CN204835722U - 一种无线电能和信息传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线电能和信息传输系统，包括电能发射模块、第一信息收发模块、电能接收模块和第二信息收发模块，所述电能发射模块与所述第一信息收发模块通过线路连接，所述电能接收模块与所述第二信息收发模块通过线路连接，所述电能发射模块与所述电能接收模块无线连接，所述第一信息收发模块与所述第二信息收发模块无线连接。相对现有技术，本实用新型能同时进行电能和信号无线传输，应用范围广、成本低。

Description

一种无线电能和信息传输系统

技术领域

本实用新型涉及通信充电技术领域，特别涉及一种无线电能和信息传输系统。

背景技术

在无线数据传输技术日益普及之时，无线电能传输也使在未来的生活中摆脱那些纷乱的电源线成为可能，并且对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺问题有着重要的意义，无线电能传输主要应用于生物医学、交通运输、机器人的驱动、电池充电等，如果能研发出大功率、远距离的无线能量传输装置，将有可能引起能源领域一场变革。同样，无线信息传输在各行各业都很受欢迎，比如说我们通过手中已有的简单设备(手机)，就可以实现电视或电灯的开关，既节约了时间，又避免了不必要的麻烦，随着未来的不断发展，无线通信也是人们生活中必不可少的一部分。本项目的研究为该技术在今后各个领域的应用打下坚实的基础，比如说为物联网的发展奠定了基础，随着传输距离、功率、效率的提高，在更多领域都将有使用价值。有朝一日，我们的家用电器、移动设备、医疗器械以及其他电子产品都将实现无线充电，我们不用再担心没带充电器，家里再也不用看见密密麻麻的插头，不仅方便而且节省资源。尤其在生物医学领域，比如心脏移植的患者，不用定期做手术取出电池，更加安全、快捷、方便，还可以使用无线通信功能，获取心脏移植的患者身体内部设备的状态信息。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能同时进行电能和信号无线传输，应用范围广、成本低的无线电能和信息传输系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种无线电能和信息传输系统，包括电能发射模块、第一信息收发模块、电能接收模块和第二信息收发模块，所述电能发射模块与所述第一信息收发模块通过线路连接，所述电能接收模块与所述第二信息收发模块通过线路连接，所述电能发射模块与所述电能接收模块无线连接，所述第一信息收发模块与所述第二信息收发模块无线连接。

本实用新型的有益效果是：电能发射模块和第一信息收发模块组合在一体，电能接收模块和第二信息收发模块组合成一体，实现元器件公用，有效降低了成本；电能发射模块与电能接收模块无线连接，第一信息收发模块与第二信息收发模块无线连接，实现同时进行电能和信号无线传输，且电能和信号传输稳定，不易产生干扰，本装置可应该在不同领域，应用范围广。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述电能发射模块包括供电装置、稳压电路、驱动放大电路、LC串联谐振电路和第一天线，所述供电装置分别与所述稳压电路的输入电端和驱动放大电路的输入电端连接，所述稳压电路的输出电端与所述第一信息收发模块的输入电端连接，所述第一信息收发模块的信号输出端与所述驱动放大电路的信号输入端连接，所述驱动放大电路的输出电端与所述LC串联谐振电路的输入电端连接，所述LC串联谐振电路的输出电端与所述第一天线连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过供电装置、稳压电路、驱动放大电路、LC串联谐振电路和第一天线协调运作，实现将直流电能高效率地转换为发射功率信号，提升电能传输效率，降低电能传输损耗。

进一步，所述第一信息收发模块包括第一信息装置、第一处理器、第一调制电路和第一解调电路，所述第一信息装置与所述第一处理器连接，所述第一处理器的输入电端与所述稳压电路的输出电端连接，所述第一处理器的信号输入端与所述第一解调电路的信号输出端连接，所述第一解调电路的信号输入端与所述第一天线连接，所述第一处理器的信号输出端与所述第一调制电路的信号输入端连接，所述第一调制电路的信号输出端与所述驱动放大电路的信号输入端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一信息装置、第一处理器、第一调制电路和第一解调电路协调运作，实现将外界传来的语音信号调制编码转化为机器所能识别的机器语言，并在第一处理器内储存与传输，通过第一天线实现信号传输，传输效率高，抗干扰能力强。

