[发明专利]一种传感网节点无线充电方法

说明书

 

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，涉及一种无线传感网节点的无线充电方法。

 

背景技术

无线传感器网络是由一定数量的传感网节点通过无线自组网方式联结而成的测控网络。典型的无线传感器网络节点主要由数据采集模块，数据处理模块、无线通信模块和供电模块等组成。节点通常尺寸较小，具有低成本、低功耗、多功能等特点。无线传感网的主要应用是将大量的传感网节点安装/播撒在目标环境，进行候鸟习性观察、桥梁状态检测等。

随着无线传感器网络技术的快速发展和广泛应用，无线传感网节点的供电问题日益突出。部署在某些复杂环境（如孤岛、荒野等）的传感网节点供电中存在以下问题：（1）采用电池或有线供电，电池寿命有限，更换电池费时费力，有线供电提高系统造价；（2）一些集能型电源（如太阳能电池、风力供电等）使用受到天气和传感网节点成本、体积和工作环境等因素限制；（3）新型电源结构复杂、成本高、不便普及和推广。因此，需要寻求其他方法解决无线传感网节点的供电问题。

目前无线充电技术正逐步走进人们的生活，无线充电主要有电磁感应、磁耦合共振式以及无线电波三种方式。电磁感应传输距离短，无线电波方式传输效率低，而磁耦合共振式的传输距离可以达到3-4m，并且电能的传输不受纸张、塑料、玻璃等材料的阻隔影响，同时传输功率较大。若将无线充电与自动化设备相结合，周期性或针对性对复杂环境（如孤岛、荒野等）的传感网节点充电，将会降低无线传感器网络系统成本、降低工作人员劳动强度和危险性。

 

发明内容

技术问题：针对适用复杂环境的无线传感器网络的供电问题，本发明提供一种便于更换电池、成本低、环境限制小的传感网节点无线充电方法。 

技术方案：本发明的传感网节点无线充电方法，包括以下步骤：

1）传感网节点单元通过电压检测传感器检测到电量过低时，向终端控制单元发送充电请求信号，同时开启节点停机架的节点LED，终端控制单元收到充电请求信号后向停放在终端停机架上的四旋翼移动充电单元发出充电指令，充电指令包括需要充电的传感网节点单元的坐标位置和网络标号；

2）四旋翼移动充电单元首先进行电量检测，如电量充足，则进入步骤3），如电量不足，则向终端控制单元发送充电信号，终端控制单元接收到后对四旋翼移动充电单元进行充电，待电量充足后进入步骤3）；

3）四旋翼移动充电单元根据充电指令飞向需要充电的传感网节点单元，并停放在节点停机架上；

4）四旋翼移动充电单元对传感网节点单元进行充电，充电过程中四旋翼移动充电单元对自身电量进行检测，同时传感网节点单元对自身的节点电量进行检测，在四旋翼移动充电单元电量过低或对传感网节点单元的充电完成时，四旋翼移动充电单元停止充电并返回终端停机架。

本发明方法的步骤3）中，四旋翼移动充电单元采用GPS导航功能飞向传感网节点单元，根据四旋翼移动充电单元上设置的摄像头对节点LED进行图像采集，且进行图像处理即三点定位后停放在节点停机架上。

本发明方法所采用的硬件系统由传感网节点单元、终端控制单元和四旋翼移动充电单元构成，传感网节点单元包含：传感网节点、节点停机架、无线电能接收模块，传感网节点单元通过电压检测传感器检测到电量过低时，向终端控制单元发送充电请求信号，同时开启节点停机架的节点LED；终端控制单元主要包括服务器、无线传感器网络网关、终端停机架以及无线电能发射模块，无线传感器网络网关作为传感网节点和服务器之间信息交互纽带和网络路由管理模块，终端控制单元收到充电请求信号后向停放在终端停机架上的四旋翼移动充电单元发出充电指令，充电指令包括需要充电的传感网节点单元的坐标位置和网络标号；四旋翼移动充电单元主要包含四旋翼飞行器、无线电能发射与接收模块、机载锂电池以及摄像头模块，，在接收到终端控制单元发出的充电指令后，首先进行电量检测，如电量不足，则向终端控制单元发送充电信号，终端控制单元接收到后对四旋翼移动充电单元进行充电，直到电量充足，如电量充足，则根据充电指令，采用GPS导航功能飞向传感网节点单元，根据四旋翼移动充电单元上装有的摄像头对节点LED进行图像采集，且进行图像处理即三点定位后停放在节点停机架上，通过无线电能发射模块对传感网节点进行无线充电，充电过程中四旋翼移动充电单元对自身电量进行检测，同时传感网节点单元对自身的节点电量进行检测，在四旋翼移动充电单元电量过低或对传感网节点单元的充电完成时，四旋翼移动充电单元返回终端停机架。