本發(fā)明屬于無線電能傳輸及物聯(lián)網通信技術領域，具體涉及一種利用電纜磁場供電的分布式數(shù)據采集系統(tǒng)。

背景技術：

無線通信已經在全世界流行了近一百年，近些年來，無線充電因其便捷性、易分布性已成為世界電子行業(yè)發(fā)展的熱點和趨勢。目前無線充電的實現(xiàn)方式主要有感應耦合式、電磁共振、微波等三種，這三種技術分別適用于近程、中短程與遠程電力傳送,其中感應耦合式應用較為廣泛。在感應耦合式中，初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中感應出一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。隨著科技水平的不斷提高，無線充電近幾年來已經有了較為廣泛的應用，例如通過無線充電給電子產品快速充電，無線給電動汽車充電等等。

但是目前無線充電所能工作的環(huán)境過于局限，傳統(tǒng)的無線充電均采用發(fā)射、接收線圈來進行無線充電，在水下、雨林間等復雜惡劣的自然環(huán)境無法正常工作，信號發(fā)射端和接收端一旦進水，整個系統(tǒng)將完全癱瘓。但是事實上，農場、海下等場景中均需要微處理器來實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據，設計出一套能夠應對極端復雜環(huán)境的無線供電設備將為工農業(yè)帶來極大的幫助。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種利用電纜磁場供電的分布式數(shù)據采集系統(tǒng)，利用電纜中的交變電流產生磁場，在周圍的無線能量采集線圈中感應出電流，從而實現(xiàn)一對多的無線充電，能夠實現(xiàn)對水下等惡劣環(huán)境的實時監(jiān)測。

一種利用電纜磁場供電的分布式數(shù)據采集系統(tǒng)，包括：交流電流源、電纜以及多個數(shù)據采集單元；其中，所述電纜兩端分別與交流電流源的正負輸出極相連，所述交流電流源用于向電纜通入高頻的交變電流，從而使得電纜周邊產生交變磁場；所述數(shù)據采集單元包括無線能量采集模塊、數(shù)據采集模塊以及無線通信模塊，所述無線能量采集模塊利用耦合線圈在交變磁場中感應生成交流電壓，并對其進行整流穩(wěn)壓后得到固定幅值的直流電壓；所述數(shù)據采集模塊以該直流電壓作為工作電壓，利用傳感器感應環(huán)境參量并生成對應的電壓信號，并對該電壓信號進行采樣及信號處理以計算得到當前的環(huán)境參量，進而通過無線通信模塊將環(huán)境參量傳送至上位機。

優(yōu)選地，所述無線能量采集模塊由耦合線圈、整流電路和穩(wěn)壓電路依次連接組成，所述耦合線圈布置于電纜旁，其通過與電容連接實現(xiàn)lc串聯(lián)諧振以采集獲得固定頻率的交流電壓，所述整流電路用于將該交流電壓轉換為直流電壓，所述穩(wěn)壓電路用于對該直流電壓進行穩(wěn)壓處理后得到固定幅值的直流電壓；接收端采用lc串聯(lián)諧振，使其固有頻率與發(fā)射端的磁場頻率一致，從而產生共振，此時電磁場耦合強度明顯增強，無線電力的傳輸效率大幅度提高。

進一步地，所述耦合線圈采用盤式線圈且其所在平面通過電纜軸線，盤式線圈結構簡單，非常適合作為次級繞組，能夠安裝在小型設備內部，節(jié)省空間。

進一步地，所述數(shù)據采集模塊由微處理器和傳感器連接組成，所述傳感器用于感應環(huán)境參量并生成對應的電壓信號，所述微處理器用于對該電壓信號進行采樣及信號處理并計算出當前的環(huán)境參量。

進一步地，所述無線通信模塊采用射頻、藍牙、wifi或zigbee的通信方式。

進一步地，所述無線能量采集模塊、數(shù)據采集模塊以及無線通信模塊一并通過密閉封裝實現(xiàn)與外界隔離，可以工作在水下、土壤中等惡劣環(huán)境。

本發(fā)明的有益技術效果如下：

(1)本發(fā)明系統(tǒng)通過能量發(fā)射電纜和能量采集電路實現(xiàn)一對多的無線充電，只需通過一根公用電纜，以增加接收模塊的方式實現(xiàn)對多個數(shù)據采集裝置的同時供電。

