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基于無線傳感器技術(shù)的灌溉控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2019-10-08 05:07:46張春梅
無線互聯(lián)科技 2019年14期
關(guān)鍵詞:市電電能射頻

張春梅

摘? ?要:在短距離無線電能傳輸系統(tǒng)中,文章利用射頻識(shí)別技術(shù)來準(zhǔn)確識(shí)別待充電設(shè)備,進(jìn)行精準(zhǔn)的ID認(rèn)證,從而判斷待充電設(shè)備的充電需求,自動(dòng)控制無線充電系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。

關(guān)鍵詞:無線電能傳輸;射頻識(shí)別;自動(dòng)控制無線電能傳輸技術(shù)是指一種借助于物理空間中的能量載體,基于非導(dǎo)線接觸方式,實(shí)現(xiàn)電能由電源側(cè)傳輸至負(fù)載側(cè)的技術(shù)[1]。近年來,便攜式電氣設(shè)備快速發(fā)展和普及,在給人們生活帶來便利的同時(shí),也帶來了新的困擾。便攜式設(shè)備需要頻繁充電。傳統(tǒng)的有線充電需要頻繁地拔插,既不安全,又容易磨損。目前,各大移動(dòng)設(shè)備廠商的充電器、電線、充電接口標(biāo)準(zhǔn)也并不完全統(tǒng)一,造成了資源的浪費(fèi)。

以智能手機(jī)為例,目前,華為、蘋果等手機(jī)都已實(shí)現(xiàn)無線充電功能。但是智能手機(jī)無線充電器尚存在著諸多缺陷和不足,例如無線充電器的啟、??刂?。若采用傳統(tǒng)的方法對(duì)無線充電器插頭進(jìn)行插拔以實(shí)現(xiàn)無線充電器的啟、停,就違背了無線充電的便捷性原則;若無線充電器插頭插上以后就不再拔下,不僅會(huì)造成不必要的電磁污染,同時(shí),也會(huì)造成不必要的電能損失。鑒于此,本文設(shè)計(jì)了基于無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)的智能無線電能傳輸控制系統(tǒng)。

1? ? 智能無線電能傳輸控制系統(tǒng)的總體要求與設(shè)計(jì)

無線電能傳輸系統(tǒng)在小功率、短距離應(yīng)用中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用,將來無線電能傳輸系統(tǒng)必將朝著大功率化、遠(yuǎn)距離化和智能化的方向發(fā)展,而且應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。本文對(duì)智能無線電能傳輸控制系統(tǒng)提出以下設(shè)計(jì)要求:(1)能兼容目前市面上現(xiàn)有便攜式移動(dòng)無線充電設(shè)備。(2)能根據(jù)便攜式移動(dòng)無線充電設(shè)備的存在狀態(tài)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟、停。(3)出于節(jié)能和安全性考慮,無線充電設(shè)備能夠設(shè)置充電權(quán)限,要求具有安全性ID驗(yàn)證功能。

2? ? 無線電能傳輸系統(tǒng)智能控制方案設(shè)計(jì)無線電能傳輸系統(tǒng)的智能控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,決定了無線電能傳輸系統(tǒng)的智能化程度。圖1為無線電能傳輸系統(tǒng)傳輸路徑。

電能傳輸路徑中的智能控制器工作流程如圖2所示,關(guān)于智能控制器中用于判斷無線電能接收負(fù)載是否存在的設(shè)計(jì),本文主要有以下3種方案。

