无线可充电移动节点制造技术

本发明专利技术公开了一种无线可充电移动节点，包括控制模块、无线通信传输模块、无线能量传输模块、电机驱动模块、电压转换模块、电源模块和信息显示模块，可为无线可充电传感器网络中传感器节点充电。电源模块由电池和电量监测模块组成。无线能量传输模块通过磁耦合谐振技术，从基站获得能量，为无线可充电移动节点中的电池充电；也可根据无线可充电传感器网络中传感器节点需要，通过磁耦合谐振为网络节点充电。无线通信传输模块可接收无线可充电传感器网络中节点数据信息和能量信息。依据无线可充电移动节点能量信息，控制模块经过信息处理及调度，选择网络中最需要充电的节点，均衡了无线可充电传感器网络中节点能量需要，解决网络能量受限的瓶颈。

Wireless rechargeable mobile node

The invention discloses a wireless rechargeable mobile node, including control module, wireless communication module, wireless power transmission module, motor drive module, voltage conversion module, power supply module and information display module, can charge the rechargeable wireless sensor nodes in a sensor network. The power supply module is composed of a battery and a power monitoring module. The wireless power transmission module through the coupled magnetic resonance technology, energy obtained from the base station, wireless charging for mobile node in rechargeable battery; also can according to the need of wireless sensor rechargeable nodes in a sensor network through magnetic resonance network charging. The wireless communication module can receive the data information and the energy information in the wireless chargeable sensor network. On the basis of the wireless rechargeable mobile node energy information control module through information processing and scheduling, selection of nodes in the network are most in need of charging, the need to balance node energy wireless rechargeable sensor network, solving the bottleneck of network energy limited.

