[實用新型]一種基于激光光源的傳感器網絡遠程充供電裝置

有效

• 申請號: 201220207003.9
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN202663137U
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 吳劍鋒;李建清;徐高志;羅堪;楊華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02N6/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本實用新型涉及對電器設備的無線充供電技術，尤其涉及一種基于激光光源的傳感器網絡遠程充供電裝置，屬于傳感器網絡技術領域。

背景技術

傳感器技術、電子技術、無線通信技術和低功耗嵌入式技術的飛速發展,孕育出無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網絡是一種由傳感器節點構成的網絡，能夠實時地監測、感知和采集節點部署區的觀察者感興趣的感知對象的各種信息（如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現象），并對這些信息進行處理后以無線的方式發送出去，通過無線網絡最終發送給觀察者。無線傳感器網絡在軍事偵察、環境監測、醫療護理、智能家居、工業生產控制以及商業等領域有著廣闊的應用前景。

目前，大多數傳感器網絡節點是使用電池進行供電，然而電池壽命在最好的情況下也只能維持幾個月。傳感器節點自身攜帶能量不足，而節點的電池一般不易更換，能量一旦耗盡，那么該節點就不能進行數據采集和路由的功能，直接影響整個傳感器網絡的健壯性和生命周期。因此，實現傳感器網絡的長壽命充供電，將對其大規模工程應用起到顯著的推動作用。

由于節點電池使用時間受限制，可以使用能量收集裝置持續為節點供電，自然界的能量形式有很多，如大樹的生物電、太陽能、風力、振動等，但這些方案也受到環境、天氣等的制約不能穩定使用。為了能夠給無線傳感器網絡節點持續充供電，同時不降低傳感器網絡節點的靈活性，有人提出了無線充供電技術。無線充供電技術有三種實現方式：電磁感應、磁諧振和微波。目前，國內外已經有很多公司將無線充供電技術應用于小型電器充供電及電動汽車的充供電。但無論小型電器還是大型電動汽車，目前廣泛使用的充供電方式是電磁近場耦合，發射線圈和接收線圈緊密貼近（一般為毫米級或厘米級），顯然并不適合于節點隨機性分布的無線傳感器網絡。而且，電動汽車和家電的無線充供電設備一般功率較大，而傳感器節點都是低功耗電子器件，所以不適合為節點充供電。磁諧振無線充供電方式能量很難較遠距離傳輸，而且傳輸效率隨距離成指數衰減。微波無線充供電方式受環境因素影響很大，很難有效地進行能量傳輸。

發明內容

為了克服現有技術之缺點，本實用新型提供一種基于激光光源的傳感器網絡遠程充供電裝置，將激光光源和多個傳感器網絡節點結合，使用激光光源發射出激光，通過光向調整機構內部的步進電機驅動器驅動步進電機進行垂直和水平兩個自由度的旋轉調整，使激光光斑能夠準確投射到傳感器網絡節點的光電池板上。該光電池板具有與激光源光譜相對應的光能高效吸收特性，光電池板接收到激光能量后，經過蓄電大電容和穩壓模塊形成充供電電源，，為無線傳感器網絡節點充供電，提高了無線傳感器網絡的充供電效率和距離。

本實用新型采用如下技術方案：一種基于激光光源的傳感器網絡遠程充供電裝置，其特征在于：設有充供電主機和傳感器網絡節點充供電從機，其中：

充供電主機包括激光光源及光向調整機構，激光光源為矩形陣列分布的N×M個激光頭，各激光頭光向平行；光向調整機構包含脈沖步進控制器、俯仰步進電機、俯仰步進電機驅動器、水平步進電機及水平步進電機驅動器，脈沖步進控制器在控制器指令下，分別輸出脈沖信號給俯仰步進電機驅動器及水平步進電機驅動器，俯仰步進電機驅動器驅動俯仰步進電機，水平步進電機驅動器驅動水平步進電機，俯仰步進電機及水平步進電機的輸出軸分別通過齒輪傳動機構調節激光光源的俯仰及水平位置，脈沖步進控制器內設有用于與傳感器網絡節點充供電從機進行充供電信息實時交互的無線通信模塊；

每個傳感器網絡節點充供電從機均包含節點處理器、光電池板、電壓檢測電路、穩壓模塊、供電電路以及用于與充供電主機進行充供電信息實時交互的無線通信模塊，光電池板置于激光光源的光向調整范圍內，光電池板接收激光能量，通過穩壓模塊形成充供電電源，再通過供電電路為傳感器網絡節點充供電；