移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与传输装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种移动式自适应能量与信息同步无线传输方法，包括以下步骤：步骤1、嵌入式MCU产生组合频率信号；步骤2、组合频率信号耦合到无线强耦合式双向匹配接收线圈对中；步骤3、最优频率估计电路估计谐振频点；当频率合成器的频率稳定下来时，执行步骤4；步骤4、嵌入式MCU产生信息序列，选频开关控制信号输出；步骤5、根据直流信号波动的幅度，决定装置是否进入重启模式；步骤6、当信号幅度小于基准电平偏移量时，装置进入重启模式。本发明还公开了一种实现移动式自适应能量与信息同步无线传输方法的装置，包括：相互连接的能量与信息无线发射单元和能量与信息无线接收与恢复单元。具有高效、可靠等优点。
【专利说明】移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与传输装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线通信、射频电子电路、能量无线传输、自动控制和移动检测交 叉技术，特别涉及一种移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与传输装置。
【背景技术】
[0002] 能量与信息同步无线传输技术是将能量无线传输技术与信息无线传输技术相集 合的产物，能实现能量与信息的并行无线传输，该技术有着能量与信息并行传输、能量与信 息非接触式的传输特点，可广泛应用于复杂环境下的工业控制设备、移动环境下的故障检 测、智能家居等领域，在保证高速信息交换的同时通过提取接收信号所携带的能量并加以 存储，可有效地向各种终端设备馈电，可克服传统有线或电池供电所带来的不便，减少终端 设备的体积与成本，并极大地延长其待机时间与工作环境适应能力。
[0003] 随着现代科技的发展，能量无线传输已经成为现实，现有近距离环境下的能量无 线传输技术主要有三种实现方式：射频辐射式、电磁感应式、磁耦合谐振式。其中磁耦合谐 振式利用非辐射磁场可在几倍于震荡器尺寸的中等距离（l〇m)以内实现电能的高效传输。 该方式的理论基础在于两个振荡电路之间重叠存在的强电磁耦合，不同于远场的辐射损 耗，该方式属于近场无损非辐射谐振耦合，虽然接收端与发射端之间的耦合随两者距离的 增大而衰减，但未被负载吸收的部分能量会返回发射端，从而不会过多影响传输效率。该方 式磁场与生物体之间相互作用很弱，对生物体较为安全，对其它频率的电子设备干扰很小， 且受障碍物的影响较小，并能够对多个共振频率用电设备供能。该类型系统具有高效安全， 配制灵活等特点，是当今海内外研究的热点。
[0004] 磁耦合谐振式在能量无线传输上已有较多成果，而能量与信息同步无线传输的研 究才刚起步，其难点在于信息传输速率与能量传输效率的最优权衡：信号、收发装置须严格 谐振匹配，否则效率会急剧下降。磁耦合谐振式装置为了获得较高的能量转换效率，用单频 正弦信号作能量传输载体，而正弦信号理论上带宽为零，无法携带信息。因此传统的磁耦合 谐振式能量与信息同步无线传输装置，在能量传输上采用能量集中的单频信号保证传输的 效率，在信号传输上采用窄带信号，仅能传输少量的信息。然而从模拟滤波器、耦合电路等 理论出发，4线圈的磁耦合谐振式能量无线传输装置存在4个能量传输效率最优的谐振频 点，如果能充分运用这4个频点可以在保证能量传输效率最优的同时拓展装置的载波频带 以提高信号的传输速率。
【发明内容】
[0005] 本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种移动式自适应能量 与信息同步无线传输方法，该方法的效率和可靠性高。
[0006] 本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实现移动式自适应 能量与信息同步无线传输方法的装置，该装置可以实现电路的自适应调整，并在保证能量 传输效率的基础上提升了装置的信号传输速率。
