一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線充電系統(tǒng)。特別是涉及一種通過無人飛行器向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行充電的基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在國防、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用受到普遍關(guān)注，其中一個重要的研宄熱點就是傳感器節(jié)點的能量管理問題。節(jié)點在進行數(shù)據(jù)傳輸時消耗較多能量，特別是負責(zé)路由功能的節(jié)點。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常布置在無人維護的地區(qū)，當(dāng)傳感器節(jié)點的電能耗盡時，該節(jié)點就失去作用。傳感器網(wǎng)絡(luò)使用時間越長，因電能耗盡而失效的節(jié)點就越多，最終致使整個傳感器網(wǎng)絡(luò)完全失效。由此導(dǎo)致硬件資源的嚴重浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗對節(jié)點壽命的嚴重影響的基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)，包括無人飛行器，與無人飛行器無線通信連接的遠程控制中心，所述的無人飛行器上設(shè)置有用于向處在被監(jiān)測區(qū)域中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行充電的無線充電控制裝置，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由用于采集數(shù)據(jù)的多數(shù)個普通節(jié)點和在采集數(shù)據(jù)的同時還接收普通節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)，并將自身采集的數(shù)據(jù)和普通節(jié)點采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程控制中心的多數(shù)個核心節(jié)點構(gòu)成，所述的無線充電控制裝置是用于向所述的核心節(jié)點進行充電。
[0005]所述的無線充電控制裝置包括有:機載控制單元，所述的機載控制單元分別連接用于向機載控制單元提供無人飛行器的位置信息的機載定位模塊、用于向核心節(jié)點提供無線充電的電能并向無人飛行器供電的高能電池、用于對電量不足的核心節(jié)點進行無線充電的無線充電模塊以及用于分別與遠程控制中心和被充電的核心節(jié)點進行通信的機載通信模塊，所述的機載控制單元還連接無人飛行器中的能夠根據(jù)接收到的機載控制單元所發(fā)出的飛行指令來控制無人飛行器飛行的飛行控制模塊。
[0006]所述的被監(jiān)測區(qū)域包括有若干個監(jiān)測子區(qū)域，每一個核心節(jié)點是以拋撒的方式設(shè)置在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的一個監(jiān)測子區(qū)域的中心地帶，每個子區(qū)域配置至少一個核心節(jié)點，所述的多個普通節(jié)點是以隨機拋撒的方式拋撒在各監(jiān)測子區(qū)域中，在一個監(jiān)測子區(qū)域中所述的普通節(jié)點的數(shù)量大于所述核心節(jié)點的數(shù)量。
[0007]所述的核心節(jié)點包括有傳感器，用于對傳感器所采集的信號進行預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換的信號處理電路，用于分別與無線充電控制裝置中的機載通信模塊、子區(qū)域內(nèi)的普通節(jié)點和其他子區(qū)域的核心節(jié)點進行通信，以及在核心節(jié)點和遠程控制中心之間進行遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅骺刂破?，所述傳感器控制器分別連接信號處理電路、用于給核心節(jié)點提供電源的可充電電池和無線充電接收裝置。
[0008]所述的傳感器控制器包括有與所述的信號處理電路相連用于接收信號處理電路的輸出數(shù)據(jù)的控制單元，所述的控制單元分別連接用于接收無線充電接收裝置的輸出信號的位置檢測模塊，連接通過無線充電接收裝置接收無線充電控制裝置中的無線充電模塊的電能給可充電電池充電的充電器主電路，連接用于檢測可充電電池電壓量的電壓檢測模塊，以及連接用于接收來自普通節(jié)點的數(shù)據(jù)，采用與遠程控制中心直接通信或通過其他核心節(jié)點間接與遠程控制中心通信的方式來傳輸數(shù)據(jù)，并向遠程監(jiān)控中心發(fā)送充電請求信息和向無線充電控制裝置中的機載通信模塊發(fā)送充電結(jié)束請求信息的通信模塊。
[0009]所述的無線充電接收裝置包括有用于接收無線充電控制裝置中的無線充電模塊的電能并將所述的電能輸出給充電器主電路的接收線圈，以及若干個圍繞接收線圈均勻分布用于檢查無線充電模塊的發(fā)射線圈與所述的接收線圈是否對準的位置檢測線圈，所述位置檢測線圈的信號輸出端連接傳感器控制器中的位置檢測模塊。