【技术实现步骤摘要】
无线可充电移动节点
本专利技术涉及一种无线可充电移动节点，属于无线传感器网络领域。
技术介绍
经过几十年的发展，无线传感器网络逐渐走出实验室，广泛地应用于环境、建筑设施、动植物及人体等的追踪和监控，具体应用包括海洋监测、火山观测、生态系统监测、城市设施监测、建筑状况监测、智能电网监测、桥梁监测、车辆跟踪、智能交通、室内定位、室温监控、灾难救助、智能园艺、精确农业及人体健康监测等等。这些应用对无线传感器网络提出一个共同的要求，即网络能够持续地、有效地工作。特别是在偏远地区或自然环境恶劣地区，网络得到维护和更新时间更长，甚至自部署起就没有人工参与。为了能够完成监测任务，网络还需要保持连通性、覆盖性等要求，这对无线传感器网络中的节点能量提出巨大的挑战。通常，无线传感器网络中的节点体积较小，携带的电池电量较少，因此，能量问题已成为无线传感器网络应用的一大瓶颈，也是无线传感器网络应用所面临的约束和挑战。网络中的某些节点因能量耗尽进而失效，进而导致整个无线传感器网络失效，但网络其它节点仍有能量，造成网络资源的严重浪费。无线传感器网络中的节点通常由锂电池供电。电池电量的有限，无法为传感器节点工作提供永久电量。为了解决这个能量受限问题，主要有如下两种方法：一是降低节点功耗；二是通过某种形式对能量进行补充。前者可以通过优化路由协议和降低数据传输速率等方式，降低能量消耗，延长传感器节点的工作时间，但是电池能量始终处于消耗状态，会终将耗尽，没有从根本上解决能量受限问题；后者为锂电池进行补充能量方式，目前有如下几种：(1)更换电池，如专利技术专利“一种基于双电源模块的无线传感器网络节点”(CN101951631A)采用双电源供电模式，当一个电源电量耗尽时，工作人员到现场更换，对于人无法达到的环境来说，无法实现，具有一定局限性；(2)传感器节点对太阳能、风能等能量进行收集，转化成电能，提供给节点正常工作，如专利技术专利“传感器网络节点能量自供给方法和装置”(CN102306949A)，采用双电源供电模式，当一个电源电量耗尽时，通过太阳能进行充电，但这种方法易受环境影响，能量获取不稳定。(3)通过电磁感应或电磁辐射方式对传感器节点进行充电，如专利技术专利“无线充电传感器节点”(CN102013737A)，这种方式的接收端体积小，有成熟的IC芯片易实现，但传输距离近，随着距离的增大，传输效率急剧衰减，接收效率低；(4)通过电磁耦合谐振方式对传感器节点进行能量补充，如专利技术专利“一种无线传感器网络的无线充电系统”(CN105006894A)采用磁耦合技术对单个节点充电，专利技术专利“无线传感器网络节点充电系统”(CN203326733U)采用磁耦合技术同时对多个节点充电。上述基于磁耦合充电过程中，只是给出充电原理，对于多个节点需要进行充电时如何处理，以及提供充电能量的节点自身能量如果不能满足多个节点充电需要情况如何处理，没有考虑。
技术实现思路
本专利技术主要针对无线可充电传感器网络中多个节点需要充电，而提供充电能量的节点自身能量不能满足时，专利技术一种无线可充电移动节点。无线可充电移动节点通过磁耦合技术为网络节点充电，通过检测自身能量及移动到基站进行续能，在网络中来回移动为多个节点进行充电。无线可充电移动节点包括控制模块、无线通信传输模块、无线能量传输模块、电机驱动模块、电压转换模块、电源模块和信息显示模块；电源模块由电池和电量监测模块组成，为其它模块提供能量；无线能量传输模块通过磁耦合谐振技术，从基站获得能量，为无线可充电移动节点中的电池充电；也可根据无线可充电传感器网络中传感器节点需要，通过磁耦合谐振为网络节点充电；无线通信传输模块可接收无线可充电传感器网络中节点数据信息和能量信息；电机驱动模块控制无线可充电移动节点的运动；电压转换模块为其它模块提供正常的工作电压；控制模块依据从无线通信传输模块获得的网络节点的数据信息和能量信息，为其它模块提供控制信息。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：具体来说，所述的无线通信传输模块接收无线可充电传感器网络中的节点能量信息数据包，该部分与控制模块内部集成的UART接口相连，该部分在接收数据包之后，通过UART接口，将数据包发送至控制模块。进一步地，所述的无线通信传输模块接收到的控制信息，通过SPI通信方式，发送至控制模块，控制模块接收到信息后，解析信息，并发出相应的控制信号，控制舵机和电机运转。进一步地，所述的电压转换模块包括如下这几部分：(1)将电池电压转为VOUT_1；(2)将电池电压转为VOUT_3；(3)将电池电压转为VOUT_4；(4)将VOUT_1转为VOUT_2。VOUT_1主要为节点无线通信传输模块提供电源。VOUT_2主要为信息显示模块提供电源。VOUT_3主要为电机驱动模块、控制模块提供电源。VOUT_4主要为无线能量传输模块提供电源。进一步地，所述的信息显示模块与控制模块内部集成的IIC接口相连，信息显示模块初始化后，控制模块将要显示的数据通过IIC写入信息显示模块，该模块OLED屏上显示相应信息。进一步地，所述的电机驱动模块主要通过控制模块输出的两路周期相同的PWM波进行控制，通过修改两路PWM波的占空比，实现电机的正向和反向转动。进一步地，所述的无线能量传输模块主要通过控制模块输出两路一定频率的互补PWM波进行控制，两路互补PWM通过相应电路增强PWM波负载能力后，控制上下半桥开关断，将直流电转化为交流电，引起LC电路振荡，实现无线能量传输。进一步地，所述的控制模块输出的一路周期的PWM波控制舵机，通过改变PWM的占空比，实现舵机的向左或者向右转动。进一步地，所述的控制模块初始化各个模块，启动网络；等待传感器节点加入网络；判定是否收到充电请求，如果没有收到请求，继续等待，否则，从请求充电节点中，选择最需要充电的节点；根据最需要充电节点的位置，无线可充电移动节点达到其位置附近；无线可充电移动节点与最需要充电节点进行通信，获取该节点的数据信息；监测无线可充电移动节点本身能量信息；通过信息显示模块显示无线可充电移动节点能量信息及节点数据信息；开启无线能量传输，无线可充电移动节点为最需要充电节点充电；判断无线可充电移动节点是否达到其能量下限，如果达到，则返回基站进行自身能量补充，否则，周期地获取充电节点的能量；判断是否充电完成，如果完成，则关闭无线能量传输，否则，返回重新选择最需要充电的节点。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1是无线可充电移动节点的整体结构示意图图2是无线可充电移动节点的控制模块最小系统原理图图3是无线可充电移动节点的电机驱动模块原理图图4是无线可充电移动节点的基于磁耦合谐振的无线能量传输模块原理图图5是无线可充电移动节点的电压转换模块原理图图6是无线可充电移动节点的电量监测模块原理图图7是无线可充电移动节点的结构设计图图8是无线可充电移动节点的工作流程图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无线可充电移动节点做出详细说明。本专利技术的无线可充电移动节点基于磁耦合谐振技术，根据需要对配有基于磁耦合能量接收装置的传感器节点进行充电，实现传感器节点的电池循环利用，有效解决无线传感网络节点能量耗尽问题，延长整个无线传感器网络的寿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线可充电移动节点，其特征在于，其包括控制模块、无线通信传输模块、无线能量传输模块、电机驱动模块、电压转换模块、电源模块和信息显示模块；所述的电源模块由电池和电量监测模块组成，为其它模块提供能量；所述的无线能量传输模块通过磁耦合谐振技术，从基站获得能量，为该节点中的电池充电；也可根据无线可充电传感器网络中传感器节点需要，通过磁耦合谐振为网络节点充电；所述的无线通信传输模块可接收无线可充电传感器网络中节点数据信息和能量信息；所述的电机驱动模块控制无线可充电移动节点的运动；所述的电压转换模块为其它模块提供正常的工作电压；所述的控制模块依据从无线通信传输模块获得的网络节点的数据信息和能量信息，为其它模块提供控制信息。

【技术特征摘要】
1.一种无线可充电移动节点，其特征在于，其包括控制模块、无线通信传输模块、无线能量传输模块、电机驱动模块、电压转换模块、电源模块和信息显示模块；所述的电源模块由电池和电量监测模块组成，为其它模块提供能量；所述的无线能量传输模块通过磁耦合谐振技术，从基站获得能量，为该节点中的电池充电；也可根据无线可充电传感器网络中传感器节点需要，通过磁耦合谐振为网络节点充电；所述的无线通信传输模块可接收无线可充电传感器网络中节点数据信息和能量信息；所述的电机驱动模块控制无线可充电移动节点的运动；所述的电压转换模块为其它模块提供正常的工作电压；所述的控制模块依据从无线通信传输模块获得的网络节点的数据信息和能量信息，为其它模块提供控制信息。2.按照权利要求1所述的无线可充电移动节点，其特征在于：所述电源模块中的电量监测模块由电压检测U21、限流电阻R46、保证测量电流和电压的准确性的R55、R57、C68，以及防止电池电压输入过大保护U21的D28、R58、C69组...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志贵，刘英平，杜春辉，刘莹，周轶恒，刘书语，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12