[0007] 本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种移动式自适应能量与信息同步无 线传输方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1、嵌入式MCU首先根据所述线性调频电路产生一串频率近似连续的组合频 率信号输入到所述功率放大电路、所述无线强耦合式双向匹配发射线圈对；
[0009] 步骤2、所述组合频率信号通过所述无线强耦合式双向匹配发射线圈对耦合到所 述无线强耦合式双向匹配接收线圈对中，被装置接收端接收；
[0010] 步骤3、接收端的最优频率估计电路根据所接收组合频率信号不同频率下的振幅 大小，估计出在初始化条件下（即特定的所述无线强耦合式双向匹配发射线圈对与所述无 线强耦合式双向匹配接收线圈对之间的传输距离、接收端负载不变等条件），所述无线强耦 合式双向匹配发射线圈对与所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对的4个谐振频点，然后 反馈给所述嵌入式MCU控制所述频率合成器的4个DDS的频率。根据预设的编码方式，4个 DDS的频率分别对应不同的4FSK编码（如00、01、10和11等）。待所述频率合成器的频率 稳定下来后，装置转入工作模式。
[0011] 步骤4、在工作模式下，所述嵌入式MCU产生所述信息序列，并控制所述由4个DDS 组成的频率合成器来输入相应频率的信号，输入到选频开关中，选频开关根据所述信息序 列的编码来控制信号输出；
[0012] 步骤5、所述选频开关将产生的信号和能量输出到所述数控功率放大器中，所述 数控功率放大器输入到所述无线强耦合式感应双向匹配发射线圈对后经过磁耦合谐振传 输到所述无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对，所述无线强耦合式感应双向匹配接收线 圈对接收到的能量经过所述全波整流电路后进入直流负载被吸收，而接收到的信号经4FSK 解调后恢复为原始编码控制信息，实现设备控制功能。装置运行过程中，随着传输距离或负 载的变化，所述全波整流电路处理过的直流信号会产生波动，在波动较小的情况下，装置不 需要调整；当直流信号波动较大时，装置进入重启模式进行自适应调整。
[0013] 步骤6、所述直流误差PWM调制电路预设了一个基准电平偏移量（例如可以设置 输出直流信号最大幅度的70%作为基准电平偏移量），所述全波整流电路输出的直流信号 随时间波动，当某一时刻信号幅度小于该基准电平偏移量时，装置认为此时电路状态已经 不能满足设备供电与控制的需求，需要对电路进行重新设置，所述直流误差PWM调制电路 会产生一个报警信号，经过所述4FSK调制解调电路反馈到所述嵌入式MCU中。所述嵌入式 MCU在接收到该信号后，装置进入重启模式。在重启模式下，会停止产生信号序列，同时重新 产生线性调频信号，估计此时电路的最优频率，直至装置恢复正常为止。
[0014] 进一步的，所述直流误差PWM调制电路首先将所述全波整流电路的输出信号与预 设基准电平进行对比和误差采样，然后通过与三角波的对比判决实现PWM调制；所述直流 误差P丽调制电路的输出为数字信号且其占空比随着所述全波整流电路输出信号误差的 变化而变化。
[0015] 本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种实现移动式自适应能量与信息同 步无线传输方法的装置，包括：相互连接的能量与信息无线发射单元和能量与信息无线接 收与恢复单元；所述能量与信息无线发射单元包括嵌入式MCU、由4个DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字频率合成器）组成的频率合成器、选频开关、数控功率放大器、无线 强耦合式感应双向匹配发射线圈对、线性调频电路和第一 4FSK解调电路；所述嵌入式MCU 有3个输出端，第一输出端产生所述信息序列，接入到所述选频开关；第二输出端连接到由 4个DDS组成的频率组合电路，控制DDS产生频率信号，然后接入到所述选频开关；第三输 出端接入到所述线性调频电路中，主要工作在初始化模式下，用来校正发射单元和接收与 恢复单元中4个匹配线圈的谐振频率。所述选频开关、所述线性调频和第一 4FSK解调电路 的输出连接至所述数控功率放大器，所述数控功率放大器输出连接至所述无线强耦合式双 向匹配线圈对的输入端，所述无线强耦合式感应双向匹配发射线圈对根据所述数控功率放 大器的功率向自由空间发射能量和信息。
