一种射频充电装置、系统、方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及射频充电技术领域，尤其涉及的是一种射频充电装置、系统、方法及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着科技的发展，最新研究出一种新型柔性整流天线，经实际测试，该天线捕捉wi-fi的信号，转换成直流电的效率大幅提升，使得利用射频能为低功耗设备充电和功能的适用范围更加广阔。也就是说，基于这项研究的成果，更多的电子设备可以摆脱电池的限制，利用射频能供能或充电。
3.但是，日常应用时，射频能受限于法规限制，需要严格控制射频等效发射功率。例如，功率相对较高的wi-fi，市面在售路由器受无线设备功率限制和覆盖范围限制，采用全向天线，综合发射功率一般限制在200mw以内。在这种情况下，wi-fi信号可以供应的电能较少，无法满足一般设备的供能及充电需求；并且，因为使用全向天线，功率较为均匀的分散在空间中，实际利用时，效率较低。
4.因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种射频充电装置、系统、方法及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中无线设备受功率限制和覆盖范围限制，射频能难以用于终端供能或充电的问题。
6.本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种射频充电装置，其中，所述射频充电装置包括：发射端主控电路，及与所述发射端主控电路连接的可旋转射频充电天线；所述可旋转射频充电天线用于检测充电接收端的当前信号强度，所述发射端主控电路用于根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转；当所述当前信号强度达到预设强度值时，所述可旋转射频充电天线停止旋转，将发射功率增强至预设功率，并按照所述预设功率向充电接收端发射射频充电能量。
8.在一种实现方式中，所述射频充电装置还包括：发射端通信天线、射频电路、天线调节电路及天线旋转驱动机构；所述发射端通信天线、射频电路、发射端主控电路、天线调节电路、天线旋转驱动机构及可旋转射频充电天线依次连接；
9.所述发射端通信天线用于中继转发射频信号；
10.所述射频电路用于中继所述发射端通信天线转发的所述射频信号；
11.所述天线调节电路用于接收所述发射端主控电路的调整指令，对所述可旋转射频充电天线进行角度调整和功率调整；
12.所述天线旋转驱动机构用于在所述天线调节电路的驱动下，带动所述可旋转射频充电天线旋转；
13.所述射频充电装置还包括：与所述发射端主控电路相连接的供电电路，所述供电
电路用于为射频充电装置供电。
14.本发明提供一种射频充电系统，其中，所述射频充电系统包括：如上所述的射频充电装置，及充电接收端；
15.所述充电接收端包括：依次连接的充电接收天线、接收端整流电路、能量转换电路、接收端主控电路以及接收端通信天线；所述充电接收天线用于接收射频充电能量，所述接收端整流电路用于将所述射频充电能量转换成电能，所述能量转换电路用于接收所述接收端整流电路转换的电能，根据实时功耗将电能供应至所述接收端主控电路，所述接收端通信天线用于检测空间中的射频信号强度，并将信号强度值广播出去。
16.在一种实现方式中，所述充电接收端还包括：锂电池，所述锂电池用于存储所述接收端整流电路转换的电能，以及对所述充电接收端进行供电。
17.本发明提供一种基于如上所述的射频充电装置实现的射频充电方法，包括：
18.发射端主控电路通过可旋转射频充电天线检测充电接收端的当前信号强度；
19.发射端主控电路根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转；
20.当所述当前信号强度达到预设强度值时，所述可旋转射频充电天线停止旋转，将发射功率增强至预设功率，并按照所述预设功率向充电接收端发射射频充电能量。
21.在一种实现方式中，所述射频充电方法还包括：
22.当发射端通信天线搜索到通信设备发出的射频信号时，发射端主控电路与所述通信设备建立连接，并启动信号中继。
