本實(shí)用新型涉及無人機(jī)充電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于邊防巡邏無人機(jī)的無線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前中國有一萬六千多公里的陸路邊防線。特別是內(nèi)蒙古、云南、新疆、西藏地區(qū)的邊界線長，執(zhí)勤點(diǎn)多，多數(shù)邊防部隊處于海拔高、氣壓低、氣候惡劣、地貌復(fù)雜、生存條件異常艱苦環(huán)境中。將無人機(jī)應(yīng)用于邊防巡邏，可以結(jié)束過去徒步、騎馬、雪橇巡邏的歷史，大大縮短巡邏時間，增加了巡邏安全性。

無人機(jī)一般分為固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)。相對于旋翼無人機(jī)而言，固定翼無人機(jī)具有飛行效率高、飛行速度快、飛行距離遠(yuǎn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本和使用費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但是，四旋翼無人機(jī)由于可以垂直起降、自由懸停，可以適應(yīng)各種速度及各種飛行剖面航路的飛行狀況。它具有以下幾個特點(diǎn)：1）體積小、重量輕、隱蔽性好，適合多平臺、多空間使用，可以在地面靈活垂直起降，降落點(diǎn)的定位精度高，便于拓展無人機(jī)的無線充電功能；2）飛行高度低，具有很強(qiáng)的機(jī)動性，執(zhí)行特種任務(wù)能力強(qiáng)，微型四旋翼無人機(jī)飛行高度為幾米到幾百米，飛行速度為每秒幾米好幾十米，便于在復(fù)雜情況下使用，可以對細(xì)小環(huán)節(jié)進(jìn)行偵查；3）結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安全性好，四旋翼無人機(jī)可以提供準(zhǔn)確實(shí)時的目標(biāo)探測信息，成本較低，拆卸方便，且易于維護(hù)。

無線電能傳輸技術(shù)是一種將電能轉(zhuǎn)換為電磁場或電磁波進(jìn)行能量傳輸?shù)募夹g(shù)，其發(fā)展主要依賴于電磁諧振技術(shù)、高頻逆變技術(shù)和電力電子技術(shù)，這三項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步是無線電能傳輸技術(shù)得以發(fā)展的前提。無線電能傳輸技術(shù)使得電源端和充電設(shè)備相互隔離，沒有直接的導(dǎo)線相互連接，不僅節(jié)約費(fèi)用、降低成本，而且其方便性和快捷性也大大提高。按照工作原理，無線電能傳輸技術(shù)可以分為三類：一是基于電磁感應(yīng)原理的磁耦合感應(yīng)式無線電能傳輸；二是將電能通過一定的變換，轉(zhuǎn)換為微波或者激光形式送往發(fā)射線圈，遠(yuǎn)處的接收線圈經(jīng)過進(jìn)一步處理變?yōu)樗璧碾娔?，從而?shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳輸；三是基于磁場諧振原理實(shí)現(xiàn)電能的無線中程傳輸技術(shù)。其中，磁耦合諧振式無線電能傳輸方案傳輸功率比電磁感應(yīng)式小，但其傳輸距離較電磁感應(yīng)式遠(yuǎn)，且效率更高，不需要初級側(cè)諧振器和次級側(cè)諧振器完全對準(zhǔn)；與無線電波式無線電能傳輸方案相比，其傳輸距離雖短，但功率和效率更高。

雖然無線充電技術(shù)給無人機(jī)的使用帶來了很大的方便，也使無人機(jī)的應(yīng)用空間越來越大，但是為邊防巡邏無人機(jī)充電設(shè)立在野外的充電平臺存在遭到人為破壞或發(fā)生自身故障的風(fēng)險。再則充電平臺數(shù)量也是有限的，如何使多架次的無人機(jī)高效，準(zhǔn)確地進(jìn)行充電也是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種具有報警功能使用便捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)成本低、安全高效的無線充電系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種用于邊防巡邏無人機(jī)的無線充電系統(tǒng)，包括處理器，包括充電平臺發(fā)射單元，無人機(jī)接收單元和地面控制單元；所述充電平臺發(fā)射單元包括相互連接的電源模塊、第一信息調(diào)制模塊、功率控制模塊、逆變模塊、控制器a、第一電流檢測模塊、第一信息解調(diào)模塊和發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路；所述無人機(jī)接收單元包括相互連接的接收線圈及其補(bǔ)償電路、第二信息調(diào)制模塊、整流模塊、控制器b、第二電流檢測模塊和機(jī)載電池；所述地面控制單元包括相互連接的第二信息解調(diào)模塊、無人機(jī)控制模塊和報警模塊；所述充電平臺發(fā)射單元與無人機(jī)接收單元之間進(jìn)行能量傳輸；所述第一信息調(diào)制模塊和第二信息調(diào)制模塊分別與第二信息解調(diào)模塊之間無線連接；第二信息調(diào)制模塊與第一信息解調(diào)模塊之間無線連接；地面控制單元與處理器連接；所述發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路的上方設(shè)置一個微小的測試線圈，用于檢測無人機(jī)接收單元的運(yùn)行狀態(tài)。

