一种基于无人飞行器的无线充电系统及方法技术方案

一种基于无人飞行器的无线充电系统及方法，系统是在无人飞行器上设置有用于向处在被监测区域中的无线传感器网络进行充电的无线充电控制装置，无线传感器网络是由用于采集数据的多数个普通节点和在采集数据的同时还接收普通节点所采集的数据，并将自身采集的数据和普通节点采集的数据发送给远程控制中心的多数个核心节点构成，无线充电控制装置是用于向所述的核心节点进行充电。方法核心节点向远程监控中心发送充电请求；安装有无线充电控制装置的无人飞行器前往被充电的核心节点；在核心节点的上方悬停降落并无线充电；电量充足后核心节点发送充电结束请求；无线充电模块结束充电并离开。本发明专利技术能够有效解决无线传感器网络节点的能耗对节点寿命的严重影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人飞行器的无线充电系统及方法
本专利技术涉及一种无线充电系统。特别是涉及一种通过无人飞行器向无线传感器网络节点进行充电的基于无人飞行器的无线充电系统及方法。
技术介绍
无线传感器网络技术在国防、环境监测、医疗、工业、农林业等领域均有广泛的应用前景。该技术的发展及应用受到普遍关注，其中一个重要的研究热点就是传感器节点的能量管理问题。节点在进行数据传输时消耗较多能量，特别是负责路由功能的节点。由于无线传感器网络通常布置在无人维护的地区，当传感器节点的电能耗尽时，该节点就失去作用。传感器网络使用时间越长，因电能耗尽而失效的节点就越多，最终致使整个传感器网络完全失效。由此导致硬件资源的严重浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够有效解决无线传感器网络节点的能耗对节点寿命的严重影响的基于无人飞行器的无线充电系统及方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于无人飞行器的无线充电系统，包括无人飞行器，与无人飞行器无线通信连接的远程控制中心，所述的无人飞行器上设置有用于向处在被监测区域中的无线传感器网络进行充电的无线充电控制装置，所述的无线传感器网络是由用于采集数据的多数个普通节点和在采集数据的同时还接收普通节点所采集的数据，并将自身采集的数据和普通节点采集的数据发送给远程控制中心的多数个核心节点构成，所述的无线充电控制装置是用于向所述的核心节点进行充电。所述的无线充电控制装置包括有：机载控制单元，所述的机载控制单元分别连接用于向机载控制单元提供无人飞行器的位置信息的机载定位模块、用于向核心节点提供无线充电的电能并向无人飞行器供电的高能电池、用于对电量不足的核心节点进行无线充电的无线充电模块以及用于分别与远程控制中心和被充电的核心节点进行通信的机载通信模块，所述的机载控制单元还连接无人飞行器中的能够根据接收到的机载控制单元所发出的飞行指令来控制无人飞行器飞行的飞行控制模块。所述的被监测区域包括有若干个监测子区域，每一个核心节点是以抛撒的方式设置在被监测区域内的一个监测子区域的中心地带，每个子区域配置至少一个核心节点，所述的多个普通节点是以随机抛撒的方式抛撒在各监测子区域中，在一个监测子区域中所述的普通节点的数量大于所述核心节点的数量。所述的核心节点包括有传感器，用于对传感器所采集的信号进行预处理和A/D转换的信号处理电路，用于分别与无线充电控制装置中的机载通信模块、子区域内的普通节点和其他子区域的核心节点进行通信，以及在核心节点和远程控制中心之间进行远程数据传输的传感器控制器，所述传感器控制器分别连接信号处理电路、用于给核心节点提供电源的可充电电池和无线充电接收装置。所述的传感器控制器包括有与所述的信号处理电路相连用于接收信号处理电路的输出数据的控制单元，所述的控制单元分别连接用于接收无线充电接收装置的输出信号的位置检测模块，连接通过无线充电接收装置接收无线充电控制装置中的无线充电模块的电能给可充电电池充电的充电器主电路，连接用于检测可充电电池电压量的电压检测模块，以及连接用于接收来自普通节点的数据，采用与远程控制中心直接通信或通过其他核心节点间接与远程控制中心通信的方式来传输数据，并向远程监控中心发送充电请求信息和向无线充电控制装置中的机载通信模块发送充电结束请求信息的通信模块。