[0016] 进一步的，所述能量与信息无线接收与恢复单元包括无线强耦合式双向匹配接 收线圈对、第二4FSK解调电路、全波整流电路、线性稳压电路、最优频率估计电路、直流误 差PWM调制电路、4FSK调制电路和直流负载等；所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对接 收所述无线耦合式感应双向匹配发射线圈对发射的能量与信息，然后所述无线强耦合式双 向匹配接收线圈对的一个输出端连接至所述全波整流电路中，将接收到的能量变成直流信 号；所述全波整流电路的一个输出端连接到所述线性稳压电路中产生更加平缓的直流信 号，然后接入到所述直流负载中供电；所述全波整流电路的另一个输出端连接所述直流误 差P丽调制电路，所述直流误差PWM调制电路输入到所述4FSK调制电路；所述无线强耦合 式双向匹配接收线圈对的另一个输出端连接到所述最优频率估计电路中，然后所述最优频 率估计电路接入到所述4FSK调制电路中，然后所述4FSK调制电路又接回所述无线强耦合 式双向匹配接收线圈对反馈到所述能量与信息无线发射单元；所述无线强耦合式双向匹配 接收线圈对的另一个输出端连接第二4FSK解调电路，恢复出接收到的无线信息。
[0017] 进一步的，所述无线强耦合式双向匹配发射线圈对与所述无线强耦合式双向匹配 接收线圈对还应包括相应的阻抗匹配谐振网络；所述无线强耦合式双向匹配发射线圈对通 过磁耦合谐振向所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对无线传输能量与信息，并同时接收 所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对无线反馈辐射的4FSK调制信号。
[0018] 与本发明相关的磁耦合谐振式能量无线传输装置的原理：磁耦合谐振式能量无线 传输装置一般包括：信号产生电路、功率放大电路、信号发射电路、信号接收电路、信号处理 电路、负载电路以及相应的阻抗匹配电路等几个部分。如图1所示，整个装置按照发射和接 收分为发射单元和接收单元，发射单元包括振荡器、功率放大电路和发射线圈等，接收单元 包括接收线圈、整流电路、限流电路和负载电路等，其中的关键部分在于发射和接收线圈的 设计。
[0019] 在磁耦合谐振式能量无线传输装置的线圈设计中，最常用的是4线圈回路设计， 按照能量传递顺序依次为驱动线圈回路、发射线圈回路、接收线圈回路和拾取线圈回路，每 个回路都包括线圈等效电感L、电容C及匹配阻抗。为了有效地去除电源或者负载反馈的 谐波分量对装置的影响以提高能量传输效率，将驱动线圈回路和发射线圈回路组成发射线 圈对，用在发射单元中；接收线圈回路和拾取线圈回路组成接收线圈对，用在接收单元中。 如图2所示，大致的信号流程如下：震荡源产生的振荡信号经过前级处理（如功率放大等） 后，首先输入到驱动线圈回路中，驱动线圈回路将信号经电磁感应耦合到发射线圈回路中， 同理发射线圈回路中的信号又依次耦合到接收线圈回路、拾取线圈回路中，最后经拾取线 圈回路输出经整流、限流后，输出供负载使用。
[0020] 驱动线圈回路与拾取线圈回路、发射线圈回路与接收线圈回路的电路参数都分别 对称，两个回路的线圈电感L、电容C和匹配阻抗也相同，驱动线圈回路与发射线圈回路、接 收线圈回路与拾取线圈回路不要求参数对称，但要求4个线圈回路的谐振频率保持一致。 如图2所示，驱动线圈回路与发射线圈回路和接收线圈回路与拾取线圈回路之间的距离相 同，互感相同，且两组线圈回路之间距离较近属于强耦合谐振，即驱动线圈回路匹配发射线 圈回路，拾取线圈匹配接收线圈回路，从而保证发射单元和接收单元的稳定。发射线圈回路 和接收线圈回路之间距离较远，可以适应中等距离能量传输需求。
