[發(fā)明專利]一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510168752.3
• 申請(qǐng)日: 2015-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN104795861B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉迎澍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H02J50/10;B64D27/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 杜文茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線充電系統(tǒng)。特別是涉及一種通過無人飛行器向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電的基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用受到普遍關(guān)注，其中一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)就是傳感器節(jié)點(diǎn)的能量管理問題。節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)消耗較多能量，特別是負(fù)責(zé)路由功能的節(jié)點(diǎn)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常布置在無人維護(hù)的地區(qū)，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的電能耗盡時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就失去作用。傳感器網(wǎng)絡(luò)使用時(shí)間越長(zhǎng)，因電能耗盡而失效的節(jié)點(diǎn)就越多，最終致使整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)完全失效。由此導(dǎo)致硬件資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗對(duì)節(jié)點(diǎn)壽命的嚴(yán)重影響的基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)，包括無人飛行器，與無人飛行器無線通信連接的遠(yuǎn)程控制中心，所述的無人飛行器上設(shè)置有用于向處在被監(jiān)測(cè)區(qū)域中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電的無線充電控制裝置，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由用于采集數(shù)據(jù)的多數(shù)個(gè)普通節(jié)點(diǎn)和在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)還接收普通節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)，并將自身采集的數(shù)據(jù)和普通節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制中心的多數(shù)個(gè)核心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，所述的無線充電控制裝置是用于向所述的核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電。

所述的無線充電控制裝置包括有：機(jī)載控制單元，所述的機(jī)載控制單元分別連接用于向機(jī)載控制單元提供無人飛行器的位置信息的機(jī)載定位模塊、用于向核心節(jié)點(diǎn)提供無線充電的電能并向無人飛行器供電的高能電池、用于對(duì)電量不足的核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線充電的無線充電模塊以及用于分別與遠(yuǎn)程控制中心和被充電的核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的機(jī)載通信模塊，所述的機(jī)載控制單元還連接無人飛行器中的能夠根據(jù)接收到的機(jī)載控制單元所發(fā)出的飛行指令來控制無人飛行器飛行的飛行控制模塊。

所述的被監(jiān)測(cè)區(qū)域包括有若干個(gè)監(jiān)測(cè)子區(qū)域，每一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)是以拋撒的方式設(shè)置在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)監(jiān)測(cè)子區(qū)域的中心地帶，每個(gè)子區(qū)域配置至少一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)，所述的多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)是以隨機(jī)拋撒的方式拋撒在各監(jiān)測(cè)子區(qū)域中，在一個(gè)監(jiān)測(cè)子區(qū)域中所述的普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量大于所述核心節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

所述的核心節(jié)點(diǎn)包括有傳感器，用于對(duì)傳感器所采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理電路，用于分別與無線充電控制裝置中的機(jī)載通信模塊、子區(qū)域內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)和其他子區(qū)域的核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，以及在核心節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程控制中心之間進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅骺刂破鳎鰝鞲衅骺刂破鞣謩e連接信號(hào)處理電路、用于給核心節(jié)點(diǎn)提供電源的可充電電池和無線充電接收裝置。

所述的傳感器控制器包括有與所述的信號(hào)處理電路相連用于接收信號(hào)處理電路的輸出數(shù)據(jù)的控制單元，所述的控制單元分別連接用于接收無線充電接收裝置的輸出信號(hào)的位置檢測(cè)模塊，連接通過無線充電接收裝置接收無線充電控制裝置中的無線充電模塊的電能給可充電電池充電的充電器主電路，連接用于檢測(cè)可充電電池電壓量的電壓檢測(cè)模塊，以及連接用于接收來自普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，采用與遠(yuǎn)程控制中心直接通信或通過其他核心節(jié)點(diǎn)間接與遠(yuǎn)程控制中心通信的方式來傳輸數(shù)據(jù)，并向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送充電請(qǐng)求信息和向無線充電控制裝置中的機(jī)載通信模塊發(fā)送充電結(jié)束請(qǐng)求信息的通信模塊。

所述的無線充電接收裝置包括有用于接收無線充電控制裝置中的無線充電模塊的電能并將所述的電能輸出給充電器主電路的接收線圈，以及若干個(gè)圍繞接收線圈均勻分布用于檢查無線充電模塊的發(fā)射線圈與所述的接收線圈是否對(duì)準(zhǔn)的位置檢測(cè)線圈，所述位置檢測(cè)線圈的信號(hào)輸出端連接傳感器控制器中的位置檢測(cè)模塊。

一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

1)當(dāng)所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任一子區(qū)域的核心節(jié)點(diǎn)電量不足時(shí)，所述核心節(jié)點(diǎn)通過自身的通信模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送充電請(qǐng)求信息；

2)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心派出安裝有無線充電控制裝置的無人飛行器前往所述的區(qū)域，無線充電控制裝置中的機(jī)載控制單元根據(jù)被充電的核心節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)以及機(jī)載定位模塊提供的無人飛行器的位置信息，搜索并前往被充電的核心節(jié)點(diǎn)；

3)無人飛行器在需要充電的核心節(jié)點(diǎn)的上方懸停，通過自身位置的調(diào)整使無線充電控制裝置中的無線充電模塊與被充電的核心節(jié)點(diǎn)的無線充電接收裝置中的接收線圈準(zhǔn)確定位，然后降落并開始無線充電；

4)被充電的核心節(jié)點(diǎn)的控制單元通過電壓檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)測(cè)量可充電電池的電壓，當(dāng)電量充足后，所述控制單元通過通信模塊向無人飛行器上的無線充電控制裝置中的機(jī)載通信模塊發(fā)送充電結(jié)束請(qǐng)求；