在上述的用于邊防巡邏無人機(jī)的無線充電系統(tǒng)中，所述充電平臺發(fā)射單元與無人機(jī)接收單元之間采用磁耦合諧振式無線電能傳輸。

在上述的用于邊防巡邏無人機(jī)的無線充電系統(tǒng)中，所述第一信息調(diào)制模塊和第二信息調(diào)制模塊與第二信息解調(diào)模塊之間無線連接，第二信息調(diào)制模塊與第一信息解調(diào)模塊之間無線連接均通過無線射頻收發(fā)器實(shí)現(xiàn)。

上述無線充電系統(tǒng)的工作流程如下：電源模塊提供直流電源，經(jīng)過逆變模塊逆變成高頻交流電，高頻交流電在發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路的電容和電感之間來回振蕩，通過發(fā)射線圈把能量傳輸?shù)綗o人機(jī)接收單元。接收線圈及其補(bǔ)償電路接收到能量后，同樣地在電容和電感之間來回振蕩，感應(yīng)產(chǎn)生和發(fā)射側(cè)相同頻率的高頻交流電，再通過整流模塊把交流電整流為直流電，提供給機(jī)載電池儲存使用。其中功率控制模塊通過改變調(diào)整控制器a輸出的PWM信號的占空比，可以對發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。第一電流檢測模塊通過檢測經(jīng)過發(fā)射線圈的電流，通過處理后反饋到控制器a，保證控制器a輸出的控制逆變模塊的PWM信號頻率可以隨著負(fù)載頻率的改變而改變，進(jìn)而能夠提高系統(tǒng)的整體能量傳輸效率，保障了系統(tǒng)的高效運(yùn)行。充電平臺發(fā)射單元的工作狀態(tài)有待機(jī)、充電及異常三種狀態(tài)，一旦充電平臺發(fā)射單元的工作狀態(tài)發(fā)生改變，第一信息調(diào)制模塊把工作狀態(tài)信息調(diào)制后向第二信息解調(diào)模塊發(fā)送。第二信息調(diào)制模塊把無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、位置、電量等信息調(diào)制后向第二信息解調(diào)模塊發(fā)送。無人機(jī)接收單元中的第二電流檢測模塊同樣地通過檢測發(fā)射線圈經(jīng)過的電流，通過處理后反饋到控制器b，控制器b處理后經(jīng)第二信息調(diào)制模塊發(fā)射到充電平臺發(fā)射單元中的第一信息解調(diào)模塊，再送入控制器b處理，完成次級側(cè)的頻率跟蹤。第二信息解調(diào)模塊接收到來自第一信息調(diào)制模塊和第二信息調(diào)制模塊的調(diào)制信息后，進(jìn)行解調(diào)。如果充電平臺工作狀態(tài)為異常狀態(tài)，報警模塊發(fā)出報警，通知相關(guān)人員處理。無人機(jī)控制模塊根據(jù)第二信息解調(diào)模塊的解調(diào)信息進(jìn)行調(diào)度處理。

上述無線充電系統(tǒng)報警功能是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的，在充電平臺發(fā)射單元的發(fā)射線圈上方布置一個微小的測試線圈，檢測系統(tǒng)開啟后，先檢測無人機(jī)接收單元是否在進(jìn)行無線電能傳輸，若無人機(jī)接收單元正在進(jìn)行充電，則延時1分鐘后再次檢測；若無人機(jī)接收單元沒有進(jìn)行充電，則充電系統(tǒng)自啟動。再檢測線圈有無感應(yīng)電流，若有感應(yīng)電流，則延時10分鐘，重新檢測無人機(jī)接收單元是否在充電；若無感應(yīng)電流，則發(fā)出警報信號，并通過第二信息調(diào)制模塊向地面控制單元發(fā)送，經(jīng)第二信息解調(diào)模塊解調(diào)后，通過報警模塊向工作人員發(fā)出警報，待地面人員處理后重新檢測無人機(jī)是否在充電。

