CN209913819U - 应用于无线电能传输的通信*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种应用于无线电能传输的通信***，属于无线电能传输技术领域。通信***包括具有射频无线通信接收模块的发射端，以及具有射频无线通信发射模块的接收端，发射端具有掉电存储器，发射端用于将掉电存储器中数据作为通信地址配置给射频无线通信接收模块，以及通过载波调制的方式发送通信地址给接收端，以实现发射端与接收端通信地址的匹配。本实用新型可以实现任意发射端和任意接收端都能匹配进行电能传输，保证多设备同时工作时互不干扰。

Description

应用于无线电能传输的通信***

技术领域

本实用新型属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种应用于无线电能传输的通信***。

背景技术

无线电能传输***在实际应用中往往需要任意一个发射端和任意一个接收端都能匹配进行电能传输，而传统的射频通信***采用静态分配模式，预先为发射端和接收端设定好通信参数，即通信地址和通信频道，设备工作时该参数无法更改，当发射端通信参数与接收端不匹配时，无法进行无线电能传输。另外在较小的空间内，如果有多个无线电能传输装置同时工作，且其通信频道和地址都是相同的，那么每一个发射端都可以接收到多个接收端反馈的通信信号，会彼此干扰，使设备工作不正常。若要满足实际应用场景需求，则需要进行动态通信参数分配的射频通信***。

现在中国实用新型专利CN206962545U公布了一种可选择通信信道的无线电能传输***，可以实现自动给发射端和接收端分配通信信道，然而射频无线通信模块通信频段是固定的，虽然支持多个通信信道同时工作，但通信信道十分有限，一般只有一百多个，且相邻通信信道的信号容易产生串扰。因此，该射频通信***存在数量限制，应用范围也会受限。

发明内容

本实用新型针对上述的技术问题，提出一种应用于无线电能传输的通信***，通过频率调制的方式对发射端和接收端进行通信地址分配，实现任意发射端和任意接收端都能匹配进行电能传输，保证多设备同时工作时互不干扰。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种应用于无线电能传输的通信***，包括具有射频无线通信接收模块的发射端，以及具有射频无线通信发射模块的接收端，发射端具有掉电存储器，掉电存储器中存储有数据，发射端用于将该数据作为通信地址配置给射频无线通信接收模块，以及通过载波调制通信的方式发送该数据给接收端，接收端用于将该数据作为通信地址配置给射频无线通信发射模块，以实现发射端与接收端射频通信地址的匹配。

作为优选，掉电存储器中的数据可以是唯一的设备编号。

作为优选，发射端还包括用于处理和控制发射端信号的发射端MCU，用于在发射端MCU的驱动控制下将电网的交流电转换为一定频率交流电的发射端电能变换电路，以及与发射端电能变换电路的输出端连接的发射线圈，发射端MCU与掉电存储器、射频无线通信接收模块连接；

接收端还包括用于接收发射线圈传输的载波调制信号的接收线圈，用于解调载波调制信号的信号解调电路，以及用于处理和控制接收端信号的接收端MCU，接收线圈的输出端连接信号解调电路的输入端，信号解调电路的输出端连接接收端MCU，接收端MCU的输出端连接射频无线通信发射模块。

作为优选，发射端MCU包括可读取掉电存储器中设备编号的读取模块，可将设备编号作为通信地址配置给射频无线通信接收模块的配置模块，可将设备编号按照预设编码规则转换为通信编码信号的转换模块，以及可根据转换的通信编码信号控制发射端电能变换电路工作频率的控制模块；

接收端MCU包括可接收载波调制解调信号的第一接收模块，可将载波调制解调信号解码的解码模块，以及可将解码数据转换成通信地址并输出给射频无线通信发射模块的转换输出模块。

作为优选，掉电存储器可以集成于发射端MCU，或者掉电存储器为与发射端MCU连接的独立器件。

作为优选，接收端MCU包括可接收用电设备唤醒指令的第二接收模块，以及可将唤醒指令发送给射频无线通信发射模块的发送模块；发射端MCU包括可接收射频无线通信接收模块信号的接收模块。