进一步，所述电能接收模块包括第二天线、LC并联谐振电路、整流滤波电路和负载，所述第二天线、LC并联谐振电路、整流滤波电路和负载依次串联，所述第二天线与所述第一天线无线连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第二天线、LC并联谐振电路、整流滤波电路协调运作，实现将功率信号转化为电能，并对电能进行整流滤波，实现将电能的稳定输出至负载，电能转化效率高，降低电能损耗。

进一步，所述第二信息收发模块包括第二调制电路、第二处理器、第二信息装置和第二解调电路，所述第二调制电路的信号输入端与所述第二天线连接，所述第二调制电路的信号输出端与所述第二处理器的信号输入端连接，所述第二处理器与所述第二信息装置连接，所述第二处理器的信号输出端与所述第二解调电路的信号输入端连接，所述第二解调电路的信号输出端与所述整流滤波电路的信号输入端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第二调制电路、第二处理器、第二信息装置和第二解调电路协调运作，将接收的机器语言通过调制解调转化为人类可识别的语音信号，通过第二天线实现信号传输，传输效率高，抗干扰能力强。

进一步，所述第一信息装置和第二信息装置均包括MOSFET驱动电路、MOSFET管Q1～Q2，电感L1～L2、电容C1～C5、二极管D1～D6和单片机解码电路，所述MOSFET驱动电路分别与所述MOSFET管Q1的栅极和MOSFET管Q2的栅极连接，所述MOSFET管Q1的漏极接入VCC，所述MOSFET管Q1的源极与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述MOSFET管Q2的源极接地；所述电感L1的一端与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述电感L1的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C1与所述电感L1并联，所述电容C3的另一端接地，所述电容C2的一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端接入VCC；所述电感L2置于所述电容C3和电容C2的一侧，所述电感L2的一端与所述二极管D1的正极和二极管D3的负极连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D2的正极和二极管D4的负极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D5的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D6的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D6的负极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述二极管D4的正极连接，所述单片机解码电路与所述电容C5的两端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：由处理器产生PWM波，经MOSFET驱动电路放大后，作用于MOSFET管Q1～Q2，MOSFET管Q1～Q2相互导通，将直流电转换成交流电，使电感L1产生磁场；接收部分的电感L2在磁场中产生交流电，经二极管D1至二极管D6组成的整流桥后转变为直流电，转化为电能，通过处理器实现信息传输，再经过单片机解码电路转化为人们所熟悉的语言，转化效率高。

进一步，所述二极管D5为发光二极管。

进一步，还包括配电室、主机室、监控室和充电终端，所述电能发射模块和第一信息收发模块均处于所述主机室内，所述电能接收模块和第二信息收发模块均处于所述充电终端内，所述配电室与所述主机室内的电能发射模块的输入电端连接，所述监控室与所述主机室内的第一信息收发模块连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：配电室传输电能到主机室，通过无线传输介质传送到需要充电的终端，通过终端返回信号，显示汽车充电的多少，放回到主机室，进行智能收费，监控室实时监控汽车充电安全以及充电多少，还可返回充电的时间，提升用户充电的便利性，使得汽车充电更加智能化。

进一步，还包括多个节点和阅读器，所述电能接收模块和第二信息收发模块均处于所述节点内，所述电能发射模块和第一信息收发模块处于所述阅读器内，多个所述节点均与所述阅读器无线连接，所述阅读器与外部主干网络连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过天线发射出的电磁波来给充电节点无线充电，在无线充电的同时阅读器也负责跟充电节点进行无线通信，以此来获取充电节点得到的传感器数据，实现电能和信号的传输，传输效率高。

附图说明

图1为本实用新型一种无线电能和信息传输系统的模块框图；

图2为第一信息装置和第二信息装置的电路原理图；

图3为配电室、主机室、监控室和充电终端的模块框图；

图4为节点和阅读器的模块框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电能发射模块，11、供电装置，12、稳压电路，13、驱动放大电路，14、LC串联谐振电路，15、第一天线；

2、第一信息收发模块，21、第一信息装置，22、第一处理器，23、第一调制电路，24、第一解调电路；

3、电能接收模块，31、第二天线，32、LC并联谐振电路，33、整流滤波电路，34、负载；

4、第二信息收发模块，41、第二调制电路，42、第二处理器，43、第二信息装置，44、第二解调电路；

5、配电室，6、主机室，7、监控室，8、充电终端，9、节点，10、阅读器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1：