23.在一种实现方式中，所述发射端主控电路通过可旋转射频充电天线检测充电接收端的当前信号强度，包括：
24.发射端主控电路通过可旋转射频充电天线以固定功率开启信号广播，侦听充电接收端的信号反馈，得到当前信号强度。
25.在一种实现方式中，所述发射端主控电路根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转，包括：
26.发射端主控电路将所述当前信号强度与预设强度值相比对；
27.若所述当前信号强度小于预设强度值，则控制所述可旋转射频充电天线进行旋转，直至所述当前信号强度达到预设强度值。
28.在一种实现方式中，所述发射端主控电路根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转之后，还包括：
29.若所述当前信号强度无法达到预设强度值，则驱动所述可旋转射频充电天线旋转至信号强度最大的方位，并按照预设功率向充电接收端发射射频充电能量。
30.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的射频充电方法的步骤。
31.本发明的有益效果：本实施例的装置包括发射端主控电路，及与所述发射端主控电路连接的可旋转射频充电天线；所述可旋转射频充电天线用于检测充电接收端的当前信号强度，所述发射端主控电路用于根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转；当所述当前信号强度达到预设强度值时，所述可旋转射频充电天线停止旋转，将发射功率增强至预设功率，并按照所述预设功率向充电接收端发射射频充电能量。本发明通过设置发射端主控电路以及可旋转射频充电天线，可以通过旋转可旋转射频充电天线来调
整充电信号覆盖范围，在充电接收端移动的情况下，也能够以最优的发射角度和发射功率为充电接收端进行射频充电，减小了功率限制和覆盖范围限制，提高了射频能的利用率。
附图说明
32.图1是本发明中射频充电装置较佳实施例的功能原理框图。
33.图2是本发明中充电接收端的功能原理框图。
34.图3是本发明中充电接收端在第一位置时的工作原理示意图。
35.图4是本发明中充电接收端在第二位置时的工作原理示意图。
36.图5是本发明中射频充电方法较佳实施例的流程图。
37.图6是本发明中射频充电方法的具体流程示意图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.目前，射频充电技术发展取得部分突破，其中，wi-fi充电技术已取得关键突破，转换效率最大已提升至40％，通过wi-fi信号为设备充电成为可能。然而，射频能受限于无线设备功率限制，需要严格控制功耗。例如，功率相对较高的wi-fi，市面在售路由器受无线设备功率限制和覆盖范围限制，采用全向天线，综合发射功率限制在200mw。在这种情况下，wi-fi信号可以供应的电能较少，无法满足一般设备的充电需求，并且，因为使用全向天线，功率较为均匀的分散在空间中，利用率较低。
40.请参见图1，本发明实施例所述的射频充电装置包括：发射端主控电路103，及与所述发射端主控电路103连接的可旋转射频充电天线107；所述可旋转射频充电天线107用于检测充电接收端的当前信号强度，所述发射端主控电路103用于根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线107进行旋转；当所述当前信号强度达到预设强度值时，所述可旋转射频充电天线107停止旋转，将发射功率增强至预设功率，并按照预设功率向充电接收端发射射频充电能量。
41.本发明通过设置发射端主控电路以及可旋转射频充电天线，可以通过旋转可旋转射频充电天线来调整充电信号覆盖范围，在充电接收端移动的情况下，也能够以最优的发射角度和发射功率为充电接收端进行射频充电，减小了功率限制和覆盖范围限制，提高了射频能的利用率。
42.具体地，所述射频充电装置为充电发射端，所述发射端主控电路是主体控制电路，控制射频充电装置整体的运行。本发明可以应用于常见的wi-fi、蓝牙、zigbee等设备的充电。所述可旋转射频充电天线为定向高增益天线，用于射频充电相关功能，旋转范围在水平面上为左右旋转360
