一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统技术方案

一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统，包括一个驱动模块，一个发射模块，一个接收模块和一个负载模块：驱动模块包括电源、频率发生器、MCU、调制器、功率放大器、解调器和驱动天线。发射模块包括发射线圈和调谐电容。接收模块包括接收线圈和调谐电容。负载模块包括负载天线、整流器、解调器、调制器、MCU和应用电路。驱动模块将能量和信号协同发射到自由空间，经过发射模块和接收模块的无线传输后，被负载模块接收。负载模块还能将信号通过无线传输方式反馈，经过接收模块和发射模块的无线传输后，被驱动模块接收。本发明专利技术基于磁共振的无线传输，具有传输效率高、传输距离远、可双向通信、不怕障碍、实现灵活等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能量/信号协同传输
，尤其是涉及种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统。
技术介绍
无线技术，包括无线信号传输和无线能量传输，其发展正如火如荼，并且日益深入到我们生活的方方面面，不断影响和改变我们的日常生活。随着云计算和物联网的兴起，计算和环境感知智能设备将遍布世界，我们居住的地球将成为“智慧地球”。为了实现这一设想，需要一系列关键技术，无线能量/信号协同传输就是其中一种关键技术。无线能量/信号协同传输技术将使终端摆脱电源线和信号线的束缚，具有极大的灵活性、广泛的适应性。这项技术将可以应用到智能通讯、智能电网、智能交通、智能家居和健康医疗等领域，实现物流监控、生产制造加工控制、门禁控制、宠物管理、商品防伪、电子档案(生物技术护照)、健康监护、实时位置服务、军事监视与跟踪、环境监测等多种用途。目前的无线能量传输技术根据传输机制、应用范围和效率可以分为以下几种类另|J。远场无线能量/信号协同传输其典型例子就是无源RFID标签系统，无源RFID标签由阅读器为其供电，同时通过对电磁波的后向散射与阅读器进行通信。近场无线能量/信号协同传输其典型例子就是感应耦合电能传输系统，实现了电能的无线传输和控制信号的无线通信。基于磁共振的无线能量/信号协同传输是一种中距离无线能量/信号传输的新型技术，具有很多突出优点，因而具有极大的应用前景。其一，传输效率高很高，可以达到70%以上；其二，传输距离相对较远；其三，对负载端的方位没有特殊要求；其四，能够穿越障碍。其五，使用磁场来传输能量和进行通信，不会被周围的电介质影响，因此具有更好的性能。基于磁共振的无线能量/信号协同传输系统特别适合物联网应用，不仅可以传输ID、简单的控制信息，还有望传输功耗相对较高、数据量相对较大、方位多变的各种无源传感器数据，实现信号的双向传输，能够足够快的实时反馈无源传感器信息和控制无源传感器操作，是今后物联网的发展趋势，也是关键技术之一。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有基于远场的RFID无线能量/信号协同传输系统能量传输效率过低和基于电磁感应的无线能量/信号协同传输系统传输距离过近等问题；提供了一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统。