为核心芯片CC2530，其功能是：1、通过P0_1输出可变频率和占空比的方波，不同的频率和占空比对应不同的负载情况；2、通过霍尔元件感知定位卡等被充电设备是否到位；3、通过射频和定位卡进行沟通，得知定位卡的充电电压（负载情况），相应改变输出频率和占空比；降压单元23包括U4（LM2596-5.0）和U5（AMC1117-3.3）以共同完成从12V输入降到3.3V电压，供U1（CC2530）使用；U3（LN4913）为霍尔开关，用于感知定位卡等被充电设备是否到位；U2(MIC4215)为一款3A电流开关，用于将CC2530产生的3.3V方波，转换成为12V，大电流的方波，用于驱动LC谐振电路；电感 L3（PCB板线圈）和电容C9为LC谐振电路，用于功率输出。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，包括：定位卡、充电器、初级线圈和次级线圈；所述初级线圈设置在充电器上，所述次级线圈设置在定位卡上，所述定位卡通过初级线圈和次级线圈实现与充电器之间的无线充电；所述初级线圈和次级线圈的中心分别放置有极性相反的第一磁铁和第二磁铁。

2.根据权利要求1所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，还包括霍尔开关U3，所述霍尔开关U3设置在第一磁铁的下方。

3.根据权利要求1或2所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，所述定位卡包括电压生成模块、充电管理模块和第一RF主控模块，所述第一RF主控模块包括相互连接的第一MCU和第一RF芯片，所述电压生成模块和第一MCU分别与充电管理模块相连接。

4.根据权利要求3所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，所述电压生成模块包括电感L4 、电容C17、桥式整流二极管D1和电容C23，所述电感L4 和电容C17相互并联并连接至桥式整流二极管D1的两个管脚，所述桥式整流二极管D1的另外两个管脚与电容C23相串接，以输出电压Vin；所述电感L4为次级线圈。

5.根据权利要求4所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，所述电压生成模块通过分压单元连接至第一MCU的ADC检测管脚，所述分压单元包括电阻R1、电阻R2和电容C9，所述电阻R1和电阻R2相互串接于电压Vin和地之间，所述电容C9连接至电阻R1和电阻R2的中间。

6.根据权利要求5所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，所述第一MCU将ADC检测管脚所检测到的电压通过第一RF芯片传送至充电器，所述充电器根据该检测到的电压调节输出频率和占空比。

7.根据权利要求1所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，所述充电器还包括谐振模块和第二RF主控模块，所述第二RF主控模块包括相互连接的第二MCU和第二RF芯片，所述初级线圈通过谐振模块与第二MCU相连接。

8.根据权利要求7所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，所述谐振模块包括电流开关U2、电容C9和电感L1，所述电容C9和电感L1相串接并连接在电流开关U2的两个输出管脚；所述电感L1为初级线圈。

9.根据权利要求7所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，还包括用于将12V的输入电压降到3.3V的降压单元，所述降压单元与第二MCU相连接。

10.根据权利要求7至9任意一项所述的人员定位卡的无线充电系统，其特征在于，还包括霍尔开关U3和电阻R1，所述霍尔开关U3和电阻R1相互并联并与第二MCU相连接。