如图1所示，一种无线电能和信息传输系统，包括电能发射模块1、第一信息收发模块2、电能接收模块3和第二信息收发模块4，所述电能发射模块1与所述第一信息收发模块2通过线路连接，所述电能接收模块3与所述第二信息收发模块4通过线路连接，所述电能发射模块1与所述电能接收模块3无线连接，所述第一信息收发模块2与所述第二信息收发模块4无线连接。

优选的，所述电能发射模块1包括供电装置11、稳压电路12、驱动放大电路13、LC串联谐振电路14和第一天线15，所述供电装置11分别与所述稳压电路12的输入电端和驱动放大电路13的输入电端连接，所述稳压电路12的输出电端与所述第一信息收发模块2的输入电端连接，所述第一信息收发模块2的信号输出端与所述驱动放大电路13的信号输入端连接，所述驱动放大电路13的输出电端与所述LC串联谐振电路14的输入电端连接，所述LC串联谐振电路14的输出电端与所述第一天线15连接。

优选的，所述第一信息收发模块2包括第一信息装置21、第一处理器22、第一调制电路23和第一解调电路24，所述第一信息装置21与所述第一处理器22连接，所述第一处理器22的输入电端与所述稳压电路12的输出电端连接，所述第一处理器22的信号输入端与所述第一解调电路24的信号输出端连接，所述第一解调电路24的信号输入端与所述第一天线15连接，所述第一处理器22的信号输出端与所述第一调制电路23的信号输入端连接，所述第一调制电路23的信号输出端与所述驱动放大电路13的信号输入端连接。

优选的，所述电能接收模块3包括第二天线31、LC并联谐振电路32、整流滤波电路33和负载34，所述第二天线31、LC并联谐振电路32、整流滤波电路33和负载34依次串联，所述第二天线31与所述第一天线15无线连接。

优选的，所述第二信息收发模块4包括第二调制电路41、第二处理器42、第二信息装置43和第二解调电路44，所述第二调制电路41的信号输入端与所述第二天线31连接，所述第二调制电路41的信号输出端与所述第二处理器42的信号输入端连接，所述第二处理器42与所述第二信息装置43连接，所述第二处理器42的信号输出端与所述第二解调电路44的信号输入端连接，所述第二解调电路44的信号输出端与所述整流滤波电路33的信号输入端连接。

优选的，所述第一信息装置21和第二信息装置43均包括MOSFET驱动电路、MOSFET管Q1～Q2，电感L1～L2、电容C1～C5、二极管D1～D6和单片机解码电路，所述MOSFET驱动电路分别与所述MOSFET管Q1的栅极和MOSFET管Q2的栅极连接，所述MOSFET管Q1的漏极接入VCC，所述MOSFET管Q1的源极与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述MOSFET管Q2的源极接地；所述电感L1的一端与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述电感L1的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C1与所述电感L1并联，所述电容C3的另一端接地，所述电容C2的一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端接入VCC；所述电感L2置于所述电容C3和电容C2的一侧，所述电感L2的一端与所述二极管D1的正极和二极管D3的负极连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D2的正极和二极管D4的负极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D5的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D6的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D6的负极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述二极管D4的正极连接，所述单片机解码电路与所述电容C5的两端连接。

优选的，所述二极管D5为发光二极管。

优选的，还包括配电室5、主机室6、监控室7和充电终端8，所述电能发射模块1和第一信息收发模块2均处于所述主机室内6，所述电能接收模块3和第二信息收发模块4均处于所述充电终端8内，所述配电室5与所述主机室6内的电能发射模块1的输入电端连接，所述监控室7与所述主机室6内的第一信息收发模块2连接。

实施本装置：配电室5传输电能到主机室6，主机室6内的电能发射模块1将电能通过无线传输介质传送到需要充电的充电终端8内的电能接收模块3，充电终端8再通过第二信息收发模块4发射充电信号，主机室6内的第一信息收发模块2接收充电信号，通过充电信号显示汽车充电的数额，进行智能收费，监控室7实时监控汽车充电安全以及充电多少，还可返回充电的时间，提升用户充电的便利性，使得汽车充电更加智能化。