本专利技术的技术方案为一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统，包括一个驱动模块，一个发射模块，一个接收模块和一个负载模块； 驱动模块包括电源、频率发生器、微控制单元、调制器、功率放大器、解调器和驱动天线；电源的输出端分别连接到频率发生器、微控制单元、调制器、解调器和功率放大器；在能量及信号无线传输流程中，微控制单元根据待传输的数据产生的相应编码信号输入调制器，频率发生器产生的工作频率输入调制器，调制器根据工作频率和编码信号所产生的调制波形接入功率放大器，功率放大器的输出连接驱动天线，驱动天线将经过功率放大器放大所得输出信号无线发射；在反馈信号无线传输流程中，发射线圈的反馈输出信号经自由空间传播到驱动天线，驱动天线接收到的数据送至解调器，解调器的输出接入微控制单元，微控制单元解码得到实际反馈的数据； 发射模块包括发射线圈和调谐电容；在能量及信号无线传输流程中，驱动天线的输出信号经自由空间传播到发射线圈；在反馈信号无线传输流程中，接收线圈的反馈输出信号经自由空间传播到发射线圈；发射线圈和调谐电容并联组成谐振回路，并谐振于工作频率处； 接收模块包括接收线圈和调谐电容；在能量及信号无线传输流程中，发射线圈的输出信号经自由空间传播到接收线圈；在反馈信号无线传输流程中，负载天线的反馈输出信号经自由空间传播到接收线圈；接收线圈和调谐电容并联组成谐振回路，并谐振于工作频率处； 负载模块包括负载天线、整流器、解调器、调制器、微控制单元和应用电路；在能量及信号无线传输流程中，接收线圈的输出信号经自由空间传播到负载天线；负载天线的输出端分别连接到解调器和整流器；整流器的输出端分别连接到解调器、调制器、微控制单元和应用电路；解调器的输出接入微控制单元，微控制单元产生的相应解码信号接入应用电路；在反馈信号无线传输流程中，应用电路反馈的数据接入微控制单元，微控制单元根据数据产生的相应编码信号输入调制器，调制器根据工作频率和编码信号所产生的调制波形连接到负载天线，负载天线将调制波形作为反馈输出信号无线发射。而且，驱动模块和负载模块中，微控制单元的编码和解码采用差动双相编解码方法。而且，信驱动模块和负载模块中，调制器和解调器分别采用幅移键控/开关键控ASK/0KK调制及解调方法。本专利技术适用于需要同时传输控制数据的无线供电系统。通过同一组驱动、发射、接收和负载天线(或线圈)，同时传输能量和信号，既可以对负载端进行无线供电，也可以传输控制数据，对负载端的无线供电进行控制，并且数据通信具有双向通信的特征，负载端能将反馈信息传回驱动端，从而控制驱动端相应改变无线供电模式，也能将负载端的数据(如各种传感数据)无线传回驱动端。这种系统具有传输效率高、传输距离远、可双向通信、不怕障碍、实现灵活等优点。附图说明图I是本专利技术实施例的系统原理 图2是本专利技术实施例中驱动模块的框 图3是本专利技术实施例中发射模块的框 图4是本专利技术实施例中接收模块的框 图5是本专利技术实施例中负载模块的框 图6是本专利技术实施例中的系统电路框图。具体实施方式本专利技术中，能量和信号共用驱动天线、发射线圈、接收线圈和负载天线进行基于磁共振方式的无线传输。以下结合附图和实施例详细说明本专利技术技术方案。参见图I、图6,本专利技术实施例包括一个驱动模块I, 一个发射模块2,—个接收模块3和一个负载模块4。驱动模块包括电源、频率发生器、微控制单元、调制器、功率放大器、解调器和驱动天线；电源的输出端分别连接到频率发生器、微控制单元、调制器、解调器和功率放大器；在能量及信号无线传输流程中，微控制单元根据待传输的数据(主要包括控制命令数据)产生的相应编码信号输入调制器，频率发生器产生的工作频率输入调制器，调制器根据工作频率和编码信号所产生的调制波形接入功率放大器，功率放大器的输出连接驱动天线，驱动天线将经过功率放大器放大所得输出信号(包括能量和编码后数据)无线发射；在反馈信号无线传输流程中，发射线圈的反馈输出信号经自由空间传播到驱动天线，驱动天线接收到的数据送至解调器，解调器的输出接入微控制单元，微控制单元解码得到实际反馈的数 据(包括传感数据等)。参见图2，本专利技术实施例中的驱动模块I包括电源11、频率发生器12、MCU13、调制器14、功率放大器15、驱动天线16、解调器17。电源11的输出端分别连接到频率发生器12、微控制单元(MCU) 13、调制器14、功率放大器15、解调器17。在具体实施时，电源11采用开关电源，为频率发生器12、MCU13、调制器14、功率放大器15、解调器17提供合适的直流电源。