[发明专利]基于ZigBee和无线电能传输的传感器节点充电系统

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，具体涉及基于ZigBee的无线网络平台和谐振耦合式无线电能传输，为获得最优传输效率和较大传输范围进行智能控制的系统。

背景技术

在许多场合，电子器件的供电采用有线供电或电池供电不方便甚至不可能。如在智能楼宇中的无线传感器大量植入材料、墙体中，当电池耗尽，无法更换电电池；在野外农业中用于检测农作物生长的无线传感器，更换电池要花费大量人力物力；在植入式医疗中植入体内的医疗器件，更换电池可能给人体带来痛苦和风险等。

目前高危及野外的传感器节点充电方法一是依靠人工，在检测到传感器节点应没电无法工作时，派工作人员去更换电池；二是利用太阳能充电板充电，但处于被动等待状态。而以上两种方法存在充电不及时，环境受限大等缺陷。

而随着无线电能传输和无线通信技术的快速发展，安全、便捷的无线电能传输成为近些年的研究热点。其中谐振耦合式无线电能传输的因其传输功率大、传输效率高、传输距离较远、方向性要求不高、对生物体影响不大等优点备受青睐。

传感器节点使用的是ZigBee技术。ZigBee技术是无线传感网络领域近几年最热门的技术之一，是一种基于IEEE802.15.4协议标准的一种无线通信技术，具有短距离，低速率，低复杂度，低功耗和低成本的特点，在自动控制和远程数据采集领域得到广泛应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了基于ZigBee和无线电能传输的传感器节点充电系统。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

采用ZigBee无线技术搭建网络平台，并采用磁谐振耦合无线电能传输技术实现全向传输，最终通过无人机携带实现高危传感器节点的充电；

系统总体结构由充电发射装置,接收节点装置以及无人机携带装置组成。

充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成，实现根据接收装置的不同位置，智能选择高效传输方案。无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现。发射线圈模块是由三个正交线圈组成。电源模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成。

接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源管理模块及功率监测模块组成，实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置。无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现，负责完成功率检测数据与充电发射装置对接，传感器数据与系统网络的对接。电源模块由锂电池与稳压电路组成。

本发明根据不同接收节点位置，智能选择发射线圈工作方案，具有传输效率高，稳定性好，传输范围大等优点。

附图说明

图1为高危传感器节点无线充电系统；

图2为充电发射装置；

图3为接收节点装置；

图4为发射装置的CC2530控制流程；

图5为接收节点的CC2530控制流程。

具体实施方式

本发明设计实现了一种基于ZigBee无线控制及传输和基于全向无线电能传输的传感器节点充电系统。

本发明所采用的技术方案是：高危传感器节点无线充电系统总体结构由充电发射装置,接收节点装置以及无人机携带装置组成，如图1所示。

充电发射装置是由无线控制收发模块、发射线圈模块以及电源管理模块组成，实现根据接收装置的不同位置，智能选择高效传输方案，系统结构如图2所示。无线控制收发模块采CC2530作为无线通信模块，接收节点的硬件结构基本相同，都是由CC2530芯片及其外围电路构成，CC2530结合了领先的RF收发器，片内集成了标准的增强型8051 CPU。CC2530芯片很好地支持了TI公司的Z-Stack 2007协议，能够非常方便地组建无线网络，实现节点间的无线传输。发射线圈模块是由三个正交线圈组成。最终选择工作的两发射线圈由具有相同幅值和90°相位差的电流源激励组成。电源模块由锂电池、稳压电路以及升压电路组成，实现了发射线圈模块的24伏输出，以及ZigBee模块的3.3伏输出。发射装置的CC2530控制流程如图4所示。

接收节点装置是由无线控制收发模块、接收线圈模块、电源管理模块及功率监测模块组成，实现将充电过程中的功率检测数据回传给发射装置，系统结构如图3所示。无线控制收发模块采用ZigBee控制与射频集成芯片实现，负责完成功率检测数据与充电发射装置数据传输，以及传感器数据与系统网络的传输。电源模块由锂电池与稳压电路组成，最终实现5伏的稳压输出给锂电池充电。接收节点的CC2530控制流程如图5所示。

经过实验证明，该系统根据不同接收节点位置，智能选择发射线圈工作方案，具有传输效率高，稳定性好，传输范围大等优点。