[发明专利]一种基于激光光源的传感器网络远程充供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及对电器设备的无线充供电技术，尤其涉及一种基于激光光源的传感器网络远程充供电系统，属于传感器网络技术领域。

背景技术

传感器技术、电子技术、无线通信技术和低功耗嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。

目前，大多数传感器网络节点是使用电池进行供电，然而电池寿命在最好的情况下也只能维持几个月。传感器节点自身携带能量不足，而节点的电池一般不易更换，能量一旦耗尽，那么该节点就不能进行数据采集和路由的功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。因此，实现传感器网络的长寿命充供电，将对其大规模工程应用起到显著的推动作用。

由于节点电池使用时间受限制，可以使用能量收集装置持续为节点供电，自然界的能量形式有很多，如大树的生物电、太阳能、风力、振动等，但这些方案也受到环境、天气等的制约不能稳定使用。为了能够给无线传感器网络节点持续充供电，同时不降低传感器网络节点的灵活性，有人提出了无线充供电技术。无线充供电技术有三种实现方式：电磁感应、磁谐振和微波。目前，国内外已经有很多公司将无线充供电技术应用于小型电器充供电及电动汽车的充供电。但无论小型电器还是大型电动汽车，目前广泛使用的充供电方式是电磁近场耦合，发射线圈和接收线圈紧密贴近（一般为毫米级或厘米级），显然并不适合于节点随机性分布的无线传感器网络。而且，电动汽车和家电的无线充供电设备一般功率较大，而传感器节点都是低功耗电子器件，所以不适合为节点充供电。磁谐振无线充供电方式能量很难较远距离传输，而且传输效率随距离成指数衰减。微波无线充供电方式受环境因素影响很大，很难有效地进行能量传输。

发明内容

为了克服现有技术之缺点，本发明提供一种基于激光光源的传感器网络远程充供电系统，将激光光源和多个传感器网络节点结合，使用激光光源发射出激光，通过光向调整机构内部的步进电机驱动器驱动步进电机进行垂直和水平两个自由度的旋转调整，使激光光斑能够准确投射到传感器网络节点的光电池板上。该光电池板具有与激光源光谱相对应的光能高效吸收特性，光电池板接收到激光能量后，经过蓄电大电容和稳压模块形成充供电电源，，为无线传感器网络节点充供电，提高了无线传感器网络的充供电效率和距离。

本发明采用如下技术方案：一种基于激光光源的传感器网络远程充供电系统，其特征在于：设有充供电主机和传感器网络节点充供电从机，其中：

充供电主机包括激光光源及光向调整机构，激光光源为矩形阵列分布的N×M个激光头，各激光头光向平行；光向调整机构包含脉冲步进控制器、俯仰步进电机、俯仰步进电机驱动器、水平步进电机及水平步进电机驱动器，脉冲步进控制器在控制器指令下，分别输出脉冲信号给俯仰步进电机驱动器及水平步进电机驱动器，俯仰步进电机驱动器驱动俯仰步进电机，水平步进电机驱动器驱动水平步进电机，俯仰步进电机及水平步进电机的输出轴分别通过齿轮传动机构调节激光光源的俯仰及水平位置，脉冲步进控制器内设有用于与传感器网络节点充供电从机进行充供电信息实时交互的无线通信模块；

每个传感器网络节点充供电从机均包含节点处理器、光电池板、电压检测电路、稳压模块、供电电路以及用于与充供电主机进行充供电信息实时交互的无线通信模块，光电池板置于激光光源的光向调整范围内，光电池板接收激光能量，通过稳压模块形成充供电电源，再通过供电电路为传感器网络节点充供电；