[發(fā)明專利]移動式自適應(yīng)能量與信息同步無線傳輸方法與傳輸裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410369351.X
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104158304B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬碧云;劉嬌蛟;韋崗;李哲
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線通信、射頻電子電路、能量無線傳輸、自動控制和移動檢測交叉技術(shù)，特別涉及一種移動式自適應(yīng)能量與信息同步無線傳輸方法與傳輸裝置。

背景技術(shù)

能量與信息同步無線傳輸技術(shù)是將能量無線傳輸技術(shù)與信息無線傳輸技術(shù)相集合的產(chǎn)物，能實現(xiàn)能量與信息的并行無線傳輸，該技術(shù)有著能量與信息并行傳輸、能量與信息非接觸式的傳輸特點，可廣泛應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下的工業(yè)控制設(shè)備、移動環(huán)境下的故障檢測、智能家居等領(lǐng)域，在保證高速信息交換的同時通過提取接收信號所攜帶的能量并加以存儲，可有效地向各種終端設(shè)備饋電，可克服傳統(tǒng)有線或電池供電所帶來的不便，減少終端設(shè)備的體積與成本，并極大地延長其待機時間與工作環(huán)境適應(yīng)能力。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，能量無線傳輸已經(jīng)成為現(xiàn)實，現(xiàn)有近距離環(huán)境下的能量無線傳輸技術(shù)主要有三種實現(xiàn)方式：射頻輻射式、電磁感應(yīng)式、磁耦合諧振式。其中磁耦合諧振式利用非輻射磁場可在幾倍于震蕩器尺寸的中等距離(10m)以內(nèi)實現(xiàn)電能的高效傳輸。該方式的理論基礎(chǔ)在于兩個振蕩電路之間重疊存在的強電磁耦合，不同于遠場的輻射損耗，該方式屬于近場無損非輻射諧振耦合，雖然接收端與發(fā)射端之間的耦合隨兩者距離的增大而衰減，但未被負載吸收的部分能量會返回發(fā)射端，從而不會過多影響傳輸效率。該方式磁場與生物體之間相互作用很弱，對生物體較為安全，對其它頻率的電子設(shè)備干擾很小，且受障礙物的影響較小，并能夠?qū)Χ鄠€共振頻率用電設(shè)備供能。該類型系統(tǒng)具有高效安全，配制靈活等特點，是當(dāng)今海內(nèi)外研究的熱點。

磁耦合諧振式在能量無線傳輸上已有較多成果，而能量與信息同步無線傳輸?shù)难芯坎艅偲鸩剑潆y點在于信息傳輸速率與能量傳輸效率的最優(yōu)權(quán)衡：信號、收發(fā)裝置須嚴格諧振匹配，否則效率會急劇下降。磁耦合諧振式裝置為了獲得較高的能量轉(zhuǎn)換效率，用單頻正弦信號作能量傳輸載體，而正弦信號理論上帶寬為零，無法攜帶信息。因此傳統(tǒng)的磁耦合諧振式能量與信息同步無線傳輸裝置，在能量傳輸上采用能量集中的單頻信號保證傳輸?shù)男?，在信號傳輸上采用窄帶信號，僅能傳輸少量的信息。然而從模擬濾波器、耦合電路等理論出發(fā)，4線圈的磁耦合諧振式能量無線傳輸裝置存在4個能量傳輸效率最優(yōu)的諧振頻點，如果能充分運用這4個頻點可以在保證能量傳輸效率最優(yōu)的同時拓展裝置的載波頻帶以提高信號的傳輸速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種移動式自適應(yīng)能量與信息同步無線傳輸方法，該方法的效率和可靠性高。

本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種實現(xiàn)移動式自適應(yīng)能量與信息同步無線傳輸方法的裝置，該裝置可以實現(xiàn)電路的自適應(yīng)調(diào)整，并在保證能量傳輸效率的基礎(chǔ)上提升了裝置的信號傳輸速率。

本發(fā)明的首要目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種移動式自適應(yīng)能量與信息同步無線傳輸方法，包括以下步驟：

步驟1、嵌入式MCU首先根據(jù)所述線性調(diào)頻電路產(chǎn)生一串頻率近似連續(xù)的組合頻率信號輸入到所述功率放大電路、所述無線強耦合式雙向匹配發(fā)射線圈對；

步驟2、所述組合頻率信號通過所述無線強耦合式雙向匹配發(fā)射線圈對耦合到所述無線強耦合式雙向匹配接收線圈對中，被裝置接收端接收；

步驟3、接收端的最優(yōu)頻率估計電路根據(jù)所接收組合頻率信號不同頻率下的振幅大小，估計出在初始化條件下(即特定的所述無線強耦合式雙向匹配發(fā)射線圈對與所述無線強耦合式雙向匹配接收線圈對之間的傳輸距離、接收端負載不變等條件)，所述無線強耦合式雙向匹配發(fā)射線圈對與所述無線強耦合式雙向匹配接收線圈對的4個諧振頻點，然后反饋給所述嵌入式MCU控制所述頻率合成器的4個DDS的頻率。根據(jù)預(yù)設(shè)的編碼方式，4個DDS的頻率分別對應(yīng)不同的4FSK編碼(如00、01、10和11等)。待所述頻率合成器的頻率穩(wěn)定下來后，裝置轉(zhuǎn)入工作模式。

步驟4、在工作模式下，所述嵌入式MCU產(chǎn)生所述信息序列，并控制所述由4個DDS組成的頻率合成器來輸入相應(yīng)頻率的信號，輸入到選頻開關(guān)中，選頻開關(guān)根據(jù)所述信息序列的編碼來控制信號輸出；