(2)本發(fā)明系統(tǒng)可以適應水下等極端惡劣環(huán)境，發(fā)射端采用電纜，能量采集電路和數(shù)據采集裝置采用密閉封裝形式。

(3)本發(fā)明系統(tǒng)可以對環(huán)境中的各項參數(shù)進行實時監(jiān)控。同時可以將數(shù)據傳遞給上位機，實現(xiàn)遠程監(jiān)測，為生產生活帶來的極大的方便。

(4)本發(fā)明系統(tǒng)工程安裝簡單，沒有通信布線問題，使用和后期維護便捷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明分布式數(shù)據采集系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明中無線能量采集電路的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明中數(shù)據采集裝置的連接結構示意圖。

具體實施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明利用電纜磁場供電的分布式數(shù)據采集系統(tǒng)，包括交流電流源、能量信號發(fā)射電纜以及多個數(shù)據采集單元；其中：

交流電流源向能量信號發(fā)射電纜中通入高頻、大電流的能量信號，通過電磁感應，在電纜周邊產生交變磁場，發(fā)射到空間中。本實施方式中交流電流源采用微處理器對全橋逆變電路開關管的工作狀態(tài)的控制，實現(xiàn)dc-ac的轉換，產生100khz的方波信號通入電纜。

數(shù)據采集單元包括無線能量采集電路、數(shù)據采集裝置以及無線通信模塊，無線能量采集電路、數(shù)據采集裝置和無線通信模塊通過密閉封裝實現(xiàn)與外界隔離，可以工作在水下、土壤中等惡劣環(huán)境。

無線能量采集電路通過電磁耦合來采集能量，以支持數(shù)據采集單元的工作，其包括耦合線圈、整流電路和穩(wěn)壓電路，耦合線圈布置在線纜旁，通過電磁耦合的方式采集能量。使用電感、電容串聯(lián)諧振來采集固定頻率的電信號，采集到的能量通過整流電路、穩(wěn)壓電路后得到穩(wěn)定的直流電壓。

距離是無線電力傳輸?shù)囊淮笳系K，距離越遠損耗越大，接收端能感應到的電能也就越少。然而在通常情況下，當接收端天線的固有頻率與發(fā)射端的磁場頻率一致時，就會產生共振，此時電磁場耦合強度明顯增強，無線電力的傳輸效率大幅度提高。因此本實施方式的無線能量采集電路通過電感l(wèi)1、電容c1串聯(lián)諧振來采集固定頻率的交流電壓，以提高耦合強度，如圖2所示；然后將采集到的交流電壓通過整流電路、穩(wěn)壓電路，得到穩(wěn)定的+5v直流電壓，穩(wěn)壓電路采用的是78m05芯片。無線能量采集電路采用密閉封裝，可工作在水下等惡劣環(huán)境中；耦合線圈采用盤式線圈，這種線圈結構簡單，非常適合作為次級繞組，能夠安裝在小型設備內部，節(jié)省空間；同時，要求次級盤式線圈所在平面通過電纜軸線，以提高最高接收功率以及能量傳遞效率。

如圖3所示，數(shù)據采集裝置包括微處理器和環(huán)境溫度傳感器，溫度傳感器將環(huán)境溫度轉換為電壓信號接入微處理器的adc，微處理器進行電壓采樣和計算得到當前環(huán)境溫度，并通過無線通信模塊將測量結果傳輸至上位機。

本實施方式中微處理器采用ti公司型號為tms320f28035的芯片，微處理器執(zhí)行對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測并上傳給上位機；無線通信模塊可采用射頻通信、藍牙、wifi或zigbee等通信方式。

本實施方式發(fā)射端采用水下電纜完全防水，而無線能量采集電路和數(shù)據采集裝置完全密閉封裝，可以實現(xiàn)水下工作；電纜中通過的交變電流產生磁場、在周圍的無線能量采集線圈中感應出電流，從而實現(xiàn)一對多的無線充電系統(tǒng)；數(shù)據采集裝置監(jiān)測環(huán)境參數(shù)并傳給上位機，從而實現(xiàn)對水下等惡劣環(huán)境的實時監(jiān)測。

上述對實施例的描述是為便于本技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對上述實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。