[0021] 从滤波器的角度分析，每个线圈回路（含电感、电容和匹配阻抗等）都可以看作一 个LCR谐振器，因此，线圈间的耦合属于电感耦合即磁耦合的范畴。磁耦合谐振无线能量传 输本质上是一个包含4个LCR谐振器的电感耦合带通滤波器，按照T型电路进行等效后，其 等效去耦合等效电路图如图3所示。根据滤波器和耦合电路理论分析与仿真实验验证，44 线圈磁耦合谐振式能量无线传输装置会出现4个谐振频点，在谐振频点能量传输的效率最 优，充分运用这4个频点，相对传统的单频点窄带能量与信息同步无线传输装置，可以提升 装置的载波频带3倍以上，拓展装置的带宽，大大地提高装置的信号传输速率。我们提出的 移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与装置就是在此基础上改进而来的一种同步 实现能量与信号传输的架构。
[0022] 本发明的原理：本发明基于磁耦合谐振式能量无线传输与4FSK调制解调信息无 线传输理论，通过一个能量与信息无线发射单元及一个能量与信息无线接收单元接收与恢 复单元实现。能量与信息无线发射单元发射的能量通过磁耦合谐振式能量无线传输方式传 输到接收单元，信号通过4FSK调制方式传输到接收单元；接收单元将无线电能恢复为直流 电源，为其他移动终端设备供电；由于传输距离变化及外界工作环境的变化等使得的收发 单元谐振频率的变化从而引起的直流电源的波动变化量通过PWM误差采样与4FSK调制技 术无线反馈到能量与信息无线发射单元，并通过发射单元解调与嵌入式的MCU数字控制技 术实现根据接收单元的电量的变化进行对发射单元的发射信号的频率实现自适应调节。同 时能量与信息无线发射单元与接收单元之间可以通过4FSK调制解调技术实现控制信号的 无线传输。
[0023] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0024] 1、本发明能够在收发端位置相对移动的情况下，自适应地检测系统能量传输最优 工作频点，从而保证系统能实时实现高效的能量传输。
[0025] 2、本发明充分运用收发系统的多个谐振频点（与系统的线圈个数成正比），在保 证能量传输效率最高的同时拓展系统的载波频带，从而提高信号的传输速率。本发明可实 现高效、可靠的能量与信息同步无线传输，可广泛用于复杂环境下的工业控制设备、移动环 境下的故障检测、智能家居等领域的移动终端设备及装置。
[0026] 3、本发明能够实现能量与信息同步无线传输的同时，接收端和发射端都可以完成 调制解调过程，并从实际应用出发提出了比较可行的调制解调方案。根据4线圈磁耦合谐 振式无线能量传输装置的相关结论，采用了 4FSK调制解调方案，在一定的误差采样与反馈 电路的支撑下，可以实现电路的自适应调整，并且充分运用装置的4个频点，可以在保证能 量传输效率的基础上有效提升装置的信号传输速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是电磁耦合谐振方式能量无线传输装置原理图。
[0028] 图2是4线圈磁谐振耦合式能量无线传输装置等效电路模型。
[0029] 图3是4线圈磁耦合谐振式能量无线传输装置去耦合等效电路图。
[0030] 图4是移动式自适应能量与信息同步无线传输装置框图。
[0031] 图5是自适应调制选频电路框图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0033] 实施例
[0034] 如图4所示，移动式自适应能量与信息同步无线传输装置包括能量与信息无线发 射单元和能量与信息无线接收与恢复单元。
[0035] 所述能量与信息无线发射单元包括自适应调制选频电路、线性调频电路2、数控功 率放大器6、第一 4FSK解调电路7和无线强耦合式感应双向匹配发射线圈对8 ;所述自适应 调制选频电路包括嵌入式MCU1、信息序列3、由4个DDS组成的频率合成器4、选频开关5 ; 嵌入式MCU1的一个输出端连接至信息序列3的输入端，信息序列3输出到选频开关5的一 个输入端；嵌入式MCU1的另一个输出端连接到由4个DDS组成的频率合成器4中，频率合 成器4的输出端与选频开关5的另一个输入端相连接。如图4所示，选频开关5的输出连 接至功率放大电路，功率放大电路的输出又连接至无线强耦合式感应双向匹配发射线圈对 8中。嵌入式MCU1的另一个输出端连接到线性调频电路2中，线性调频电路2连接至功率 放大电路中；无线强耦合式感应双向匹配线圈对输入至第一 4FSK解调电路7中，第一 4FSK 解调电路7的输出又反馈回嵌入式MCU1中。
