[发明专利]一种无线传感器网络节点的无线充供电方法

说明书

技术领域

本发明涉及对电器设备的无线充供电技术，尤其涉及一种无线传感器网络节点的无线充供电方法，属于传感器网络技术领域。

背景技术

传感器技术、电子技术、无线通信技术和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象)，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。很多人都认为，无线传感器网络这项技术的重要性可与因特网相媲美：正如因特网使得计算机能够访问各种数字信息而可以不管其保存在什么地方，传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。然而从很多方面来说，现在的无线传感器网络就如同远在1970年的因特网，那时因特网仅仅连接了不到200所大学和军事实验室，并且研究者还在试验各种通讯协议和寻址方案。而现在，大多数传感器网络只连接了不到100个节点，更多的节点以及通讯线路会使其变得十分复杂难缠而无法正常工作。另外单个传感器节点的价格目前还并不低廉，而且电池寿命在最好的情况下也只能维持几个月。传感器节点自身携带能量不足，而节点的电池一般不易更换，能量一旦耗尽，那么该节点就不能进行数据采集和路由的功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。因此，实现传感器网络的长寿命供电，将对其大规模工程应用起到显著的推动作用，从而推进“物联网”的概念进一步转化为现实。

由于节点电池难以取出，只能在节点添加收集能量的模块，可利用的能量形式有很多，如大树的生物电、太阳能、风力、振动等，但这些方案也受到环境、天气等的制约不能稳定使用。为了既能自动为无线传感器网络节点充供电，不降低节点的灵活性，又能广泛应用到更多环境条件，我们引入了无线充供电技术。无线充供电设备有很多优势。首先，没有了外露的连接器使很多设备的安全性、可靠性有较大提高。而且，对于不同的电子产品，电源接口能自动对应，需要充供电时发射器和接收芯片会同时自动开始工作，充满电时两方就会自动关闭，避免了不必要的能耗。它还能自动识别不同的设备和能量需求进行个性化工作。其次，可以对难以有线充供电的位置，如水下、极端环境、人体内等进行充供电。

无线充供电技术有三种实现方式：电磁感应、磁谐振和微波。目前，国内外已经有很多公司将无线充供电技术应用于小型电器充供电及电动汽车的充供电。考虑将无线传感器网络技术与无线充供电技术结合选择无线充供电技术，将充分发挥无线传感器网络自由分布的特性，使得无线网络真正摆脱电缆的限制。同时，无线供电可以同时为多个节点充供电，能源管理也更加有效。但无论小型电器还是大型电动汽车，目前广泛使用的充供电方式是电磁近场耦合，发射线圈和接收线圈紧密贴近(一般为毫米级或厘米级)，显然并不适合于节点随机性分布的无线传感器网络。而且，电动汽车和家电的无线充供电设备一般功率较大，而传感器节点都是低功耗电子器件，所以，并不能直接将现有无线充供电设备直接引入无线传感器网络领域。再者，传感器网络节点的微型化是一大趋势，因此节点电能接收设备体积也需尽量小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将无线传感器网络技术与无线充供电技术结合的一种无线传感器网络节点的无线充供电方法，该方法可以自动判断无线传感器网络节点是否需要充供电，并自动为节点无线充供电，并通过扫描频率和旋转发射天线，使主从机工作在谐振点附近，提高了无线充供电的效率和距离。

本发明采用如下技术方案：一种无线传感器网络节点的无线充供电方法，其特征在于：设有充供电主机和传感器网络节点充供电从机组成的无线传感器网络电能传输系统，其中：

充供电主机包括控制处理器、扫描频率源、能量发射天线和用于与传感器网络节点充供电从机进行充供电信息实时交互的无线通信模块，控制处理器系含有A/D转换模块的低功耗的处理器，扫描频率源系由控制处理器控制的压控振荡器，能量发射天线系由控制处理器控制的三维空间旋转饼状一维线圈；

传感器网络节点充供电从机包括节点处理器、多向耦合能量接收天线、整流电路、充供电电压检测电路、充供电电路和与充供电主机无线通信模块对应交互的无线通信模块，多向耦合能量接收天线系三个按正交方向布置的线圈组合；