[發(fā)明專利]一種傳感網(wǎng)節(jié)點無線充電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310174231.X
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103219779A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋光明;彭瑾;喬貴方;李臻;李玉亞;宋愛國
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及一種無線傳感網(wǎng)節(jié)點的無線充電方法。

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背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一定數(shù)量的傳感網(wǎng)節(jié)點通過無線自組網(wǎng)方式聯(lián)結(jié)而成的測控網(wǎng)絡(luò)。典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊和供電模塊等組成。節(jié)點通常尺寸較小，具有低成本、低功耗、多功能等特點。無線傳感網(wǎng)的主要應(yīng)用是將大量的傳感網(wǎng)節(jié)點安裝/播撒在目標環(huán)境，進行候鳥習性觀察、橋梁狀態(tài)檢測等。

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，無線傳感網(wǎng)節(jié)點的供電問題日益突出。部署在某些復雜環(huán)境（如孤島、荒野等）的傳感網(wǎng)節(jié)點供電中存在以下問題：（1）采用電池或有線供電，電池壽命有限，更換電池費時費力，有線供電提高系統(tǒng)造價；（2）一些集能型電源（如太陽能電池、風力供電等）使用受到天氣和傳感網(wǎng)節(jié)點成本、體積和工作環(huán)境等因素限制；（3）新型電源結(jié)構(gòu)復雜、成本高、不便普及和推廣。因此，需要尋求其他方法解決無線傳感網(wǎng)節(jié)點的供電問題。

目前無線充電技術(shù)正逐步走進人們的生活，無線充電主要有電磁感應(yīng)、磁耦合共振式以及無線電波三種方式。電磁感應(yīng)傳輸距離短，無線電波方式傳輸效率低，而磁耦合共振式的傳輸距離可以達到3-4m，并且電能的傳輸不受紙張、塑料、玻璃等材料的阻隔影響，同時傳輸功率較大。若將無線充電與自動化設(shè)備相結(jié)合，周期性或針對性對復雜環(huán)境（如孤島、荒野等）的傳感網(wǎng)節(jié)點充電，將會降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成本、降低工作人員勞動強度和危險性。

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發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：針對適用復雜環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供電問題，本發(fā)明提供一種便于更換電池、成本低、環(huán)境限制小的傳感網(wǎng)節(jié)點無線充電方法。?

技術(shù)方案：本發(fā)明的傳感網(wǎng)節(jié)點無線充電方法，包括以下步驟：

1）傳感網(wǎng)節(jié)點單元通過電壓檢測傳感器檢測到電量過低時，向終端控制單元發(fā)送充電請求信號，同時開啟節(jié)點停機架的節(jié)點LED，終端控制單元收到充電請求信號后向停放在終端停機架上的四旋翼移動充電單元發(fā)出充電指令，充電指令包括需要充電的傳感網(wǎng)節(jié)點單元的坐標位置和網(wǎng)絡(luò)標號；

2）四旋翼移動充電單元首先進行電量檢測，如電量充足，則進入步驟3），如電量不足，則向終端控制單元發(fā)送充電信號，終端控制單元接收到后對四旋翼移動充電單元進行充電，待電量充足后進入步驟3）；

3）四旋翼移動充電單元根據(jù)充電指令飛向需要充電的傳感網(wǎng)節(jié)點單元，并停放在節(jié)點停機架上；

4）四旋翼移動充電單元對傳感網(wǎng)節(jié)點單元進行充電，充電過程中四旋翼移動充電單元對自身電量進行檢測，同時傳感網(wǎng)節(jié)點單元對自身的節(jié)點電量進行檢測，在四旋翼移動充電單元電量過低或?qū)鞲芯W(wǎng)節(jié)點單元的充電完成時，四旋翼移動充電單元停止充電并返回終端停機架。

本發(fā)明方法的步驟3）中，四旋翼移動充電單元采用GPS導航功能飛向傳感網(wǎng)節(jié)點單元，根據(jù)四旋翼移動充電單元上設(shè)置的攝像頭對節(jié)點LED進行圖像采集，且進行圖像處理即三點定位后停放在節(jié)點停機架上。

本發(fā)明方法所采用的硬件系統(tǒng)由傳感網(wǎng)節(jié)點單元、終端控制單元和四旋翼移動充電單元構(gòu)成，傳感網(wǎng)節(jié)點單元包含：傳感網(wǎng)節(jié)點、節(jié)點停機架、無線電能接收模塊，傳感網(wǎng)節(jié)點單元通過電壓檢測傳感器檢測到電量過低時，向終端控制單元發(fā)送充電請求信號，同時開啟節(jié)點停機架的節(jié)點LED；終端控制單元主要包括服務(wù)器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、終端停機架以及無線電能發(fā)射模塊，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)作為傳感網(wǎng)節(jié)點和服務(wù)器之間信息交互紐帶和網(wǎng)絡(luò)路由管理模塊，終端控制單元收到充電請求信號后向停放在終端停機架上的四旋翼移動充電單元發(fā)出充電指令，充電指令包括需要充電的傳感網(wǎng)節(jié)點單元的坐標位置和網(wǎng)絡(luò)標號；四旋翼移動充電單元主要包含四旋翼飛行器、無線電能發(fā)射與接收模塊、機載鋰電池以及攝像頭模塊，，在接收到終端控制單元發(fā)出的充電指令后，首先進行電量檢測，如電量不足，則向終端控制單元發(fā)送充電信號，終端控制單元接收到后對四旋翼移動充電單元進行充電，直到電量充足，如電量充足，則根據(jù)充電指令，采用GPS導航功能飛向傳感網(wǎng)節(jié)點單元，根據(jù)四旋翼移動充電單元上裝有的攝像頭對節(jié)點LED進行圖像采集，且進行圖像處理即三點定位后停放在節(jié)點停機架上，通過無線電能發(fā)射模塊對傳感網(wǎng)節(jié)點進行無線充電，充電過程中四旋翼移動充電單元對自身電量進行檢測，同時傳感網(wǎng)節(jié)點單元對自身的節(jié)點電量進行檢測，在四旋翼移動充電單元電量過低或?qū)鞲芯W(wǎng)節(jié)點單元的充電完成時，四旋翼移動充電單元返回終端停機架。