上述無線充電系統(tǒng)通過地面控制單元接受充電平臺發(fā)射單元、無人機(jī)接收單元的運(yùn)行狀態(tài)、位置、電量等信息，經(jīng)過處理器的統(tǒng)一調(diào)度安排，實(shí)現(xiàn)控制無人機(jī)何時充電、在何處充電。

第一信息解調(diào)模塊、第二信息解調(diào)模塊、第一信息調(diào)制模塊和第二信息調(diào)制模塊之間的信息傳遞均通過無線射頻收發(fā)器來完成。

本實(shí)用新型的有益效果：（1）增加在非正常工作下報警的功能，充電平臺發(fā)射單元在遭到人為破壞或發(fā)生自身故障情況下可向地面控制單元報警，地面人員能夠及時處理，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性。（2）改進(jìn)了目前各個充電平臺獨(dú)立工作狀況，可實(shí)現(xiàn)多架無人機(jī)最高效地利用有限數(shù)量的充電平臺，避免無人機(jī)降落在無法充電的充電平臺，把各個充電平臺及各個運(yùn)行狀態(tài)下或待機(jī)狀態(tài)下的無人機(jī)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、高效、可靠運(yùn)行。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一個實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一個實(shí)施例非正常報警流程圖；

1-充電平臺發(fā)射單元 ，11-電源模塊，12-第一信息調(diào)制模塊，13-功率控制電路，14-逆變模塊，15-控制器a ，16-第一電流檢測模塊，17-第一信息解調(diào)模塊，18-發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路；

2-無人機(jī)接收單元，21-接收線圈及其補(bǔ)償電路，22-第二信息調(diào)制模塊，23-整流模塊，24-控制器b，25-第二電流檢測模塊，26-機(jī)載電池；

3-地面控制單元，31-第二信息解調(diào)模塊，32-無人機(jī)控制模塊，33-報警模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本實(shí)用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

本實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：一種用于邊防巡邏無人機(jī)的無線充電系統(tǒng)，包括處理器，包括充電平臺發(fā)射單元，無人機(jī)接收單元和地面控制單元；所述充電平臺發(fā)射單元包括相互連接的電源模塊、第一信息調(diào)制模塊、功率控制模塊、逆變模塊、控制器a、第一電流檢測模塊、第一信息解調(diào)模塊和發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路；所述無人機(jī)接收單元包括相互連接的接收線圈及其補(bǔ)償電路、第二信息調(diào)制模塊、整流模塊、控制器b、第二電流檢測模塊和機(jī)載電池；所述地面控制單元包括相互連接的第二信息解調(diào)模塊、無人機(jī)控制模塊和報警模塊；所述充電平臺發(fā)射單元與無人機(jī)接收單元之間進(jìn)行能量傳輸；所述第一信息調(diào)制模塊和第二信息調(diào)制模塊分別與第二信息解調(diào)模塊之間無線連接；第二信息調(diào)制模塊與第一信息解調(diào)模塊之間無線連接；地面控制單元與處理器連接；所述發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路的上方設(shè)置一個微小的測試線圈，用于檢測無人機(jī)接收單元的運(yùn)行狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述充電平臺發(fā)射單元與無人機(jī)接收單元之間采用磁耦合諧振式無線電能傳輸。

更進(jìn)一步，所述第一信息調(diào)制模塊和第二信息調(diào)制模塊與第二信息解調(diào)模塊之間無線連接，第二信息調(diào)制模塊與第一信息解調(diào)模塊之間無線連接均通過無線射頻收發(fā)器實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施時，如圖1所示，一種用于邊防巡邏無人機(jī)的無線充電系統(tǒng)，包含充電平臺發(fā)射單元1，無人機(jī)接收單元2，地面控制單元3三個單元。其中充電平臺發(fā)射單元1包括相互連接的電源模塊11、第一信息調(diào)制模塊12、功率控制模塊13、逆變模塊14、控制器a15、第一電流檢測模塊16、第一信息解調(diào)模塊17、發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路18；無人機(jī)接收單元2包括相互連接的接收線圈及其補(bǔ)償電路21、第二信息調(diào)制模塊22、整流模塊23、控制器b24、第二電流檢測模塊25、機(jī)載電池26；地面控制單元3包括相互連接的第二信息解調(diào)模塊31、無人機(jī)控制模塊32、報警模塊33。