所述的无线充电接收装置包括有用于接收无线充电控制装置中的无线充电模块的电能并将所述的电能输出给充电器主电路的接收线圈，以及若干个围绕接收线圈均匀分布用于检查无线充电模块的发射线圈与所述的接收线圈是否对准的位置检测线圈，所述位置检测线圈的信号输出端连接传感器控制器中的位置检测模块。一种基于无人飞行器的无线充电系统的控制方法，包括如下步骤：1)当所述的无线传感器网络中任一子区域的核心节点电量不足时，所述核心节点通过自身的通信模块向远程监控中心发送充电请求信息；2)远程监控中心派出安装有无线充电控制装置的无人飞行器前往所述的区域，无线充电控制装置中的机载控制单元根据被充电的核心节点的位置坐标以及机载定位模块提供的无人飞行器的位置信息，搜索并前往被充电的核心节点；3)无人飞行器在需要充电的核心节点的上方悬停，通过自身位置的调整使无线充电控制装置中的无线充电模块与被充电的核心节点的无线充电接收装置中的接收线圈准确定位，然后降落并开始无线充电；4)被充电的核心节点的控制单元通过电压检测模块实时测量可充电电池的电压，当电量充足后，所述控制单元通过通信模块向无人飞行器上的无线充电控制装置中的机载通信模块发送充电结束请求；5)无人飞行器上的无线充电控制装置中的机载控制单元接收到充电结束请求后，控制无线充电模块结束充电并离开。步骤1)还包括核心节点将自身的可充电电池的电量信息实时发送给远程监控中心，由远程监控中心决定是否派无人飞行器进行无线充电。步骤3)所述的使无线充电控制装置中的无线充电模块与被充电的核心节点的无线充电接收装置中的接收线圈准确定位的过程，包括如下步骤：(1)无人飞行器在被充电的核心节点上方悬停，无线充电控制装置中的机载控制单元控制无线充电模块发出充电信号；(2)被充电的核心节点的控制单元通过位置检测模块接收来自无线充电接收装置中的位置检测线圈的输出信号，并通过通信模块将相对位置信息传输给无线充电控制装置中的通信模块；(3)位于无人飞行器上的机载控制单元根据接收到被充电的核心节点中通信模块所发出的位置检测线圈所检测到接收线圈与无线充电模块23之间的相对位置信息，判断无线充电模块与所述接收线圈的定位情况，并通过无人飞行器本身的飞行控制模块实时调整无人飞行器的位置；(4)当被充电的核心节点的无线充电接收装置中的几个位置检测线圈输出的电压信号相等，或几个位置检测线圈输出的电压信号之间的相对误差在预先设定的误差范围之内时，说明机载无线充电模块的充电线圈和被充电的核心节点的接收线圈已对准，无线充电接收装置中的机载控制单元通过无人飞行器的飞行控制模块控制无人飞行器降落并控制无线充电模块开始充电。本专利技术的一种基于无人飞行器的无线充电系统及方法，通过定期给无线传感器节点充电，以实现传感器电池的循环利用，能够有效解决无线传感器网络节点的能耗对节点寿命的严重影响，节省传感器硬件资源的消耗，降低传感器节点在网络重组、路由计算等方面的软件开销。因此在国防、环境监测、医疗、工业、农林业等领域均有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术的基于无人飞行器的无线充电系统的整体结构示意图；图2是包含核心节点与普通节点的传感器抛撒方案图；图3是本专利技术中无线充电控制装置的构成框图；图4是核心节点的传感器控制器和无线充电接收装置的构成框图；图5是无线充电控制装置与被充电核心节点的接收线圈进行定位的示意图。