实施例2：

一种无线电能和信息传输系统，包括电能发射模块1、第一信息收发模块2、电能接收模块3和第二信息收发模块4，所述电能发射模块1与所述第一信息收发模块2通过线路连接，所述电能接收模块3与所述第二信息收发模块4通过线路连接，所述电能发射模块1与所述电能接收模块3无线连接，所述第一信息收发模块2与所述第二信息收发模块4无线连接。

所述电能发射模块1包括供电装置11、稳压电路12、驱动放大电路13、LC串联谐振电路14和第一天线15，所述供电装置11分别与所述稳压电路12的输入电端和驱动放大电路13的输入电端连接，所述稳压电路12的输出电端与所述第一信息收发模块2的输入电端连接，所述第一信息收发模块2的信号输出端与所述驱动放大电路13的信号输入端连接，所述驱动放大电路13的输出电端与所述LC串联谐振电路14的输入电端连接，所述LC串联谐振电路14的输出电端与所述第一天线15连接。

优选的，所述第一信息收发模块2包括第一信息装置21、第一处理器22、第一调制电路23、第一解调电路24，所述第一信息装置21与所述第一处理器22连接，所述第一处理器22的输入电端与所述稳压电路12的输出电端连接，所述第一处理器22的信号输入端与所述第一解调电路24的信号输出端连接，所述第一解调电路24的信号输入端与所述第一天线15连接，所述第一处理器22的信号输出端与所述第一调制电路23的信号输入端连接，所述第一调制电路23的信号输出端与所述驱动放大电路13的信号输入端连接。

优选的，所述电能接收模块3包括第二天线31、LC并联谐振电路32、整流滤波电路33和负载34，所述第二天线31、LC并联谐振电路32、整流滤波电路33和负载34依次串联，所述第二天线31与所述第一天线15无线连接。

优选的，所述第二信息收发模块4包括第二调制电路41、第二处理器42、第二信息装置43和第二解调电路44，所述第二调制电路41的信号输入端与所述第二天线31连接，所述第二调制电路41的信号输出端与所述第二处理器42的信号输入端连接，所述第二处理器42与所述第二信息装置43连接，所述第二处理器42的信号输出端与所述第二解调电路44的信号输入端连接，所述第二解调电路44的信号输出端与所述整流滤波电路33的信号输入端连接。

优选的，所述第一信息装置21和第二信息装置43均包括MOSFET驱动电路、MOSFET管Q1～Q2，电感L1～L2、电容C1～C5、二极管D1～D6和单片机解码电路，所述MOSFET驱动电路分别与所述MOSFET管Q1的栅极和MOSFET管Q2的栅极连接，所述MOSFET管Q1的漏极接入VCC，所述MOSFET管Q1的源极与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述MOSFET管Q2的源极接地；所述电感L1的一端与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述电感L1的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C1与所述电感L1并联，所述电容C3的另一端接地，所述电容C2的一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端接入VCC；所述电感L2置于所述电容C3和电容C2的一侧，所述电感L2的一端与所述二极管D1的正极和二极管D3的负极连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D2的正极和二极管D4的负极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D5的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D6的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D6的负极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述二极管D4的正极连接，所述单片机解码电路与所述电容C5的两端连接。

优选的，所述二极管D5为发光二极管。

优选的，还包括多个节点9和阅读器10，所述电能接收模块3和第二信息收发模块4均处于所述节点9内，所述电能发射模块1和第一信息收发模块2处于所述阅读器10内，多个所述节点9均与所述阅读器10无线连接，所述阅读器10与外部主干网络连接。

实施本装置，通过天线发射出的电磁波来给充电节点9无线充电，在无线充电的同时阅读器10也负责跟充电节点9进行无线通信，以此来获取充电节点9得到的传感器数据，实现电能和信号的传输，传输效率高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：包括电能发射模块(1)、第一信息收发模块(2)、电能接收模块(3)和第二信息收发模块(4)，所述电能发射模块(1)与所述第一信息收发模块(2)通过线路连接，所述电能接收模块(3)与所述第二信息收发模块(4)通过线路连接，所述电能发射模块(1)与所述电能接收模块(3)无线连接，所述第一信息收发模块(2)与所述第二信息收发模块(4)无线连接。