[0036] 如图4所示，能量与信息无线接收与恢复单元包括无线强耦合式感应双向匹配接 收线圈对9、最优频率估计电路10、4FSK调制电路11、全波整流电路12、直流误差PWM调制 电路13、线性稳压电路14、直流负载15和第二4FSK解调电路16。无线强耦合式感应双向 匹配接收线圈对9的能量输出端连接至全波整流电路12中，全波整流电路12的输出连接 至直流负载15 ;无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对9的信息输出端连接至第二4FSK 解调电路16 ;全波整流电路12的输出还要连接至直流误差PWM调制13电路，直流误差PWM 调制13电路的输出连接至4FSK调制电路11，最后4FSK调制电路11的输出信号连接至到 无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对9以反馈至能量与信息无线发射单元。
[0037] 如图5所示，自适应调制选频电路包括：嵌入式MCU、信息序列、频率合成器和选频 开关电路，所述频率合成器具有4个DDS。初始化模式下，整个电路初始化完成后，嵌入式 MCU就可以确定线圈对的谐振频率，然后嵌入式MCU对象设定4个DDS的输出信号频率。在 嵌入式MCU确定编码信息序列后，信息序列输入到选频开关中，选频开关根据预设的编码 方式确定4个谐振频率对应的4FSK编码，然后分别控制频率合成器中的4个DDS的信号频 率，完成4FSK调制过程。
[0038] 如图4所示，信号流程如下：
[0039] 初始化模式：
[0040] 1、嵌入式MCU单元1控制线性调频电路2产生一串由多个频点--…·Λτ"组成 的复合频率信号&，该信号频率范围很大且各个频点之间间隔较小，在装置的工作频率范 围可以近似看作是连续频率信号；
[0041] 2、将复合频率信号Sx经过数控功率放大器6进行放大后输出到无线强耦合式感 应双向匹配发射线圈对8,然后通过无线传输到无线强f禹合式感应双向匹配接收线圈对9， 经过最优频率估计电路10估计出电路装置的4个谐振频率;
[0042] 3、最优频率估计电路10将估计出来的谐振频率经过4FSK调制电路11调制后，经 过无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对9反馈回发射单元；
[0043] 4、接收与恢复单元反馈回发射单元的信号，经过无线强耦合式感应双向匹配发射 线圈对8接收，输入至4FSK解调7后，输出到嵌入式MCU1中，由此嵌入式MCU1得到了系统 的谐振频率，并设置频率合成器4的4个DDS的频点，由此完成了装置初始化的过程。
[0044] 工作模式：
[0045] 1、嵌入式MCU1产生信息序列3 (例如00101101)，又同时控制频率合成器4产生相 应谐振频率的信号，这两路输出同时输入到选频开关5中，选频开关5根据信息序 列3来选择信号，完成频率调制过程，输出信，Μ ;
[0046] 2、输出至数控功率放大器6中，输出，然后传入到无线强耦合式感应双向 匹配发射线圈对8,向自由空间发射无线电能WP ;
[0047] 3、无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对9通过磁耦合谐振接收空间中的无线 能量信号，得到输出信号
[0048] 4、经过全波整流电路12、线性稳压电路14变成直流信号Ur，直接供电给直流 负载15。
[0049] 5、无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对9的输出信号^^经过第二4FSK解调电 路16解调后，恢复为原始信息序列3,完成设备的无线控制。
[0050] 重启模式：
[0051] 1、当直流误差PWM调制13电路检测到全波整流输出的直流信号小于基准电平偏 移量时，将产生一个报警信号B s，该信号的频率fs与装置传输所用的谐振频率相差较远，视 作一个可识别的高频信号；