图中1：无人飞行器11：飞行控制模块2：无线充电控制装置21：机载控制单元22：高能电池23：无线充电模块24：机载通信模块25：机载定位模块3：远程控制中心4：核心节点41：信号处理电路42：传感器控制器421：控制单元422：位置检测模块423：充电器主电路424：通信模块425：电压检测模块43：可充电电池44：无线充电接收装置441：接收线圈442：位置检测线圈5：普通节点具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种基于无人飞行器的无线充电系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人飞行器的无线充电系统，包括无人飞行器(1)，与无人飞行器(1)无线通信连接的远程控制中心(3)，其特征在于，所述的无人飞行器(1)上设置有用于向处在被监测区域中的无线传感器网络进行充电的无线充电控制装置(2)，所述的无线传感器网络是由用于采集数据的多数个普通节点(5)和在采集数据的同时还接收普通节点(5)所采集的数据，并将自身采集的数据和普通节点(5)采集的数据发送给远程控制中心(3)的多数个核心节点(4)构成，所述的无线充电控制装置(2)是用于向所述的核心节点(4)进行充电。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人飞行器的无线充电系统，包括无人飞行器（1），与无人飞行器（1）无线通信连接的远程控制中心（3），其特征在于，所述的无人飞行器（1）上设置有用于向处在被监测区域中的无线传感器网络进行充电的无线充电控制装置（2），所述的无线传感器网络是由用于采集数据的多数个普通节点（5）和在采集数据的同时还接收普通节点（5）所采集的数据，并将自身采集的数据和普通节点（5）采集的数据发送给远程控制中心（3）的多数个核心节点（4）构成，所述的无线充电控制装置（2）是用于向所述的核心节点（4）进行充电；所述的核心节点（4）包括有传感器，用于对传感器所采集的信号进行预处理和A/D转换的信号处理电路（41），用于分别与无线充电控制装置（2）中的机载通信模块（24）、监控子区域内的普通节点（5）和其他监控子区域的核心节点进行通信，以及在核心节点（4）和远程控制中心（3）之间进行远程数据传输的传感器控制器（42），所述传感器控制器（42）分别连接信号处理电路（41）、用于给核心节点（4）提供电源的可充电电池（43）和无线充电接收装置（44），所述的传感器控制器（42）包括有与所述的信号处理电路（41）相连用于接收信号处理电路（41）的输出数据的控制单元（421），所述的控制单元（421）分别连接用于接收无线充电接收装置（44）的输出信号的位置检测模块（422），连接通过无线充电接收装置（44）接收无线充电控制装置（2）中的无线充电模块（23）的电能给可充电电池（43）充电的充电器主电路（423），连接用于检测可充电电池（43）电压量的电压检测模块（425），以及连接用于接收来自普通节点（5）的数据，采用与远程控制中心（3）直接通信或通过其他核心节点间接与远程控制中心（3）通信的方式来传输数据，并向远程控制中心（3）发送充电请求信息和向无线充电控制装置（2）中的机载通信模块（24）发送充电结束请求信息的通信模块（424）。2.根据权利要求1所述的一种基于无人飞行器的无线充电系统，其特征在于，所述的无线充电控制装置（2）包括有：机载控制单元（21），所述的机载控制单元（21）分别连接用于向机载控制单元（21）提供无人飞行器（1）的位置信息的机载定位模块（25）、用于向核心节点（4）提供无线充电的电能并向无人飞行器（1）供电的高能电池（22）、用于对电量不足的核心节点（4）进行无线充电的无线充电模块（23）以及用于分别与远程控制中心（3）和被充电的核心节点（4）进行通信的机载通信模块（24），所述的机载控制单元（21）还连接无人飞行器（1）中的能够根据接收到的机载控制单元（21）所发出的飞行指令来控制无人飞行器（1）飞行的飞行控制模块（11）。3.根据权利要求1所述的一种基于无人飞行器的无线充电系统，其特征在于，所述的被监测区域包括有若干个监测子区域，每一个核心节点（4）是以抛撒的方式设置在被监测区域内的一个监测子区域的中心地带，每个监控子区域配置至少一个核心节点（4），所述的多数个普通节点（5）是以随机抛撒的方式抛撒在各监测子区域中，在一个监测子区域中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘迎澍，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12