°
，在垂直面上为上下旋转90
°
，进而实现自适应寻位。
43.本实施例设置一预设强度值，用于判断信号强度的强弱。若当前信号强度小于预设强度值，则说明当前信号强度较弱，不利于射频充电，此时则需要控制可旋转射频充电天线进行旋转，直至当前信号强度较强，从而提升射频充电的效率。当当前信号强度达到预设强度值时，说明此时的信号强度较强，可以维持信号功率，因此，可旋转射频充电天线不再
旋转，并在此位置处将发射功率增强至预设功率，按照预设功率向充电接收端发射射频充电能量。所述预设功率可以为最大功率，即安全限值功率。
44.在一种实现方式中，所述射频充电装置还包括：发射端通信天线101、射频电路102、天线调节电路105及天线旋转驱动机构106；所述发射端通信天线101、射频电路102、发射端主控电路103、天线调节电路105、天线旋转驱动机构106及可旋转射频充电天线107依次连接；所述发射端通信天线101用于中继转发射频信号；所述射频电路102用于中继所述发射端通信天线101转发的所述射频信号；所述天线调节电路105用于接收所述发射端主控电路103的调整指令，对所述可旋转射频充电天线107进行角度调整和功率调整；所述天线旋转驱动机构106用于在所述天线调节电路105的驱动下，带动所述可旋转射频充电天线107旋转。所述射频充电装置还包括：与所述发射端主控电路103相连接的供电电路108，所述供电电路108用于为射频充电装置供电。
45.具体地，所述发射端通信天线101用于通信数据的收发，例如与wi-fi路由器通信时，实现信号的中继转发。所述射频电路102用于中继所述射频信号，如wi-fi信号。所述天线调节电路105可以调节可旋转射频充电天线107的功率，以及驱动天线旋转驱动机构106对可旋转射频充电天线107进行角度、方位调节。所述天线旋转驱动机构可以选择为电机，可以实现可旋转射频充电天线的旋转功能。所述供电电路可以接入固定电源。
46.所述射频充电装置的工作原理为：射频充电装置作为射频充电系统中的充电发射端，以固定功率开启信号广播，侦听充电接收端的信号反馈，同时，充电接收端搜索射频充电装置的射频信号，并返回信号的信号强度值。若射频充电装置没有收到信号反馈，则驱动可旋转射频充电天线进行旋转，并重复以上步骤。若射频充电装置收到信号反馈，即得到信号强度值，通过信号强度值判断充电接收端的距离及大致方位，根据距离及大致方位旋转可旋转射频充电天线，直至信号强度值达到预设强度值。此时，信号强度较强，达到了最优的充电发射角度。若无法达到预设强度值，则驱动可旋转射频充电天线旋转至信号强度最大的方位。同时，天线调节电路增大发射功率(在安全功率范围内)，增强充电信号，进而实现较强的充电信号充电。如图3和图4所示，401和402为射频信号覆盖范围，其中，401是通信设备300(如家庭wi-fi路由器)发射的信号覆盖范围，402是射频充电装置100发射的信号覆盖范围。当充电接收端200移动时，例如，由图3的状态变化为图4的状态，则继续重复上述步骤，可旋转射频充电天线的指向及功率继续调整，以达到最优充电发射角度及发射功率，实现自动追踪。
47.这样，射频充电装置作为充电发射端，可以解决通信设备受功率限制和覆盖范围限制，射频能利用率较低的问题，可以精确地为充电接收端进行充电，扩大了覆盖范围，并且提高了充电功率。
48.本发明还提供一种射频充电系统，请参阅图2、图3和图4，所述射频充电系统包括：如上所述的射频充电装100，及充电接收端200。即，所述射频充电装置100为充电发射端，可以实现自适应寻位和功率动态调整；所述充电接收端200可以为低功耗设备终端，可以实现反馈信号强度及利用射频能充电。
49.所述充电接收端200包括：依次连接的充电接收天线205、接收端整流电路204、能量转换电路203、接收端主控电路202以及接收端通信天线201；所述充电接收天线205用于接收射频充电能量，所述接收端整流电路204用于将所述射频充电能量转换成电能，所述能
量转换电路203用于接收所述接收端整流电路204转换的电能，根据实时功耗将电能供应至所述接收端主控电路202，所述接收端通信天线201用于检测空间中的射频信号强度，并将信号强度值广播出去。