[0052] 2、报警信号Bs经过4FSK调制电路11、无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对9 和无线强耦合式感应双向匹配发射线圈对8组成的回路反馈到发射调制端的4FSK解调7， 然后输入到嵌入式MCU1中；
[0053] 3、嵌入式MCU1接收到报警信号Bs后，将会停止产生信息序列3并控制频率合成 器4的DDS停止产生信号，装置转入初始化化模式；
[0054] 4、嵌入式MCU1重新对装置进行初始化设置，直至装置重新恢复正常为止。
[0055] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种移动式自适应能量与信息同步无线传输方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、嵌入式MCU根据线性调频电路产生组合频率信号输入到功率放大电路和无线 强耦合式双向匹配发射线圈对； 步骤2、所述组合频率信号通过无线强耦合式双向匹配发射线圈对耦合到无线强耦合 式双向匹配接收线圈对中，并被接收端接收； 步骤3、接收端的最优频率估计电路根据所接收组合频率信号不同频率下的振幅大小， 估计出在初始化条件下无线强耦合式双向匹配发射线圈对与无线强耦合式双向匹配接收 线圈对的谐振频点；所述初始化条件是指特定的无线强耦合式双向匹配发射线圈对与无线 强耦合式双向匹配接收线圈对之间的传输距离以及接收端负载不变的条件；当频率合成器 的频率稳定下来时，执行步骤4 ; 步骤4、嵌入式MCU产生信息序列，并控制由4个DDS组成的频率合成器来输入相应频 率的信号，输入到选频开关中，选频开关根据信息序列的编码来控制信号输出； 步骤5、选频开关将产生的信号和能量输出到数控功率放大器中，数控功率放大器输入 到无线强耦合式感应双向匹配发射线圈对后经过磁耦合谐振传输到无线强耦合式感应双 向匹配接收线圈对，无线强耦合式感应双向匹配接收线圈对接收到的能量经过全波整流电 路后进入直流负载被吸收，而接收到的信号经4FSK解调后恢复为原始编码控制信息；随着 传输距离或负载的变化，全波整流电路处理过的直流信号会产生波动，根据所述直流信号 波动的幅度，决定移动式自适应能量与信息同步无线传输装置是否进入重启模式，进行自 适应调整； 步骤6、直流误差PWM调制电路预先设定基准电平偏移量，全波整流电路输出的直流信 号随时间波动，当某一时刻信号幅度小于该基准电平偏移量时，直流误差PWM调制电路产 生一个报警信号，经过所述4FSK调制解调电路反馈到所述嵌入式MCU中；所述嵌入式MCU 在接收到该信号后，移动式自适应能量与信息同步无线传输装置进入重启模式。
2. 根据权利要求1所述的移动式自适应能量与信息同步无线传输方法，其特征在于， 在步骤6中，所述直流误差PWM调制电路先将所述全波整流电路的输出信号与预设基准电 平进行对比和误差采样，再通过与三角波的对比判决实现PWM调制；所述直流误差PWM调制 电路的输出为数字信号且其占空比随着所述全波整流电路输出信号误差的变化而变化。
3. 根据权利要求1所述的移动式自适应能量与信息同步无线传输方法，其特征在于， 在步骤5中，预先设定所述直流信号波动的幅度，判定所述直流信号波动的幅度是否超出 设定值，如果超出设定值，移动式自适应能量与信息同步无线传输装置进入重启模式进行 自适应调整，否则，移动式自适应能量与信息同步无线传输装置维持当前的状态。
4. 根据权利要求1所述的移动式自适应能量与信息同步无线传输方法，其特征在于， 在步骤3中，所述谐振频点有4个，所述最优频率估计电路把所述4个谐振频点反馈给嵌入 式MCU以控制频率合成器的4个DDS的频率，并根据预设的编码方式，把4个DDS的频率分 别对应相应的4FSK编码。
5. 根据权利要求1所述的移动式自适应能量与信息同步无线传输方法，其特征在于， 在步骤6中，所述重启模式为：停止产生信号序列，同时重新产生线性调频信号，并估计此 时电路的最优频率，直至移动式自适应能量与信息同步无线传输装置恢复正常为止。