電源模塊11提供直流電源，經(jīng)過逆變模塊14逆變成高頻交流電，高頻交流電在發(fā)射線圈及其補(bǔ)償電路18的電容和電感之間來回振蕩，通過發(fā)射線圈把能量傳輸?shù)牡綗o人機(jī)接收單元2。接收線圈及其補(bǔ)償電路21接收到能量后，同樣地在電容和電感之間來回振蕩，感應(yīng)產(chǎn)生和發(fā)射側(cè)相同頻率的高頻交流電，再通過整流模塊23把交流電整流為直流電，提供給機(jī)載電池26儲存使用。其中功率控制模塊13通過改變調(diào)整控制器a15輸出的PWM信號的占空比，可以對發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。第一電流檢測模塊16通過檢測發(fā)射線圈經(jīng)過的電流，通過處理后反饋到控制器a15，保證控制器a15輸出的控制逆變模塊14的PWM信號頻率可以隨著負(fù)載頻率的改變而改變，進(jìn)而能夠提高系統(tǒng)的整體能量傳輸效率，保障了系統(tǒng)的高效運(yùn)行。一旦充電平臺發(fā)射單元2的工作狀態(tài)（待機(jī)、充電及異常三個狀態(tài)）發(fā)生改變，第一信息調(diào)制模塊12把工作狀態(tài)信息調(diào)制后向第二信息解調(diào)模塊31發(fā)送。第二信息調(diào)制模塊22把無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、位置、電量等信息調(diào)制后向第二信息解調(diào)模塊31發(fā)送。

另外，無人機(jī)接收單元2中的第二電流檢測模塊25同樣地通過檢測發(fā)射線圈經(jīng)過的電流，通過處理后反饋到控制器b24，控制器b24處理后經(jīng)第二信息調(diào)制模塊22發(fā)射到充電平臺發(fā)射單元1中的第一信息解調(diào)模塊17，在送入控制器b15處理，完成次級側(cè)的頻率跟蹤。

第二信息解調(diào)模塊31接收到來自第一信息調(diào)制模塊12和第二信息調(diào)制模塊22的調(diào)制信息后，進(jìn)行解調(diào)。如果充電平臺發(fā)射單元1工作狀態(tài)為異常狀態(tài)，報警模塊33發(fā)出報警，通知相關(guān)人員處理?？刂颇K32根據(jù)第二信息解調(diào)模塊31的解調(diào)信息進(jìn)行調(diào)度處理。

其中，各信息解調(diào)模塊和信息調(diào)制模塊之間的信息傳遞通過無線射頻收發(fā)器來完成。

本實(shí)施例的無線充電系統(tǒng)在非正常工作下報警的功能的實(shí)現(xiàn)：在充電平臺發(fā)射單元1的發(fā)射線圈上方布置一個微小的測試線圈。工作流程如圖2所示，檢測系統(tǒng)開啟后，先檢測無人機(jī)接收單元是否在進(jìn)行無線電能傳輸，若無人機(jī)接收單元正在進(jìn)行充電，則延時1分鐘后再次檢測；若無人機(jī)接收單元不在進(jìn)行充電，則充電系統(tǒng)自啟動。再檢測線圈有無感應(yīng)電流，若有感應(yīng)電流，則延時10分鐘，重新檢測無人機(jī)接收單元是否在充電；若無感應(yīng)電流，則產(chǎn)生警報信號，并通過第二信息調(diào)制模塊22向地面控制單元3發(fā)送，經(jīng)第二信息解調(diào)模塊31解調(diào)后，通過報警模塊33向工作人員發(fā)出警報，待地面人員處理后重新檢測無人機(jī)接收單元是否在充電。

地面控制單元3可以接受充電平臺發(fā)射單元1、無人機(jī)接收單元2的運(yùn)行狀態(tài)、位置、電量等信息，并可以經(jīng)過處理器的統(tǒng)一調(diào)度安排，控制無人機(jī)接收單元2何時充電、在何處充電。其有益效果：可實(shí)現(xiàn)多架無人機(jī)高效地利用有限數(shù)量的充電平臺；可避免無人機(jī)降落在無法充電的充電平臺。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)。本實(shí)用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。