[發明專利]一種基于PWM碼實現無線攜能通信頻率自適應的方法

有效

• 申請號: 201410369943.1
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104158605A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 馬碧云;葉坤林;王靖;梁志韜;袁智鵬;韋崗
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

????本發明涉及無線攜能通信、通信電子線路、自動控制檢測及數字頻率合成等交叉領域，具體涉及一種在進行無線攜能通信過程中需要自適應改變發射信號載頻頻率時需要實時獲得系統諧振點的方法。

背景技術

???????本方法主要用于測量磁耦合線圈諧振點頻率，在利用磁耦合進行無線攜能通信中獲取線圈諧振點以達到傳輸效率最佳中起到關鍵性的作用。無線攜能通信是將能量無線傳輸技術與信息無線傳輸技術相集合的產物，在實現信息的高速通信的同時，通過提取接收信號能量來有效地向終端進行饋電，從而無需使用傳統的有線連接，適合于需要大規模進行布撒終端節點的應用。

???????在一般的磁耦合信能傳輸系統中，發送線圈和接收線圈的距離是固定不變的，此時整個系統的諧振曲線也是固定不變的，利用峰值點頻率作為發射信號的載頻頻率進行信息傳輸，在確保一定的信息傳輸速率的同時，可以從信號提取足夠的能量進行對負載饋電，由于在諧振點的傳輸效率最優，因此系統可以確保有較高的效率。

???????然而，這種發送端和接收端均固定的系統具有很大的局限性，在許多實際應用中更多的需要的是能夠適應發送和接收距離動態改變的系統，例如：1）無線電能傳輸可以解決植入式醫療設備的供電問題，并增加其安全性，但植入設備在生物體是動態變化的，引起收發系統的諧振頻率的變化，為了保證效率最優，需要動態調整信號的載頻頻率；?2）在列車的鋼軌探傷系統中，裝在車輪上的探頭（電能接收端）和能量發射端的距離一定是周期性改變的，此時將載頻固定必然會因系統的諧振特性的改變降低能量傳輸效率。因此利用該方法可以很好地實現頻率的動態匹配，從而得到較高的能量傳輸效率，達到頻率自適應匹配的目的。

發明內容

???????為了克服上述所提到的由于發射頻率無法隨距離自適應改變而導致整個系統效率低下的問題，本發明提出一種基于PWM碼實現無線攜能通信頻率自適應的方法，該方法基于數字頻率合成技術(DDS)動態實時測量磁耦合無線攜能通信系統中諧振曲線的諧振點頻率，從而達到動態調整載波頻率的目的，使得在移動環境下，該系統仍具有較高的能量傳輸效率，進而可以廣泛應用于復雜環境中的移動探測設備中。

????本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種基于PWM碼實現無線攜能通信頻率自適應的方法，其采用改進的測量PWM信號頻率和占空比的方法精確得到正弦波信號的頻率和幅度參數；采用自適應調整載波頻率的方法實時調整DDS模塊發射頻率。

進一步的，所述改進的測量PWM信號頻率和占空比的方法包括：PWM信號頻率的測量時間包含多個PWM周期；對于PWM周期的占空比的測量，在PWM波的上升沿到來時，計數器延時一個時間T1后才開始計數，T1的大小是隨機的，范圍在0到1個時鐘周期之間服從均勻分布。

進一步的，所述自適應調整載波頻率的步驟如下：發送端MCU1控制DDS模塊進行掃頻；電壓比較電路實時對DDS模塊的發射信號進行采樣，并將其轉化為PWM波送入MCU1進行處理；MCU1測量PWM波的頻率和占空比，得到正弦波的頻率和占空比；根據正弦波的頻率和占空比獲得傳輸系統幅頻特性曲線；對所得的傳輸系統幅頻特性曲線進行抽樣式檢測，即在每兩個抽樣點之間留有頻率間隔進行抽樣，排除毛刺的干擾，獲得正確的諧振點；根據諧振點實時調整DDS模塊發射頻率。

進一步的，所述PWM信號頻率的測量時間內包含n個PWM周期，存在1個時鐘周期的誤差，每個PWM周期有1/n個時鐘周期的誤差，即每個PWM周期的測量誤差降低為原來的1/n，其中n的大小根據需求自由調整。

進一步的，所述計數器延時測量占空比的過程如下：在PWM波的上升沿到來時，計數器并不立即開始計數，而是延時一個服從均勻分布的隨機時間，使得對于同一個PWM波，計數器捕獲的值不確定，但其數學期望等于實際持續時間的值；多次測量取平均，使所得值接近實際值。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：由于采用頻率自適應的方法，可以使得發射頻率隨著系統的諧振點做實時的調整，從而在移動情況下，系統能夠保持較高的能量傳輸效率。其次，改進的PWM碼測量信號的頻率幅度的方法，能夠突破硬件主頻的限制，得到更加精確的測量結果，從而間接提高系統的傳輸效率。

附圖說明

圖1為頻率自適應電磁耦合無線能量傳輸系統示框圖。

圖2為普通PWM測量頻率和占空比的原理圖。

圖3為改進PWM測量頻率原理圖。

圖4為改進PWM測量占空比原理圖。

圖5為發送端算法流程圖。