50.具体地，所述接收端整流电路204由整流二极管和射频信号转换器构成，用于能量转换，即，将射频能转换成电能。所述能量转换电路203接收所述接收端整流电路204转换的电能，根据系统实时功耗，供应给接收端主控电路202。
51.在一种实施例中，所述充电接收端200还包括：锂电池206，所述锂电池206用于存储所述接收端整流电路204转换的电能，以及对所述充电接收端进行供电。也就是说，本实施例也可以为锂电池充电，适用范围更广泛。
52.所述充电接收端的工作原理为：充电接收天线接收空间中的射频信号，即，射频充电装置发射的射频充电能量，并结合接收端整流电路，将所述射频充电能量整合转换为电能，驱动整体设备工作。当接收到的射频充电能量低于系统工作所需要的能量时，驱动能量转换电路进行储能。储能可以通过储能电容实现，例如，配置锂电池，多余的能量被转移至锂电池中储存。当能量足以驱动充电接收端的系统工作时，通过接收端通信天线检测空间中的射频信号强度，并将信号强度值广播出去。
53.本发明可以用于iot智能家居、智能穿戴设备、低功耗设备领域。通过自适应射频充电系统，为低功耗设备实现无感知实时充电，大幅降低此类设备的维护成本，如充电，更换电池等维护成本。
54.也就是说，本发明实现了一种自适应的射频充电系统，包含发射端设备和接收端设备。发射端可以依据接收端设备的位置，动态调整发射方向及发射功率；接收端可以检测发射端信号强度并进行广播反馈，同时通过专用天线接收射频能，转换为电能用于工作和储存。
55.这样，本发明解决了低功耗iot设备的能量供应问题，通过自适应技术，动态调整方向和功率，使终端可以通过射频能获得相对足够的能量用于支撑设备工作。
56.请参见图5，本发明实施例所述的射频充电方法包括如下步骤：
57.步骤s100、发射端主控电路通过可旋转射频充电天线检测充电接收端的当前信号强度。
58.在一种实现方式中，所述步骤s100具体包括：发射端主控电路通过可旋转射频充电天线以固定功率开启信号广播，侦听充电接收端的信号反馈，得到当前信号强度。
59.具体地，本实施例通过充电发射端获取充电接收端的信号强度，可以得知充电接收端的大致方位，若当前连接信号较弱，则可以将可旋转射频充电天线指向充电接收端方位，进而缩短充电发射端和充电接收端之间的距离，确保充电接收端处在定向增益天线更高效的信号覆盖范围内。另外，若没有侦听到充电接收端的信号反馈，则说明充电接收端不在充电信号覆盖范围内，此时，也通过驱动可旋转射频充电天线旋转，搜寻充电接收端，进一步提升了该套系统的适用性。
60.在一种实现方式中，所述射频充电方法还包括：当发射端通信天线搜索到通信设备发出的射频信号时，发射端主控电路与所述通信设备建立连接，并启动信号中继。
61.具体地，射频充电装置可以搜索通信设备的射频信号，例如，搜索wifi路由器的wifi信号，并判断是否搜索到wifi信号，若是，则与所述wifi路由器建立通信连接，并启动
信号中继，这样，可以实现扩大wifi信号范围的功能，使得用户在远距离充电的同时，还能够联网，非常方便。
62.可以理解的是，若射频充电装置没有搜索到wifi信号，则可以不连接通信设备，直接检测充电接收端的信号强度，并判断充电接收端的距离与方位，并根据距离与方位，调整可旋转射频充电天线的角度和发射功率，实现定向的功能。也就是说，射频充电装置可以自行为充电接收端充电。
63.所述射频充电方法还包括如下步骤：
64.步骤s200、发射端主控电路根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转。
65.在一种实现方式中，所述步骤s200具体包括：
66.步骤s210、发射端主控电路将所述当前信号强度与预设强度值相比对；
67.步骤s220、若所述当前信号强度小于预设强度值，则控制所述可旋转射频充电天线进行旋转，直至所述当前信号强度达到预设强度值。
68.具体地，本实施例设置一预设强度值，用于判断信号强度的强弱。若当前信号强度小于预设强度值，则说明当前信号强度较弱，不利于射频充电，此时则需要控制可旋转射频充电天线进行旋转，直至当前信号强度较强，从而提升射频充电的效率。
69.所述射频充电方法还包括如下步骤：
