本發(fā)明涉及電力通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線充電的無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置及無線充電方法。

背景技術(shù)：

輸電桿塔上安裝的監(jiān)測設(shè)備在供電問題上始終存在著一定的局限性——不易提供集中供電，特別是在室外、野外情況下。目前，無線傳感網(wǎng)節(jié)點的能量主要來源于兩種方式：一是能量存儲，如蓄電池供電等；二是能量采集，如太陽能供電。但這些方式都不易部署，受環(huán)境影響較大。無線傳感網(wǎng)節(jié)點的供電問題始終都是制約無線自組網(wǎng)電力應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素。因此，需要設(shè)計一種可接收無線電能的裝置，從輸電桿塔上的無線電能發(fā)射裝置上接收電能，為在線監(jiān)測節(jié)點提供穩(wěn)定的電源供給。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于無線充電的無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置及無線充電方法，實現(xiàn)無線充電部分與無線傳感網(wǎng)節(jié)點一體化形成。

本發(fā)明采用技術(shù)方案如下：

無線充電的無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置，包括裝置本體，裝置本體內(nèi)固設(shè)有節(jié)點模塊、供電模塊和無線接收線圈，節(jié)點模塊的電源輸入端與供電模塊的電源輸出端連接，供電模塊的電源輸入端與無線接收線圈連接，供電模塊通過無線接收線圈從輸電桿塔上安裝的無線發(fā)送端線圈取電。

進一步地，模塊由高頻接收電路模塊、充電電路模塊、電池組和穩(wěn)壓電路模塊組成，高頻接收電路模塊的輸入端與無線接收線圈的兩端連接，高頻接收電路模塊的輸出端通過充電電路模塊與電池組的輸入端連接，電池組的輸出端與穩(wěn)壓電路模塊的輸入端連接。

進一步地，節(jié)點模塊包括主控模塊、通信模塊、存儲模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和傳感器，主控模塊分別與通信模塊、存儲模塊和數(shù)據(jù)采集模塊交互式連接，傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊交互式連接。

進一步地，主控模塊包括MSP430F109芯片。

進一步地，裝置本體上部固設(shè)有非金屬外殼，下部兩側(cè)設(shè)有開口。

進一步地，裝置本體內(nèi)的節(jié)點模塊和供電模塊之間設(shè)有隔離板，隔離板上設(shè)有用于穿過供電模塊輸出電源線的開口。

進一步地，線接收線圈包括外殼本體，外殼本體分為左右兩部分殼體，外殼本體內(nèi)設(shè)有繞制的圓形線圈，外殼本體頂端設(shè)有用于將左右兩部分殼體頂端固接的緊固部件，外殼本體底端設(shè)有用于與裝置本體連接的萬向節(jié)。

一種無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置的無線充電方法，包括下述步驟：

（1）無線接收線圈從輸電桿塔上安裝的無線發(fā)送端線圈取電并將電能輸出至供電模塊中的高頻接收電路模塊；

（2）高頻接收電路模塊將電能通過充電電路模塊傳輸給電池組，充電電路模塊穩(wěn)定輸出電壓8.4 V、電流1 A的電能至電池組；

（3）電池組輸出電壓8.4 V，穩(wěn)壓芯片U2輸出5V至穩(wěn)壓電路模塊的輸出端P4，穩(wěn)壓芯片U2輸出電壓5V再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片U3輸出電壓3.3V，穩(wěn)壓芯片U3輸出電壓經(jīng)過用于保護系統(tǒng)電路的保險絲F1輸出電壓3.3V至輸出端P5；

（4）穩(wěn)壓電路模塊輸出端P4連接采集模塊和通信模塊并為其供電，穩(wěn)壓電路模塊輸出端P5連接主控模塊和存儲模塊并為其供電。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明基于無線充電的無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置及無線充電方法中，從輸電桿塔上的無線電能發(fā)射裝置上接收電能，為在線監(jiān)測節(jié)點提供穩(wěn)定的電源供給，在室外或野外惡劣壞境下實現(xiàn)節(jié)點的持續(xù)供電。供電模塊無線接收電能并為充電電池充電，為無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置提供電能。穩(wěn)壓電路模塊根據(jù)節(jié)點裝置中不同模塊需求不同，增加了保護系統(tǒng)電路的保險絲，增強了供電的穩(wěn)定性。

裝置本體下部利用兩側(cè)開口來給整個裝置通風(fēng)且利于通信信號的傳輸，另外，上部的非金屬外殼可以防雨，同時不阻礙電能接收。裝置本體下部為金屬材質(zhì)，優(yōu)選鋁，質(zhì)輕。隔離板把供電模塊和其他模塊隔離，防止供電模塊的高溫影響其他模塊。隔離板可以與裝置本體相同材質(zhì)，也可以選擇其他金屬。無線接收線圈外殼底端設(shè)置的萬向節(jié)有利于靈活調(diào)節(jié)線圈的位置，使其與無線發(fā)送端線圈結(jié)構(gòu)對齊，提高電能接收效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的供電模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明的高頻接收電路模塊電路圖；

圖4為本發(fā)明的穩(wěn)壓電路模塊電路圖；

圖5為本發(fā)明的無線接收線圈。

具體實施方式

參見圖1，基于無線充電的無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置，包括裝置本體1，裝置本體1內(nèi)固設(shè)有節(jié)點模塊2、供電模塊3和無線接收線圈4，節(jié)點模塊2的電源輸入端與供電模塊3的電源輸出端連接，供電模塊3的電源輸入端與無線接收線圈4連接，供電模塊3通過無線接收線圈4從輸電桿塔上安裝的無線發(fā)送端線圈取電。