基于上述***的通信方法，包括以下步骤：

唤醒：发射端在不工作时处于休眠待机状态，接收端靠近发射端并唤醒发射端；

配置通信地址：发射端读取存储器中的数据，以此数据为无线接收模块配置通信地址，并通过载波调制的方式告知接收端当前发射端的通信地址；接收端对射频无线通信发射模块的通信地址进行配置，使其和射频无线通信接收模块相同；

建立通信：发射端和接收端建立通信连接，发射端向接收端传输能量。

作为优选，唤醒步骤具体为：用电设备发出唤醒指令到接收端MCU，接收端MCU收到唤醒指令后传给射频无线通信发射模块，令射频无线通信发射模块通过公共通信频率和初始通信地址发送唤醒指令给射频无线通信接收模块，无线通信接收端收到唤醒指令后传给发射端MCU，无线电能发射端被唤醒。

作为优选，配置通信地址的步骤，具体为：发射端MCU读取存储在掉电存储器中的数据，一方面，以此数据为射频无线通信接收模块配置通信地址；另一方面，将此数据按照预设编码规则转换为通信编码信号，并将通信编码信号载波调制通信传输至接收端，接收端的信号解调电路解调通信编码信号并传送至接收端MCU，接收端MCU根据解调后的编码信号设定射频无线通信发射模块的通信地址。

作为优选，建立通信的步骤，具体为：若射频无线通信接收模块收到射频无线通信发射模块的反馈信号，则发射端向接收端传输能量；若在预设时间之内，未收到反馈信号，则进入配置通信地址步骤，当循环配置通信地址步骤的次数N>Nmax，发射端进入休眠待机状态。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型通过在掉电存储器中存储数据，即相当于在发射端预存通信地址，在用电设备靠近需要进行电能传输时，发射端将预存的通信地址配置给发射端的射频无线通信接收模块，同时通过载波调制通信的方式将该通信地址告知接收端，实现发射端和接收端通信地址的匹配。该通信地址的设置方式没有个数限制，且只要通信地址不匹配，就无法建立无线通信连接，不存在相互干扰的情况，避免了现有技术中通信信道数量有限，进而应用范围受限，以及相邻信道的信号容易串扰的问题，本实用新型具有成本低，可靠性高，适用性广的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型应用于无线电能传输的通信***的结构原理框图；

图2为本实用新型通信***中发射端MCU模块的结构原理框图；

图3为本实用新型通信***中接收端MCU模块的结构原理框图；

图4为应用于无线电能传输的通信方法中唤醒步骤的流程图；

图5为本实用新型通信方法中配置通信地址步骤的流程图；

图6为本实用新型配置通信地址步骤中发射线圈电压波形；

图7为本实用新型信号解调电路解调后的信号波形；

图8为本实用新型通信方法中建立通信步骤的流程图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

现有应用于无线电能传输的通信***中射频无线通信模块通信频段是固定的，虽然支持多个通信信道同时工作，但是通信信道数量有限，且相邻的通信信道的信号容易产生串扰。本实用新型基于此技术问题，提供以下技术方案：在发射端设置存储有数据的掉电存储器，并将此数据作为通信地址配置给发射端的射频无线通信接收模块，同时，通过载波调制通信的方式将该数据传送至接收端，使得发射端和接收端的通信地址匹配，通信地址的设置十分灵活，没有个数限制，且只要通信地址不匹配，就无法建立无线通信连接，不存在互相干扰的情况，成本更低，可靠性更高，适用性更广。

为了更好地理解上述技术方案，下面结合附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图1所示，一种应用于无线电能传输的通信***，包括发射端和接收端，其中，发射端包括射频无线通信接收模块，接收端包括射频无线通信发射模块，射频无线通信发射模块和射频无线通信接收模块用来进行发射端与接收端之间的通信；通信***还包括掉电存储器，掉电存储器中存储有数据，该数据可以为发射端的设备编号，每一台发射端的设备编号X都是唯一的，并且设备编号X存储在掉电存储器中，可以保证即使发射端设备掉电，设备编号X也不会被清除。发射端读取掉电存储器中数据并将该数据作为通信地址配置给射频无线通信接收模块，发射端还用于通过载波调制通信的方式发送通信地址给接收端，接收端用于将该数据作为通信地址配置给射频无线通信发射模块，以实现发射端与接收端射频通信地址的匹配。