6. -种实现权利要求1所述的移动式自适应能量与信息同步无线传输方法的装置，其 特征在于，包括：相互连接的能量与信息无线发射单元和能量与信息无线接收与恢复单元； 所述能量与信息无线发射单元包括自适应调制选频电路、数控功率放大器、无线强耦合式 感应双向匹配发射线圈对、线性调频电路和第一 4FSK解调电路；所述自适应调制选频电路 包括：嵌入式MCU、信息序列、频率合成器和选频开关电路； 所述嵌入式MCU有第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端产生所述信息 序列，接入到所述选频开关；第二输出端连接到由4个DDS组成的频率组合电路，控制DDS 产生频率信号，然后接入到所述选频开关；第三输出端接入到所述线性调频电路中，用于校 正发射单元和接收与恢复单元中4个匹配线圈的谐振频率；所述选频开关、所述线性调频 和第一 4FSK解调电路的输出连接至所述数控功率放大器，所述数控功率放大器输出连接 至所述无线强耦合式双向匹配线圈对的输入端，所述无线强耦合式感应双向匹配发射线圈 对根据所述数控功率放大器的功率向自由空间发射能量和信息。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述能量与信息无线接收与恢复单元包 括无线强耦合式双向匹配接收线圈对、第二4FSK解调电路、全波整流电路、线性稳压电路、 最优频率估计电路、直流误差PWM调制电路、4FSK调制电路和直流负载；所述无线强耦合式 双向匹配接收线圈对接收所述无线耦合式感应双向匹配发射线圈对发射的能量与信息，然 后所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对的一个输出端连接至所述全波整流电路中，将接 收到的能量变成直流信号；所述全波整流电路的一个输出端连接到所述线性稳压电路中产 生更加平缓的直流信号，然后接入到所述直流负载中供电；所述全波整流电路的另一个输 出端连接所述直流误差PWM调制电路，所述直流误差PWM调制电路输入到所述4FSK调制电 路；所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对的另一个输出端连接到所述最优频率估计电路 中，然后所述最优频率估计电路接入到所述4FSK调制电路中，然后所述4FSK调制电路又接 回所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对反馈到所述能量与信息无线发射单元；所述无线 强耦合式双向匹配接收线圈对的另一个输出端连接所述第二4FSK解调电路，恢复出接收 到的无线信息。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述频率合成器具有4个DDS。
9. 根据权利要求7和8任一项所述的装置，其特征在于，所述移动式自适应能量与信 息同步无线传输方法的装置中的所有电路初始化完成后，嵌入式MCU确定线圈对的谐振频 率，然后嵌入式MCU对象设定4个DDS的输出信号频率；在嵌入式MCU确定编码信息序列后， 信息序列输入到选频开关中，选频开关根据预设的编码方式确定4个谐振频率对应的4FSK 编码，然后分别控制频率合成器中的4个DDS的信号频率，完成4FSK调制过程。
10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述无线强耦合式双向匹配发射线圈对 与所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对还应具有相应的阻抗匹配谐振网络；所述无线强 耦合式双向匹配发射线圈对通过磁耦合谐振向所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对无 线传输能量与信息，同时接收所述无线强耦合式双向匹配接收线圈对无线反馈辐射的4FSK 调制信号。
【文档编号】H02J17/00GK104158304SQ201410369351
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】马碧云, 刘娇蛟, 韦岗, 李哲 申请人:华南理工大学