節(jié)點模塊2包括主控模塊21、通信模塊22、存儲模塊23、數(shù)據(jù)采集模塊24和傳感器25，主控模塊21分別與通信模塊22、存儲模塊23和數(shù)據(jù)采集模塊24交互式連接，傳感器25和數(shù)據(jù)采集模塊24交互式連接。

主控模塊21由MSP430F109單片機芯片與外部電路組成，實現(xiàn)對節(jié)點工作流程管理以及數(shù)據(jù)解析、打包，主控模塊21有效提高節(jié)點的數(shù)據(jù)處理能力和運行速度，進一步增加節(jié)點功能和工作壽命，降低整體能耗。

通信模塊22采用zigbee無線串口收發(fā)模塊，使用CC2530芯片，通信模塊實現(xiàn)節(jié)點組網(wǎng)。

存儲模塊23采用EEPROM AT24C256存儲芯片，該存儲芯片具有較大的256KB存儲容量，存儲模塊23實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的本地存儲以及節(jié)點參數(shù)的保存，

數(shù)據(jù)采集模塊24采用ADI的單電源隔離型485芯片ADM2587E，單電源隔離型485芯片提高了節(jié)點抗干擾能力，數(shù)據(jù)采集模塊24完成對傳感器測量數(shù)據(jù)的讀取并傳輸給主控模塊21。

傳感器25與數(shù)據(jù)采集模塊24之間通過RS485接口，傳感器25完成對輸電線路監(jiān)測量的測量。

無線接收線圈4使用純銅低阻導(dǎo)線繞制，耐低溫且高效、輸出穩(wěn)定電能。無線接收線圈4與圖3中的電容C6共同構(gòu)成高頻接收電路模塊31輸入端P1諧振頻率，該頻率與高頻接收電路模塊31輸出端P2諧振頻率相同。

參見圖2和3，供電模塊3由高頻接收電路模塊31、充電電路模塊32、電池組33和穩(wěn)壓電路模塊34組成，供電模塊3完成對整個節(jié)點的能量供給，如圖3所示，高頻接收電路模塊31的輸入端P1與無線接收線圈4的兩端連接，輸入端P1的回路諧振頻率需與高頻接收電路模塊31的輸出端P2相同，它由諧振電容C6和無線接收線圈4構(gòu)成，電能經(jīng)過由D1-D4、C7構(gòu)成的全橋整流電路后供給輸出端P2，高頻接收電路模塊31的輸出端P2通過充電電路模塊32與電池組33的輸入端連接，電池組33采用8.4 V額定電壓的電池組，電池組33的輸出端與穩(wěn)壓電路模塊34的輸入端P3連接。充電電路模塊32與電池組33，充電電路模塊32穩(wěn)定輸出電壓8.4V、電流1A的電能，具有恒壓、恒流自動切換功能。

穩(wěn)壓電路模塊34如圖4示，電路包括穩(wěn)壓芯片7805即U2、穩(wěn)壓芯片1117-3.3即U3、濾波電容C8-C11包括保險絲。電池組33的輸出電壓8.4V經(jīng)過穩(wěn)壓芯片U2輸出5V至輸出端P4，穩(wěn)壓芯片U2輸出電壓5V再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片U3輸出電壓3.3V，穩(wěn)壓芯片U3輸出電壓經(jīng)過用于保護系統(tǒng)電路的保險絲F1輸出電壓3.3V至輸出端P5。穩(wěn)壓電路模塊34提供了各個模塊所需電壓。穩(wěn)壓電路模塊34輸出端P4連接采集模塊24和通信模塊22的輸入端，穩(wěn)壓電路模塊34輸出端P5連接主控模塊21和存儲模塊23。

無線接收線圈4的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，無線接收線圈4包括外殼本體42，外殼本體42分為左右兩部分殼體，外殼本體42內(nèi)設(shè)有繞制的圓形線圈43，外殼本體42頂端設(shè)有用于將左右兩部分殼體頂端固接的緊固部件41，外殼本體42底端設(shè)有用于與裝置本體1連接的萬向節(jié)44，在線圈接收電能的過程中無線接收線圈4與無線發(fā)送端線圈結(jié)構(gòu)需要對齊，而萬向節(jié)可以靈活調(diào)節(jié)線圈的位置，使其與無線發(fā)送端線圈結(jié)構(gòu)對齊。另外，輸電桿塔上安裝的無線發(fā)送端線圈結(jié)構(gòu)與無線接收線圈4結(jié)構(gòu)相同。

無線傳感網(wǎng)節(jié)點裝置的無線充電包括下述步驟：

無線接收線圈從輸電桿塔上安裝的無線發(fā)送端線圈取電并將電能輸出至供電模塊中的高頻接收電路模塊；

高頻接收電路模塊將電能通過充電電路模塊傳輸給電池組，充電電路模塊穩(wěn)定輸出電壓8.4 V、電流1 A的電能至電池組；

電池組輸出電壓8.4 V，穩(wěn)壓芯片U2輸出5V至穩(wěn)壓電路模塊的輸出端P4，穩(wěn)壓芯片U2輸出電壓5V再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片U3輸出電壓3.3V，穩(wěn)壓芯片U3輸出電壓經(jīng)過用于保護系統(tǒng)電路的保險絲F1輸出電壓3.3V至輸出端P5；

穩(wěn)壓電路模塊輸出端P4連接采集模塊和通信模塊并為其供電，穩(wěn)壓電路模塊輸出端P5連接主控模塊和存儲模塊并為其供電。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。