[发明专利]一种基于无人飞行器的无线充电系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线充电系统。特别是涉及一种通过无人飞行器向无线传感器网络节点进行充电的基于无人飞行器的无线充电系统及方法。

背景技术

无线传感器网络技术在国防、环境监测、医疗、工业、农林业等领域均有广泛的应用前景。该技术的发展及应用受到普遍关注，其中一个重要的研究热点就是传感器节点的能量管理问题。节点在进行数据传输时消耗较多能量，特别是负责路由功能的节点。由于无线传感器网络通常布置在无人维护的地区，当传感器节点的电能耗尽时，该节点就失去作用。传感器网络使用时间越长，因电能耗尽而失效的节点就越多，最终致使整个传感器网络完全失效。由此导致硬件资源的严重浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效解决无线传感器网络节点的能耗对节点寿命的严重影响的基于无人飞行器的无线充电系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于无人飞行器的无线充电系统，包括无人飞行器，与无人飞行器无线通信连接的远程控制中心，所述的无人飞行器上设置有用于向处在被监测区域中的无线传感器网络进行充电的无线充电控制装置，所述的无线传感器网络是由用于采集数据的多数个普通节点和在采集数据的同时还接收普通节点所采集的数据，并将自身采集的数据和普通节点采集的数据发送给远程控制中心的多数个核心节点构成，所述的无线充电控制装置是用于向所述的核心节点进行充电。

所述的无线充电控制装置包括有：机载控制单元，所述的机载控制单元分别连接用于向机载控制单元提供无人飞行器的位置信息的机载定位模块、用于向核心节点提供无线充电的电能并向无人飞行器供电的高能电池、用于对电量不足的核心节点进行无线充电的无线充电模块以及用于分别与远程控制中心和被充电的核心节点进行通信的机载通信模块，所述的机载控制单元还连接无人飞行器中的能够根据接收到的机载控制单元所发出的飞行指令来控制无人飞行器飞行的飞行控制模块。

所述的被监测区域包括有若干个监测子区域，每一个核心节点是以抛撒的方式设置在被监测区域内的一个监测子区域的中心地带，每个子区域配置至少一个核心节点，所述的多个普通节点是以随机抛撒的方式抛撒在各监测子区域中，在一个监测子区域中所述的普通节点的数量大于所述核心节点的数量。

所述的核心节点包括有传感器，用于对传感器所采集的信号进行预处理和A/D转换的信号处理电路，用于分别与无线充电控制装置中的机载通信模块、子区域内的普通节点和其他子区域的核心节点进行通信，以及在核心节点和远程控制中心之间进行远程数据传输的传感器控制器，所述传感器控制器分别连接信号处理电路、用于给核心节点提供电源的可充电电池和无线充电接收装置。

所述的传感器控制器包括有与所述的信号处理电路相连用于接收信号处理电路的输出数据的控制单元，所述的控制单元分别连接用于接收无线充电接收装置的输出信号的位置检测模块，连接通过无线充电接收装置接收无线充电控制装置中的无线充电模块的电能给可充电电池充电的充电器主电路，连接用于检测可充电电池电压量的电压检测模块，以及连接用于接收来自普通节点的数据，采用与远程控制中心直接通信或通过其他核心节点间接与远程控制中心通信的方式来传输数据，并向远程监控中心发送充电请求信息和向无线充电控制装置中的机载通信模块发送充电结束请求信息的通信模块。

所述的无线充电接收装置包括有用于接收无线充电控制装置中的无线充电模块的电能并将所述的电能输出给充电器主电路的接收线圈，以及若干个围绕接收线圈均匀分布用于检查无线充电模块的发射线圈与所述的接收线圈是否对准的位置检测线圈，所述位置检测线圈的信号输出端连接传感器控制器中的位置检测模块。

一种基于无人飞行器的无线充电系统的控制方法，包括如下步骤：

1)当所述的无线传感器网络中任一子区域的核心节点电量不足时，所述核心节点通过自身的通信模块向远程监控中心发送充电请求信息；

2)远程监控中心派出安装有无线充电控制装置的无人飞行器前往所述的区域，无线充电控制装置中的机载控制单元根据被充电的核心节点的位置坐标以及机载定位模块提供的无人飞行器的位置信息，搜索并前往被充电的核心节点；

3)无人飞行器在需要充电的核心节点的上方悬停，通过自身位置的调整使无线充电控制装置中的无线充电模块与被充电的核心节点的无线充电接收装置中的接收线圈准确定位，然后降落并开始无线充电；

4)被充电的核心节点的控制单元通过电压检测模块实时测量可充电电池的电压，当电量充足后，所述控制单元通过通信模块向无人飞行器上的无线充电控制装置中的机载通信模块发送充电结束请求；