[實用新型]一種傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線供電傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220188727.3
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN202524174U
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 尹小慶;張澤元;周長春
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 徐先祿

技術領域

本實用新型屬于無線供電傳輸技術領域，具體涉及一種傳感器網(wǎng)絡節(jié)點（即傳感器網(wǎng)絡內(nèi)的各個微功耗傳感器）的無線供電傳輸系統(tǒng)。

背景技術

無線供電技術是通過電磁波發(fā)射等原理，將電能轉換為射頻能（即電磁波能量）后以無線的方式傳輸給負載。這種無線供電技術，能夠安全、可靠地給設備供電，而且成本低，應用前景廣泛。

隨著測量和控制所需的超低功率傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的激增以及新型能量收集技術的運用，無線供電技術得到了進一步發(fā)展，但是，由于供傳輸?shù)纳漕l能的空間密度非常低，隨著與發(fā)射端距離的增加射頻能不斷減少，因此由多個微功耗傳感器構成的傳感器網(wǎng)絡必須布置在靠近發(fā)射端的位置，一般為3～10米。如果要實現(xiàn)遠距離射頻能傳輸，勢必要以系統(tǒng)的高額成本來換取轉換效率，特別是在有人居住的環(huán)境，射頻功率要求在2-5W以內(nèi)，利用現(xiàn)有技術進行無線供電，只能支持幾米范圍，不適用于更遠距離的無線供電。

現(xiàn)有的關于無線供電的專利主要集中在三個方面：一是關于傳輸原理的專利；采用電波輻射式原理,?如CN101908781A采用2.4GHz的射頻段供電以獲得更好效果；采用磁場耦合式原理的專利，如申請?zhí)枮?00510030239和200820115859的專利，國內(nèi)專家朱春波的專利“磁耦合諧振式無線能量傳輸裝置”的專利也是采用此方式，其另一項發(fā)明采用增強器磁耦合，在增強型發(fā)射源中加入了增強器，由于增強器的加入，該技術的能量傳輸距離有了較大提高，約為原來的5倍。二是關于能量接收端和發(fā)射端的改進的專利；其主要是為了提高轉換效率，增加傳輸距離，而對諧振電路、轉換電路、發(fā)射電路等方面進行的改進。三是建立能量發(fā)射裝置與接收端的數(shù)據(jù)交換，根據(jù)接收端的需求提供電能；專利CN1912786B的發(fā)明實現(xiàn)的功能是發(fā)射端先獲得接收端的供電請求，再根據(jù)請求的多少限量提供無線電能；專利CN101330230B中收發(fā)兩端建立專門用于定位的通訊輔助節(jié)點，當判斷雙方處于最佳傳輸位置，才開始供電。目前，還沒有對傳感器網(wǎng)絡中的微功耗傳感器逐個定向、分時進行電能傳輸?shù)南到y(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線供電傳輸系統(tǒng)，以對中等距離范圍內(nèi)（即100米以內(nèi)）的傳感器網(wǎng)絡中的微功耗傳感器進行逐個定向、分時、循環(huán)供電，提高電能轉換效率，節(jié)省電能。

本實用新型所述的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線供電傳輸系統(tǒng)，包括射頻能量發(fā)射裝置和由多個微功耗傳感器構成的傳感器網(wǎng)絡，所述射頻能量發(fā)射裝置包括MCU控制模塊，與MCU控制模塊輸入端連接的能量需求采集模塊，與MCU控制模塊輸出端連接的發(fā)射功率控制模塊、發(fā)射角度控制模塊和發(fā)射時間控制模塊，與發(fā)射功率控制模塊輸出端連接的電能轉換模塊，與電能轉換模塊輸出端、發(fā)射角度控制模塊輸出端和發(fā)射時間控制模塊輸出端連接的發(fā)射模塊；所述微功耗傳感器包括能量接收轉換模塊、與能量接收轉換模塊連接的數(shù)據(jù)獲取處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊。射頻能量發(fā)射裝置采集傳感器網(wǎng)絡中的微功耗傳感器的電能需求、位置信息和供電時間需求，為傳感器網(wǎng)絡中的每個微功耗傳感器分配能量發(fā)射功率、能量發(fā)射角度、無線供電時間和分時供電間隔（即根據(jù)上述需求的不同進行發(fā)射功率、發(fā)射角度和發(fā)射時間的調(diào)整），確定供電順序，并按照供電順序逐一向傳感器網(wǎng)絡中的微功耗傳感器定向、分時、循環(huán)（即逐一對傳感器網(wǎng)絡內(nèi)需要供電的微功耗傳感器供電完成后，下次仍以同樣的方式進行）供電，微功耗傳感器接收射頻能并將其轉換為電能。

進一步，所述發(fā)射模塊采用天線將射頻能發(fā)射出去，所述天線采用自適應天線陣列或多自由度旋轉的集束定向天線。自適應天線陣列能夠根據(jù)發(fā)射角度控制模塊的控制將其最大輻射方向對準需要供電的微功耗傳感器，多自由度旋轉的集束定向天線能夠根據(jù)發(fā)射角度控制模塊的控制對準需要供電的微功耗傳感器。

采用本實用新型中所述的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線供電傳輸系統(tǒng)進行無線供電的方法，包括如下步驟：

1）信息采集與發(fā)送：射頻能量發(fā)射裝置中的能量需求采集模塊通過人工輸入方式或無線通訊方式采集傳感器網(wǎng)絡中的每個微功耗傳感器的電能需求、位置信息和供電時間需求，并將信息發(fā)送給MCU控制模塊；

2）信息處理：MCU控制模塊對信息進行計算、分析，為傳感器網(wǎng)絡中的每個微功耗傳感器分配能量發(fā)射功率、能量發(fā)射角度、無線供電時間和分時供電間隔，確定供電順序；