本实用新型通过在掉电存储器中存储数据，即相当于在发射端预存通信地址，在用电设备靠近需要进行电能传输时，发射端将预存的通信地址配置给发射端的射频无线通信接收模块，同时通过载波调制通信的方式将该通信地址告知接收端，实现发射端和接收端通信地址的匹配，该通信地址的设置方式没有个数限制，且只要通信地址不匹配，就无法建立无线通信连接，不存在相互干扰的情况，避免了现有技术中通信信道数量有限，进而应用范围受限，以及相邻信道的信号容易串扰的问题，本实用新型具有成本低，可靠性高，适用性广的优点。

具体地，发射端还包括发射端MCU、发射端电能变换电路、发射线圈和射频无线通信接收模块；接收端还包括接收线圈、信号解调电路、接收端MCU和射频无线通信发射模块；掉电存储器可以单独设置并与发射端MCU连接，也可以是集成在发射端MCU，即发射端MCU中内置掉电存储器。

发射端MCU用来控制发射端的信号处理与控制，其中包括通信地址信号的调制；发射端电能变换电路用来在发射端MCU的驱动控制下将电网的交流电转换为一定频率交流信号；发射线圈和接收线圈用来构建磁场进行能量传输，同时作为调制信号的载体，信号解调电路用来解调出发射端调制的信号，接收端MCU用来进行接收端的信号处理与控制。

具体地，参见图2、图3所示，发射端MCU包括可读取掉电存储器中设备编号的读取模块，可将存储器中设备作为通信地址配置给射频无线通信接收模块的配置模块，可将设备编号按照预设编码规则转换为通信编码信号的转换模块，以及可根据转换的通信编码信号控制发射端电能变换电路驱动频率的控制模块；接收端MCU包括可接收载波调制解调信号的第一接收模块，可将载波调制解调信号解码的解码模块，以及可将解码数据转换成通信地址(即为设备编号)并输出给射频无线通信发射模块的转换输出模块。

下面举例说明上述发射端MCU和接收端MCU的结构：掉电存储器中存储的设备编号X＝345，在进行无线通信地址配置时，发射端MCU中的读取模块先从掉电存储器中读取该数据345，由配置模块将该数据345作为通信地址分配给射频无线通信接收模块；同时，转换模块将读取到的数据345转换为对应的二进制信号101011001，控制模块根据二进制信号设置PWM驱动信号的频率，发射端电能变换电路在PWM驱动下传输电能；通过接收线圈和发射线圈的磁场耦合，接收线圈接收到发射端的信号，先由信号解调电路解调载波调制信号，随后由接收端MCU中第一接收模块接收载波调制解调信号，并由解码模块按照一定编码规则进行解码得到二进制数据101011001，转换输出模块将二进制数据转换为十进制345后配置给射频无线通信发射模块。

进一步地，在进行信道分配之前，现有技术一般采用传感器对发射端进行唤醒，即参见图1所示，接收线圈中设置有感应物，发射线圈中设置有传感器，在接收端靠近发射端时，当传感器感应到感应物时发射端唤醒。这种传感器唤醒方式存在误触发，受磁场干扰无法正常工作、发热等问题，为解决此技术问题，本实用新型提供了进一步地实用新型构思：由用电设备通过射频无线通信发射模块和射频无线通信接收模块之间的无线通信发送唤醒指令给发射端。

具体地，接收端MCU包括可接收用电设备唤醒指令的第二接收模块，以及可将唤醒指令发送给射频无线通信发射模块的发送模块。当用电设备到达指定位置后，接收端MCU的第二接收模块接收用电设备发送的唤醒指令，发送模块将唤醒指令发送至射频无线通信发射模块，射频无线通信发射模块通过公共通信频道和初始通信地址发送唤醒指令给射频无线通信接收模块，射频无线通信接收模块将唤醒指令传给发射端MCU，发射端被唤醒。此种唤醒方式替代了传感器，具有成本低、可靠性高的优点。