2.根据权利要求1所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：所述电能发射模块(1)包括供电装置(11)、稳压电路(12)、驱动放大电路(13)、LC串联谐振电路(14)和第一天线(15)，所述供电装置(11)分别与所述稳压电路(12)的输入电端和驱动放大电路(13)的输入电端连接，所述稳压电路(12)的输出电端与所述第一信息收发模块(2)的输入电端连接，所述第一信息收发模块(2)的信号输出端与所述驱动放大电路(13)的信号输入端连接，所述驱动放大电路(13)的输出电端与所述LC串联谐振电路(14)的输入电端连接，所述LC串联谐振电路(14)的输出电端与所述第一天线(15)连接。

3.根据权利要求2所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：所述第一信息收发模块(2)包括第一信息装置(21)、第一处理器(22)、第一调制电路(23)和第一解调电路(24)，所述第一信息装置(21)与所述第一处理器(22)连接，所述第一处理器(22)的输入电端与所述稳压电路(12)的输出电端连接，所述第一处理器(22)的信号输入端与所述第一解调电路(24)的信号输出端连接，所述第一解调电路(24)的信号输入端与所述第一天线(15)连接，所述第一处理器(22)的信号输出端与所述第一调制电路(23)的信号输入端连接，所述第一调制电路(23)的信号输出端与所述驱动放大电路(13)的信号输入端连接。

4.根据权利要求2所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：所述电能接收模块(3)包括第二天线(31)、LC并联谐振电路(32)、整流滤波电路(33)和负载(34)，所述第二天线(31)、LC并联谐振电路(32)、整流滤波电路(33)和负载(34)依次串联，所述第二天线(31)与所述第一天线(15)无线连接。

5.根据权利要求4所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：所述第二信息收发模块(4)包括第二调制电路(41)、第二处理器(42)、第二信息装置(43)和第二解调电路(44)，所述第二调制电路(41)的信号输入端与所述第二天线(31)连接，所述第二调制电路(41)的信号输出端与所述第二处理器(42)的信号输入端连接，所述第二处理器(42)与所述第二信息装置(43)连接，所述第二处理器(42)的信号输出端与所述第二解调电路(44)的信号输入端连接，所述第二解调电路(44)的信号输出端与所述整流滤波电路(33)的信号输入端连接。

6.根据权利要求5所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：所述第一信息装置(21)和第二信息装置(43)均包括MOSFET驱动电路、MOSFET管Q1～Q2，电感L1～L2、电容C1～C5、二极管D1～D6和单片机解码电路，所述MOSFET驱动电路分别与所述MOSFET管Q1的栅极和MOSFET管Q2的栅极连接，所述MOSFET管Q1的漏极接入VCC，所述MOSFET管Q1的源极与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述MOSFET管Q2的源极接地；所述电感L1的一端与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述电感L1的另一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C1与所述电感L1并联，所述电容C3的另一端接地，所述电容C2的一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端接入VCC；所述电感L2置于所述电容C3和电容C2的一侧，所述电感L2的一端与所述二极管D1的正极和二极管D3的负极连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D2的正极和二极管D4的负极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D5的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D4的正极连接，所述二极管D6的正极与所述二极管D2的负极连接，所述二极管D6的负极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述二极管D4的正极连接，所述单片机解码电路与所述电容C5的两端连接。

7.根据权利要求6所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：所述二极管D5为发光二极管。

8.根据权利要求1至7任一项所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：还包括配电室(5)、主机室(6)、监控室(7)和充电终端(8)，所述电能发射模块(1)和第一信息收发模块(2)均处于所述主机室内(6)，所述电能接收模块(3)和第二信息收发模块(4)均处于所述充电终端(8)内，所述配电室(5)与所述主机室(6)内的电能发射模块(1)的输入电端连接，所述监控室(7)与所述主机室(6)内的第一信息收发模块(2)连接。

9.根据权利要求1至7任一项所述一种无线电能和信息传输系统，其特征在于：还包括多个节点(9)和阅读器(10)，所述电能接收模块(3)和第二信息收发模块(4)均处于所述节点(9)内，所述电能发射模块(1)和第一信息收发模块(2)处于所述阅读器(10)内，多个所述节点(9)均与所述阅读器(10)无线连接，所述阅读器(10)与外部主干网络连接。