本發(fā)明屬于無線電能傳輸領域，尤其涉及一種可選擇通信信道的無線電能傳輸系統。

背景技術：

無線電能傳輸因其具有非接觸、無電線連接、便捷靈活、安全美觀等優(yōu)點，目前發(fā)展迅速，且被廣泛應用于多個領域。無線電能傳輸系統包括兩部分：發(fā)射端和接收端，而發(fā)射端和接收端通過磁場來傳遞能量，兩者之間不用電線連接，發(fā)射端要知道接收端狀態(tài)以進行功率調節(jié)、控制能量傳輸，其信號傳送由無線射頻模塊完成。其中，射頻無線射頻模塊因其成本廉價、適應性好、擴展性好等特點，常被用來建立無線數據傳輸的通道，也就是我們所說的射頻無線通信系統。

目前，無線電能傳輸系統有兩種工作方式：固定通信信道工作方式和非固定通信信道工作方式。其中，固定通信信道工作方式是指每一套無線電能傳輸系統都有自己專屬的通信信道，一個發(fā)射端只匹配一個接收端，只有二者的通信地址和通信信道完全一致時，無線電能傳輸裝置才開始工作。這種工作方式需要預先為發(fā)射端和接收端設定好通信信道，人為操作十分麻煩，要清楚的標記好每套設備的通信信道，否則一旦出錯，就容易產生混亂，使設備不能正常工作。而非固定通信信道工作方式則是指無線電能發(fā)射裝置的無線通信信道并不是固定的，通信信道沒有事先設定，任意一個發(fā)射端和任意一個接收端都能匹配進行電能傳輸，它們享有共同的通信信道。射頻無線通信系統使用起來雖然簡單高效，但它的數據傳輸距離一般比較遠，通信距離從十幾米到上千米不等，而無線電能傳輸系統的工作距離一般只有幾厘米到幾十厘米。在較小的空間范圍內，如果有多個無線電能傳輸裝置同時工作，由于通信信道相同，每一個發(fā)射端都可以接收到多個接收端反饋的通信信號，因此容易彼此干擾，使設備工作不正常。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種無線電能傳輸系統及其射頻通信方法，該發(fā)明可實現自動給發(fā)射端和接收端分配通信信道，方便快捷，安全可靠。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種無線電能傳輸系統，包括發(fā)射端和接收端，其中，發(fā)射端包括用于傳輸無線電能的發(fā)射線圈，用于控制發(fā)射端信號處理與控制的發(fā)射端mcu，以及用于接收接收端狀態(tài)信息的射頻接收模塊，接收端包括用于接收無線電能的接收線圈，用于控制接收端信號處理與控制的接收端mcu，以及用于發(fā)射接收端狀態(tài)信息的射頻發(fā)射模塊，接收線圈與接收端mcu之間連接有用于解調出發(fā)射端調制信號的信號解調電路。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，信號解調電路包括順次相連的分壓電阻，半波整流電路以及比較器u1，其中，分壓電阻包括相并聯的電阻r1和電阻r2，半波整流電路包括與分壓電阻串聯的二極管d1，電流從分壓電阻流入經過二極管d1流入至比較器u1；并聯于二極管d1的濾波電容c1，比較器u1串聯于半波整流電路，比較器u1的另一個輸入端連接輸入基準電壓的基準電路，輸出端連接接收端mcu，以將比較后的信號輸出至接收端mcu。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，發(fā)射端進一步包括連接于電網的發(fā)射端整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接逆變電路，逆變電路的輸出端連接發(fā)射線圈，發(fā)射端mcu與逆變電路之間連接有用于放大發(fā)射端mcu發(fā)出的驅動信號以給逆變電路進行磁場控制的驅動電路；接收端進一步包括連接于接收線圈的接收端整流濾波電路，接收端整流濾波電路的輸出端連接有dc/dc變換電路，接收端整流濾波電路的輸出端同時連接接收端mcu，dc/dc變換電路外接負載。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，發(fā)射端mcu包括可接收射頻接收模塊中通信信道頻率的接收模塊，可將通信信道頻率按照預設編碼規(guī)則轉換為通信頻率編碼信號的轉換模塊，以及可根據轉換模塊中轉換信號控制驅動電路開斷的控制模塊，其中，接收模塊電性連接轉換模塊，轉換模塊電性連接控制模塊。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，接收端mcu包括解調信號接收模塊，用于檢測解調信號高低電平的檢測模塊，以及用于將解讀后頻道信號輸出至射頻發(fā)射模塊的輸出模塊，其中，解調信號接收模塊電性連接于信號解調電路的輸出端，檢測模塊電性連接解調信號接收模塊，輸出模塊電性連接于射頻發(fā)射模塊。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，發(fā)射線圈內設有可感應發(fā)射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應信號.