上述应用于无线电能传输的通信***的通信方法，包括以下步骤：

唤醒：发射端在不工作时处于休眠待机状态，接收端靠近发射端并唤醒发射端；

配置通信地址：发射端读取存储器中的数据，以此数据为无线接收模块配置通信地址，并通过载波调制的方式告知接收端当前发射端的通信地址；接收端对射频无线通信发射模块的通信地址进行配置，使其和射频无线通信接收模块相同；

建立通信：发射端和接收端建立通信连接，发射端向接收端传输能量。

本实用新型将掉电存储器中存储的数据作为通信地址配置给发射端的射频无线通信接收模块，同时通过频率调制的方式将该通信地址告知接收端，实现发射端和接收端通信地址的匹配，该通信地址的设置方式没有个数限制，且只要通信地址不匹配，就无法建立无线通信连接，不存在相互干扰的情况，避免了现有技术中通信信道数量有限，进而应用范围受限，以及相邻信道的信号容易串扰的问题，本实用新型具有成本低，可靠性高，适用性广的优点。

具体地，参见图4-8所示，唤醒步骤具体为：无线电能传输装置不工作时，发射端处于休眠待机状态，射频无线通信接收模块以公共通信频道和初始通信地址等待接收指令，当用电设备到达指定位置后，用电设备发出唤醒指令到接收端MCU，接收端MCU收到唤醒指令后传给射频无线通信发射模块，令射频无线通信发射模块通过公共通信频率和初始通信地址发送唤醒指令给射频无线通信接收模块。射频无线通信接收模块收到唤醒指令后传给发射端MCU，发射端被唤醒，但此时并不进行电能传输。需要注意的是：本***同时支持传感器唤醒方式，当用电设备到来时，发射线圈上的传感器可以感应到接收线圈中的感应物，随后，无线电能发射端被唤醒。

配置通信地址步骤：无线电能发射端被唤醒后，此时射频无线通信发射模块和射频无线通信接收模块工作在公共通信频率和初始通信地址。为了既支持一对多工作方式又能保证多套无线电能传输装置同时工作时互不干扰，都能稳定可靠地工作，需要给每一套无线电能传输装置设置不同的通信地址。具体实现方式如下：每一台发射端的设备编号X都是唯一的，并且设备编号X存储在掉电存储器中，可以保证即使发射端设备掉电，设备编号X也不会被清除。发射端接到唤醒指令后，发射端MCU读取存储在掉电存储器中的发射端设备编号X，并将其作为通信地址对射频无线通信接收模块进行配置。同时，通过载波调制的方式把通信地址信号调制到发射线圈上，接收线圈收到通信地址信号后传给接收端MCU，接收端MCU解调出通信地址信号，修改射频无线通信发射模块的通信地址进行配对。其中，载波调制的实现方式有很多种，包括调频、调幅、调相等，任何以载波调制的手段实现无线通信地址配置的方式，都在本专利的保护范围之内。

下面以调幅的载波调制方式、设备编号X＝345为例，对无线通信地址配置进行说明：发射端MCU通过改变PWM驱动信号的频率f来改变发射线圈上的电压幅值，PWM驱动信号的频率为f1时线圈电压幅值为V1，PWM驱动信号的频率为f2时线圈电压幅值为V2，V1大于V2。当发射端被唤醒后，发射端MCU读取掉电存储器中的发射端设备编号X＝345，并把射频无线通信接收模块的通信地址Y配置为Y＝345，然后把通信地址Y转换成对应的二进制信号101011001。如果要发送的数据位数为1，发射端MCU设置PWM驱动信号的频率为f1，发射端电能变换电路将电能传到发射线圈上，此时发射线圈上电压幅值为V1；如果要发送的数据位数为0，发射端MCU设置PWM驱动信号的频率为f2，发射端电能变换电路将电能传到发射线圈上，此时发射线圈上电压幅值为V2。通信地址为101011001时，发射端MCU以时间T为间隔改变PWM驱动信号的频率，调制到发射线圈上的电压波形如图6所示，由于接收线圈通过磁场耦合来接收电能，所以接收线圈上的电压波形与发射线圈上电压波形一致。接收端的信号解调电路进行信号解调，解调后的信号波形如图7所示，随后被送入接收端MCU，接收端MCU识别出“0”“1”信号，并通过一定编码规则进行解码，得到一串二进制数据101011001，并把它转换成十进制数345，接收端MCU将射频无线通信发射模块的通信地址配置为345，无线通信地址配置完成。