70.步骤s300、当所述当前信号强度达到预设强度值时，所述可旋转射频充电天线停止旋转，将发射功率增强至预设功率，并按照所述预设功率向充电接收端发射射频充电能量。
71.具体地，当所述当前信号强度达到预设强度值时，说明此时的信号强度较强，可以维持信号功率，因此，可旋转射频充电天线不再旋转，并在此位置处将发射功率增强至预设功率，按照预设功率向充电接收端发射射频充电能量。所述预设功率可以为最大功率，即安全限制功率。
72.在一种实施例中，所述步骤s200之后还包括：若所述当前信号强度无法达到预设强度值，则驱动所述可旋转射频充电天线旋转至信号强度最大的方位，并按照预设功率向充电接收端发射射频充电能量。
73.具体地，当充电接收端距离充电发射端比较远时，会出现无论怎样旋转可旋转射频充电天线，当前信号强度都无法达到预设强度值。此时，驱动可旋转射频充电天线旋转至信号强度最大的方位。同时，天线调节电路增大发射功率(在安全功率范围内)，增强充电信号，进而实现较强的充电信号充电。
74.当充电接收端的终端设备位置调整时，如图3和图4，充电发射端自动检测，并调整可旋转射频充电天线的角度及发射功率，使得充电接收端的终端设备一直处于充电信号覆盖范围，且保证一定的信号强度以维持充电功率。
75.也就是说，每当充电接收端移动时，均重复上述步骤，对天线指向及功率进行调整，以达到最优充电发射角度及发射功率，实现自动追踪。
76.在一种实施例中，如图6所示，基于射频充电装置实现的方法具体包括以下步骤：
77.步骤a1、射频充电装置启动，以发射功率x开启wi-fi广播；
78.步骤a2、侦听是否收到充电接收端的信号反馈；若是，则执行步骤b1；若否，则执行
步骤a3；
79.步骤b1、读取信号强度a；继续执行步骤b2；
80.步骤b2、判断a是否≥预设值b；若是，则执行步骤a10；若否，则执行步骤a3；
81.步骤a3、天线调节电路驱动电机工作，在水平面以5
°
为单位旋转天线；
82.步骤a4、判断水平旋转是否≥360
°
；若是，则执行步骤a5；若否，则返回步骤a2；
83.步骤a5、天线调节电路驱动电机工作，在垂直面以10
°
为单位旋转天线；
84.步骤a6、判断垂直旋转是否＝90
°
；若是，则执行步骤a7；若否，则返回步骤a2；
85.步骤a7、侦听是否收到充电接收端的信号反馈；若是，则执行步骤a8；若否，则结束程序；
86.步骤a8、读取信号强度a；
87.步骤a9、判断a是否≥预设值b；若是，则执行步骤a10；若否，则执行步骤c1；
88.步骤c1、天线调节电路驱动天线旋转至信号强度最大的位置；
89.步骤a10、天线停止旋转，天线发射功率增强至最大功率y(安全限值功率)。
90.在一种实现方式中，基于所述充电接收端实现的射频充电方法包括：
91.步骤s10、接收端通信天线检测空间中的射频信号强度，并将信号强度值广播出去；
92.步骤s20、当充电接收天线接收到射频充电能量时，接收端整流电路将所述射频充电能量转换成电能；
93.步骤s30、能量转换电路接收所述接收端整流电路转换的电能，根据实时功耗将电能供应至所述接收端主控电路。
94.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的射频充电方法的步骤。
95.综上所述，本发明公开的一种射频充电装置、系统、方法及计算机可读存储介质，所述装置包括：发射端主控电路，及与所述发射端主控电路连接的可旋转射频充电天线；所述可旋转射频充电天线用于检测充电接收端的当前信号强度，所述发射端主控电路用于根据所述当前信号强度控制所述可旋转射频充电天线进行旋转；当所述当前信号强度达到预设强度值时，所述可旋转射频充电天线停止旋转，将发射功率增强至预设功率，并按照所述预设功率向充电接收端发射射频充电能量。本发明通过设置发射端主控电路以及可旋转射频充电天线，可以通过旋转可旋转射频充电天线来调整充电信号覆盖范围，在充电接收端移动的情况下，也能够以最优的发射角度和发射功率为充电接收端进行射频充电，减小了功率限制和覆盖范围限制，提高了射频能的利用率。
96.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。