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，接收線圈內置有可增強接近式傳感器感應強度的感應物。

一種無線電能傳輸系統的射頻通信方法，使用上述所述無線電能傳輸系統，其特征在于：包括以下步驟：

激活發(fā)射端：發(fā)射端在不工作時處于休眠狀態(tài)，當接收端處于發(fā)射端的工作范圍內時，發(fā)射端被激活；

掃頻：發(fā)射端掃描通信信道，并確定未被占用的通信信道以及該通信信道所對應的頻率；

發(fā)射端mcu編碼通信信道頻率，并將編碼后的編碼信號傳輸至接收端；

接收端的信號解調電路解調發(fā)射端調制的信號，并把該解調信號傳送到接收端mcu，接收端mcu控制射頻發(fā)射模塊初始化，并根據解調信號設定射頻發(fā)射端的通信頻率；

發(fā)射端與接收端之間建立通信連接；

無線電能傳輸系統開始工作。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，在掃頻步驟中，進一步包括以下步驟：

發(fā)射端的射頻接收模塊喚醒后進行初始化設置，并開始掃描頻道；

射頻接收模塊以預設頻道x對應的通信信道頻率f0等待接收數據；

發(fā)射端mcu判斷射頻接收模塊是否接收到數據，如是，表示該通信信道x已被占用，令預設頻道x＝x+1，對應的通信信道頻率為f0＝f0+δf，并返回上一步驟；如否，則確定x為未被占用頻道，以及其對應的通信信道頻率f0，結束掃頻。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，在發(fā)射端與接收端之間建立通信連接的步驟中，進一步包括以下步驟：

接收端中的信號解調電路解調通信信道頻率編碼并傳送至接收端mcu；

接收端mcu控制射頻發(fā)射模塊初始化，并發(fā)送未被占用頻道x對應的通信信道頻率f0至射頻接收模塊；

發(fā)射端mcu檢測射頻接收模塊是否收到數據，如是，則執(zhí)行下一步；如否，則返回第一步，即接收端中的信號解調電路解調通信信道頻率編碼并傳送至接收端mcu；

發(fā)射端開始傳輸電能至接收端。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：

1、本發(fā)明的無線電能傳輸系統，其通過設置雙向通信電路，可以自動給發(fā)射端和接收端分配通信信道，方便快捷，安全可靠；

2、本發(fā)明無線電能傳輸系統的射頻通信方法，在無線電能傳輸系統工作之前，發(fā)射端會先進行通信信道掃描，在分配通信信道時跳過已經被占用的頻道，確保每一套無線電能傳輸裝置都能安全穩(wěn)定地工作，避免了同一時間段內同一個通信信道被多個設備使用；

3、本發(fā)明無線電能傳輸系統的射頻通信方法，其通信分配自動控制，整個流程不需要人為干預，更加方便快捷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明無線電能傳輸系統的框圖示意圖；

圖2為圖1中信號解調電路的拓撲示意圖；

圖3為本發(fā)明發(fā)射端mcu中模塊的框圖示意圖；

圖4為本發(fā)明接收端mcu中模塊的框圖示意圖；

圖5為接收線圈上的電壓波形；

圖6為整流二極管后的電壓波形；

圖7為濾波電容后的電壓波形；

圖8為比較器輸出電壓波形；

圖9為本發(fā)明射頻通信方法的流程圖；

圖10為掃頻階段的流程圖；

圖11為無線通信建立流程圖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發(fā)明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

參見圖1，是本發(fā)明無線電能傳輸系統的框圖示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的無線電能傳輸系統，包括發(fā)射端和接收端，其中，發(fā)射端包括用于傳輸無線電能的發(fā)射線圈，用于控制發(fā)射端信號處理與控制的發(fā)射端mcu，以及用于接收接收端狀態(tài)信息的射頻接收模塊，接收端包括用于接收無線電能的接收線圈，用于控制接收端信號處理與控制的接收端mcu，以及用于發(fā)射接收端狀態(tài)信息的射頻發(fā)射模塊，通過上述發(fā)射線圈與接收線圈的設置，可實現無線電能的傳輸，該處的接收線圈通過磁場耦合拾取發(fā)射線圈的能量；而上述射頻發(fā)射模塊與射頻接收模塊的設置，實現了無線發(fā)送端與無線接收端之間的單向射頻通訊傳輸，射頻通訊傳輸的建立有利于無線發(fā)射端根據無線接收端負載的需求而適時改變。