建立通信步骤具体为：射频无线通信发射模块的通信地址修改完成后，开始以公共频道、修改后的通信地址发送数据。发射端每完成一次信号调制后都先等待一段时间再进行下一次调制，在这段时间内，射频无线通信接收模块等待接收数据。若射频无线通信接收模块收到了射频无线通信发射模块的反馈数据，则结束通信地址信号的循环调制，正式开始传输能量到接收端，无线电能传输装置开始工作，并通过无线通信模块以发射端设备编号作为通信地址进行通信控制；若射频无线通信接收模块未收到射频无线通信发射模块的反馈数据，先判断发射端循环调制次数N是否超过了设定阈值Nmax。如果调制次数N未超过设定阈值Nmax，即N≤Nmax，则令调制次数N加一并更新调制次数N＝N+1，返回配置通信地址配步骤，进行下一次通信信号调制；如果调制次数N超过了设定阈值Nmax，即N>Nmax，射频无线通信接收模块仍未收到射频无线通信发射模块的反馈数据，则让发射端MCU复位，发射端休眠，进入待机状态。

因为每一个发射端的设备编号都是唯一不重复的，所以无线电能传输设备进行电能传输时的通信地址都是不同的，无线通信不会彼此干扰。这样一来，既可以保证任意一个接收端到来，都可以与发射端进行无线通信连接，通信地址配置成功后可以进行能量传输，又不会受到其它无线电能传输装置的干扰，亦不会干扰其它装置正常工作，使***更加安全可靠。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种应用于无线电能传输的通信***，包括具有射频无线通信接收模块的发射端，以及具有射频无线通信发射模块的接收端，其特征在于，发射端具有掉电存储器，掉电存储器中存储有数据，发射端用于将该数据作为通信地址配置给射频无线通信接收模块，以及通过载波调制通信的方式发送该数据给接收端，接收端用于将该数据作为通信地址配置给射频无线通信发射模块，以实现发射端与接收端射频通信地址的匹配。

2.根据权利要求1所述的应用于无线电能传输的通信***，其特征在于，掉电存储器中的数据可以是唯一的设备编号。

3.根据权利要求1或2所述的应用于无线电能传输的通信***，其特征在于，发射端还包括用于处理和控制发射端信号的发射端MCU，用于在发射端MCU的驱动控制下将电网的交流电转换为一定频率交流电的发射端电能变换电路，以及与发射端电能变换电路的输出端连接的发射线圈，发射端MCU与掉电存储器、射频无线通信接收模块连接；

接收端还包括用于接收发射线圈传输的载波调制信号的接收线圈，用于解调载波调制信号的信号解调电路，以及用于处理和控制接收端信号的接收端MCU，接收线圈的输出端连接信号解调电路的输入端，信号解调电路的输出端连接接收端MCU，接收端MCU的输出端连接射频无线通信发射模块。

4.根据权利要求3所述的应用于无线电能传输的通信***，其特征在于，发射端MCU包括可读取掉电存储器中设备编号码的读取模块，可将设备编号码作为通信地址配置给射频无线通信接收模块的配置模块，可将设备编码号按照预设编码规则转换为通信编码信号的转换模块，以及可根据转换的通信编码信号控制发射端电能变换电路工作频率的控制模块；

接收端MCU包括可接收载波调制解调信号的第一接收模块，可将载波调制解调信号解码的解码模块，以及可将解码数据转换成通信地址并输出给射频无线通信发射模块的转换输出模块。

5.根据权利要求1所述的应用于无线电能传输的通信***，其特征在于，掉电存储器可以集成于发射端MCU，或者掉电存储器为与发射端MCU连接的独立器件。

6.根据权利要求1所述的应用于无线电能传输的通信***，其特征在于，接收端MCU包括可接收用电设备唤醒指令的第二接收模块，以及可将唤醒指令发送给射频无线通信发射模块的发送模块。

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