[0010]一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0011]I)當(dāng)所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任一子區(qū)域的核心節(jié)點電量不足時，所述核心節(jié)點通過自身的通信模塊向遠程監(jiān)控中心發(fā)送充電請求信息；
[0012]2)遠程監(jiān)控中心派出安裝有無線充電控制裝置的無人飛行器前往所述的區(qū)域，無線充電控制裝置中的機載控制單元根據(jù)被充電的核心節(jié)點的位置坐標以及機載定位模塊提供的無人飛行器的位置信息，搜索并前往被充電的核心節(jié)點；
[0013]3)無人飛行器在需要充電的核心節(jié)點的上方懸停，通過自身位置的調(diào)整使無線充電控制裝置中的無線充電模塊與被充電的核心節(jié)點的無線充電接收裝置中的接收線圈準確定位，然后降落并開始無線充電；
[0014]4)被充電的核心節(jié)點的控制單元通過電壓檢測模塊實時測量可充電電池的電壓，當(dāng)電量充足后，所述控制單元通過通信模塊向無人飛行器上的無線充電控制裝置中的機載通信模塊發(fā)送充電結(jié)束請求；
[0015]5)無人飛行器上的無線充電控制裝置中的機載控制單元接收到充電結(jié)束請求后，控制無線充電模塊結(jié)束充電并離開。
[0016]步驟I)還包括核心節(jié)點將自身的可充電電池的電量信息實時發(fā)送給遠程監(jiān)控中心，由遠程監(jiān)控中心決定是否派無人飛行器進行無線充電。
[0017]步驟3)所述的使無線充電控制裝置中的無線充電模塊與被充電的核心節(jié)點的無線充電接收裝置中的接收線圈準確定位的過程，包括如下步驟:
[0018](I)無人飛行器在被充電的核心節(jié)點上方懸停，無線充電控制裝置中的機載控制單元控制無線充電模塊發(fā)出充電信號；
[0019](2)被充電的核心節(jié)點的控制單元通過位置檢測模塊接收來自無線充電接收裝置中的位置檢測線圈的輸出信號，并通過通信模塊將相對位置信息傳輸給無線充電控制裝置中的通信模塊；
[0020](3)位于無人飛行器上的機載控制單元根據(jù)接收到被充電的核心節(jié)點中通信模塊所發(fā)出的位置檢測線圈所檢測到接收線圈與無線充電模塊23之間的相對位置信息，判斷無線充電模塊與所述接收線圈的定位情況，并通過無人飛行器本身的飛行控制模塊實時調(diào)整無人飛行器的位置；
[0021](4)當(dāng)被充電的核心節(jié)點的無線充電接收裝置中的幾個位置檢測線圈輸出的電壓信號相等，或幾個位置檢測線圈輸出的電壓信號之間的相對誤差在預(yù)先設(shè)定的誤差范圍之內(nèi)時，說明機載無線充電模塊的充電線圈和被充電的核心節(jié)點的接收線圈已對準，無線充電接收裝置中的機載控制單元通過無人飛行器的飛行控制模塊控制無人飛行器降落并控制無線充電模塊開始充電。
[0022]本發(fā)明的一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法，通過定期給無線傳感器節(jié)點充電，以實現(xiàn)傳感器電池的循環(huán)利用，能夠有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗對節(jié)點壽命的嚴重影響，節(jié)省傳感器硬件資源的消耗，降低傳感器節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)重組、路由計算等方面的軟件開銷。因此在國防、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是包含核心節(jié)點與普通節(jié)點的傳感器拋撒方案圖；
[0025]圖3是本發(fā)明中無線充電控制裝置的構(gòu)成框圖；
[0026]圖4是核心節(jié)點的傳感器控制器和無線充電接收裝置的構(gòu)成框圖；
[0027]圖5是無線充電控制裝置與被充電核心節(jié)點的接收線圈進行定位的示意圖。
[0028]圖中
[0029]1:無人飛行器11:飛行控制模塊
[0030]2:無線充電控制裝置 21:機載控制單元
[0031]22:高能電池23:無線充電模塊
[0032]24:機載通信模塊25:機載定位模塊
[0033]3:遠程控制中心4:核心節(jié)點
[0034]41:信號處理電路42:傳感器控制器
[0035]421:控制單元422:位置檢測模塊
[0036]423:充電器主電路424:通信模塊
[0037]425:電壓檢測模塊43:可充電電池
[0038]44:無線充電接收裝置 441:接收線圈
[0039]442:位置檢測線圈5:普通節(jié)點
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法做出詳細說明。
[0041]本發(fā)明的一種基于無人飛行器的無線充電系統(tǒng)及方法，其飛行器可以根據(jù)需要釋放到傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作區(qū)域，對無人維護的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(特別是承擔(dān)主要通信任務(wù)的核心節(jié)點)進行定期的充電。通過定期給無線傳感器節(jié)點充電，以實現(xiàn)傳感器電池