進一步結合圖1和圖2所示，本發(fā)明的無線電能傳輸系統進一步在接收線圈與接收端mcu之間連接有用于解調出發(fā)射端調制信號的信號解調電路。其中，信號解調電路包括順次相連的分壓電阻，半波整流電路以及比較器u1，其中，分壓電阻包括相并聯的電阻r1和電阻r2，半波整流電路包括與分壓電阻串聯的二極管d1，電流從分壓電阻流入經過二極管d1流入至比較器u1；并聯于二極管d1的濾波電容c1，比較器u1串聯于半波整流電路，比較器u1的另一個輸入端連接輸入基準電壓的基準電路，輸出端連接接收端mcu，以將比較后的信號輸出至接收端mcu。

結合圖5-圖8詳述上述信號解調電路，如圖3所示為接收線圈上的電壓波形，接收線圈上的電壓一般都比較高，在經過分壓電阻即電阻r1和電阻r2后，電壓幅值會大大衰減，隨后由二極管d1進行半波整流，把負向的電壓波形去除，輸出信號如圖4所示。在二極管d1后的濾波電容c1，該濾波電容c1使整流后的電壓波形脈動變小，其波形如圖5，然后送入比較器u1；根據整流后電壓波形設定合適的比較器基準電壓vth，該基準電壓vth并不唯一，且不限定，人為設定即可，使比較器的輸出信號與調制信號相對應，如圖6所示，以方便接收端mcu對解調信號進行處理。

繼續(xù)參見圖1，本發(fā)明的發(fā)射端進一步包括連接于電網的發(fā)射端整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接逆變電路，逆變電路的輸出端連接發(fā)射線圈，發(fā)射端mcu與逆變電路之間連接有用于放大發(fā)射端mcu發(fā)出的驅動信號以給逆變電路進行磁場控制的驅動電路；接收端進一步包括連接于接收線圈的接收端整流濾波電路，接收端整流濾波電路的輸出端連接有dc/dc變換電路，接收端整流濾波電路的輸出端同時連接接收端mcu，dc/dc變換電路外接負載。另外，在發(fā)射端還具有線性穩(wěn)壓器，連接于發(fā)射端整流濾波電路與發(fā)射端mcu之間，用于為發(fā)射端mcu提供正常工作所需的電能；接收端還具有輔助供電模塊，連接于接收端整流濾波電路與接收端mcu之間，用于為接收端mcu提供電能。

另外，參見圖3，本發(fā)明的發(fā)射端mcu包括可接收射頻接收模塊中通信信道頻率的接收模塊，可將通信信道頻率按照預設編碼規(guī)則轉換為通信頻率編碼信號的轉換模塊，以及可根據轉換模塊中轉換信號控制驅動電路開斷的控制模塊，其中，接收模塊電性連接轉換模塊，轉換模塊電性連接控制模塊。在本發(fā)明中，所述預設編碼規(guī)則可為將頻率轉換為二進制數值的通用規(guī)則，為本領域技術人員所公知，在此不再具體說明該編碼規(guī)則。

如圖4所示，本發(fā)明的接收端mcu包括解調信號接收模塊，用于檢測解調信號高低電平的檢測模塊，以及用于將解讀后頻道信號輸出至射頻發(fā)射模塊的輸出模塊，其中，解調信號接收模塊電性連接于信號解調電路的輸出端，檢測模塊電性連接解調信號接收模塊，輸出模塊電性連接于射頻發(fā)射模塊。

同時，為了更精準的檢測接收端是否在發(fā)射端的工作范圍內，發(fā)射線圈內設有可感應發(fā)射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應信號。接收線圈內置有可增強接近式傳感器感應強度的感應物。