除接收电源11输入的直流电源之外，频率发生器12、MCU13、调制器14、功率放大器15、解调器17的相关具体电路连接有频率发生器12的输出端与调制器14的输入端相连。所述频率发生器12主要完成振荡信号的产生，为能量和信号的传输提供一个发射频率，即本系统的工作频率。具体实施时可采用考比兹振荡电路构成，由电感、电容组成振荡回路，根据传输距离需要产生固定频率的正弦波信号。工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统，其特征在于：包括一个驱动模块，一个发射模块，一个接收模块和一个负载模块；驱动模块包括电源、频率发生器、微控制单元、调制器、功率放大器、解调器和驱动天线；电源的输出端分别连接到频率发生器、微控制单元、调制器、解调器和功率放大器；在能量及信号无线传输流程中，微控制单元根据待传输的数据产生的相应编码信号输入调制器，频率发生器产生的工作频率输入调制器，调制器根据工作频率和编码信号所产生的调制波形接入功率放大器，功率放大器的输出连接驱动天线，驱动天线将经过功率放大器放大所得输出信号无线发射；在反馈信号无线传输流程中，发射线圈的反馈输出信号经自由空间传播到驱动天线，驱动天线接收到的数据送至解调器，解调器的输出接入微控制单元，微控制单元解码得到实际反馈的数据；发射模块包括发射线圈和调谐电容；在能量及信号无线传输流程中，驱动天线的输出信号经自由空间传播到发射线圈；在反馈信号无线传输流程中，接收线圈的反馈输出信号经自由空间传播到发射线圈；发射线圈和调谐电容并联组成谐振回路，并谐振于工作频率处；接收模块包括接收线圈和调谐电容；在能量及信号无线传输流程中，发射线圈的输出信号经自由空间传播到接收线圈；在反馈信号无线传输流程中，负载天线的反馈输出信号经自由空间传播到接收线圈；接收线圈和调谐电容并联组成谐振回路，并谐振于工作频率处；负载模块包括负载天线、整流器、解调器、调制器、微控制单元和应用电路；在能量及信号无线传输流程中，接收线圈的输出信号经自由空间传播到负载天线；负载天线的输出端分别连接到解调器和整流器；整流器的输出端分别连接到解调器、调制器、微控制单元和应用电路；解调器的输出接入微控制单元，微控制单元产生的相应解码信号接入应用电路；在反馈信号无线传输流程中，应用电路反馈的数据接入微控制单元，微控制单元根据数据产生的相应编码信号输入调制器，调制器根据工作频率和编码信号所产生的调制波形连接到负载天线，负载天线将调制波形作为反馈输出信号无线发射。...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统，其特征在于包括一个驱动模块，一个发射模块，一个接收模块和一个负载模块； 驱动模块包括电源、频率发生器、微控制单元、调制器、功率放大器、解调器和驱动天线；电源的输出端分别连接到频率发生器、微控制单元、调制器、解调器和功率放大器；在能量及信号无线传输流程中，微控制单元根据待传输的数据产生的相应编码信号输入调制器，频率发生器产生的工作频率输入调制器，调制器根据工作频率和编码信号所产生的调制波形接入功率放大器，功率放大器的输出连接驱动天线，驱动天线将经过功率放大器放大所得输出信号无线发射；在反馈信号无线传输流程中，发射线圈的反馈输出信号经自由空间传播到驱动天线，驱动天线接收到的数据送至解调器，解调器的输出接入微控制单元，微控制单元解码得到实际反馈的数据； 发射模块包括发射线圈和调谐电容；在能量及信号无线传输流程中，驱动天线的输出信号经自由空间传播到发射线圈；在反馈信号无线传输流程中，接收线圈的反馈输出信号经自由空间传播到发射线圈；发射线圈和调谐电容并联组成谐振回路，并谐振于工作频率处； 接收模块包括接收线圈和调谐电容；在能量及信号无线传输流程中，发射线...

【专利技术属性】
技术研发人员：石新智，祁昶，叶双莉，王高峰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：