參見圖9，是本發(fā)明無線電能傳輸系統的射頻通信方法，該方法建立在上述無線電能傳輸系統的基礎上，即必須使用上述無線電能傳輸系統，包括以下步驟：

第一步：激活發(fā)射端：發(fā)射端在不工作時處于休眠狀態(tài)，當接收端處于發(fā)射端的工作范圍內時，發(fā)射端被激活；在該步驟中，發(fā)射線圈中的傳感器感應到接收線圈中的感應物，進一步將感應信號傳送至發(fā)射端mcu，發(fā)射端mcu接收到該感應信號，即被激活；

第二步：掃頻：發(fā)射端掃描通信信道，并確定未被占用的通信信道以及該通信信道所對應的頻率；在該步驟中，具體參見圖10，具體包括以下步驟：射頻接收模塊喚醒后進行初始化設置，并開始掃描頻道；射頻接收模塊以預設頻道x所對應的通信信道頻率f0等待接收數據，此處f0＝(2400+x)mhz，x的步長為1；發(fā)射端mcu判斷射頻接收模塊是否接收到數據，如是，則修改預設頻道x＝x+1，其對應的通信信道頻率為f0＝f0+δf，該δf需要根據射頻的頻譜寬度設定，并返回上一步驟，重新檢測f0是否被占用；如否，則確定x為未占用頻道，結束掃頻。在該步驟中，需要說明的是，預設頻道x的設置并不局限于某一具體數值，例如，并不局限于從1開始，可從任意頻道開始；

第三步：發(fā)射端mcu編碼通信信道頻率，并將編碼后的編碼信號傳輸至接收端；

第四步：接收端的信號解調電路解調發(fā)射端調制的信號，并把該解調信號傳送到接收端mcu，接收端mcu控制射頻發(fā)射模塊初始化，并根據解調信號設定射頻發(fā)射端的通信頻率；

上述步驟，現舉例說明：以掃描出的未占用頻道為0xa6為例對信號的調制與解調進行說明。若通信信道信號x＝0xa6，其對應的二進制為0b10100110，發(fā)射端mcu以周期t為間隔控制pwm的開通與關斷，當要發(fā)送的位數為1時，打開pwm輸出進入驅動電路，控制逆變電路的開通，發(fā)射線圈上有電，并且電能通過諧振網絡傳到接收線圈；當要發(fā)送的位數為0時，關閉pwm輸出信號，逆變電路關斷，發(fā)射線圈和接收線圈都會掉電。一個完整的8位數據調制完成后，對應的接收線圈上電壓v_coil的波形如圖5所示。接收線圈上的電壓在經過電阻r1和電阻r2組成的分壓網絡后，電壓幅值會大大衰減，隨后由二極管d1進行半波整流，把負向的電壓波形去除，輸出信號如圖6所示。在二極管d1后接一個容值較大的濾波電容c1，使整流后的電壓波形脈動變小，整流濾波后的電壓波形如圖7所示，然后送入比較器u1。根據整流后電壓波形設定合適的比較器基準電壓vth，本實施例中設定vth＝12v，使比較器的輸出信號與調制信號相對應，如圖8所示，方便接收端mcu對解調信號進行處理。接收端mcu的解調信號接收模塊檢測到解調信號后，以周期t檢測高低電平，高電平則讀為1，低電平讀為0，其后則可以完整的讀出發(fā)射端mcu調制的通信信道信號x。

第五步：發(fā)射端與接收端之間建立通信連接；

其具體步驟為：

(1)接收端mcu控制射頻發(fā)射模塊初始化，并發(fā)送未被占用頻道x對應的通信信道頻率f0至射頻接收模塊；

(2)發(fā)射端mcu檢測射頻接收模塊是否收到數據，如是，則執(zhí)行下一步；如否，則返回本具體步驟中的第一步，即接收端中的信號解調電路解調通信信道頻率編碼并傳送至接收端mcu；

(3)發(fā)射端開始傳輸電能至接收端。

發(fā)射端每完成一次信號調制后都先等待一段時間再進行下一次調制，在這段時間內，射頻接收模塊以頻道x等待接收數據。若無線通信接收端收到了射頻發(fā)射端的反饋數據，則結束頻道信號的循環(huán)調制，正式開始傳輸能量到接收端，無線電能傳輸裝置開始工作，并通過無線射頻模塊以頻道x進行通信控制。這樣就不會受到其它無線電能傳輸裝置的干擾，亦不會干擾其它裝置正常工作。在整個調制流程都是自動控制的，不需要人為干預，更加方便快捷。

第六步：無線電能傳輸系統開始工作。