2.1? 在無線電能傳輸系統(tǒng)負(fù)載終端加裝紅外對(duì)射感應(yīng)裝置

紅外對(duì)射感應(yīng)裝置主要是由紅外線接收器和發(fā)射器組成。該方案的控制核心是兩對(duì)安裝在無線電能傳輸系統(tǒng)邊沿的紅外對(duì)射探測(cè)裝置,當(dāng)無線設(shè)備充電區(qū)域未放置充電設(shè)備時(shí),發(fā)射端發(fā)射的紅外線被接收端接收,代表此時(shí)充電區(qū)域沒有待充設(shè)備,系統(tǒng)將不接通高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電。當(dāng)無線設(shè)備充電區(qū)域放置充電設(shè)備時(shí),紅外發(fā)射端發(fā)射的紅外線將被待充設(shè)備阻擋,代表此時(shí)充電區(qū)域存在無線電能待充設(shè)備,系統(tǒng)接通高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接,實(shí)現(xiàn)向負(fù)載進(jìn)行無線電能傳輸。當(dāng)無線充電設(shè)備離開充電區(qū)域時(shí),紅外接收端重新接到紅外線信號(hào),切斷高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接,終止電能的無線傳輸。

2.2? 在無線電能傳輸系統(tǒng)負(fù)載終端加裝壓力傳感器

壓力傳感器是一種對(duì)壓力非常敏感的元器件,能感受壓力信號(hào)并能按照一定的規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號(hào)的裝置。當(dāng)充電區(qū)域無待充電設(shè)備時(shí),壓力傳感器輸出低電平,代表該無待充電設(shè)備;當(dāng)待充電設(shè)備放入充電區(qū)域時(shí), 壓力傳感器輸出一個(gè)高電平信號(hào),代表存在待充電設(shè)備,系統(tǒng)控制器自動(dòng)閉合高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接,開始為無線待充電設(shè)備進(jìn)行充電,從而實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸;當(dāng)待充電設(shè)備離開充電區(qū)域時(shí),壓力傳感器系統(tǒng)輸出低電平,系統(tǒng)控制器自動(dòng)斷開高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接,終止電能的無線傳輸。

2.3? 應(yīng)用RFID技術(shù)來控制無線電能傳輸系統(tǒng)的啟、停RFID是一種無需接觸就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和識(shí)別的技術(shù)[2],是一種適用于短距離的識(shí)別通信技術(shù),可通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立的機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID主要由應(yīng)答器、天線和閱讀器組成。RFID標(biāo)簽由芯片與天線組成,而每一個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼[3]。

RFID技術(shù)在無線電能待充設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用原理是:在無線設(shè)備電能傳輸系統(tǒng)負(fù)載終端安裝RFID射頻信號(hào)識(shí)別器,在無線電能傳輸待充電設(shè)備上安裝RFID射頻標(biāo)簽。系統(tǒng)可以通過RFID射頻信號(hào)識(shí)別器識(shí)別對(duì)應(yīng)的RFID射頻標(biāo)簽信號(hào),當(dāng)RFID射頻信號(hào)識(shí)別器未感應(yīng)到RFID射頻標(biāo)簽信號(hào)時(shí),系統(tǒng)控制器自動(dòng)斷開高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接。當(dāng)RFID射頻信號(hào)識(shí)別器感應(yīng)到RFID射頻標(biāo)簽信號(hào)時(shí),系統(tǒng)控制器自動(dòng)閉合高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接,開始為無線待充電設(shè)備進(jìn)行充電,從而實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。當(dāng)充電設(shè)備離開充電區(qū)域,RFID射頻信號(hào)識(shí)別器無法感應(yīng)到RFID射頻標(biāo)簽信號(hào)時(shí),系統(tǒng)控制器自動(dòng)斷開高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接,從而實(shí)現(xiàn)終止電能的無線傳輸。

3? ? 無線電能傳輸系統(tǒng)智能控制方案設(shè)計(jì)分析與比較

為尋求最佳的設(shè)計(jì)方案,現(xiàn)對(duì)3種方案進(jìn)行分析比較。

3.1? 在無線電能傳輸系統(tǒng)負(fù)載終端加裝紅外對(duì)射感應(yīng)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):(1)安全。紅外對(duì)射探測(cè)器發(fā)射的是紅外線,不產(chǎn)生任何類型的輻射,不會(huì)對(duì)設(shè)備和人體造成傷害。(2)功耗小。(3)價(jià)格低廉。(4)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。對(duì)于系統(tǒng)放置位置的水平度等無特殊條件要求。

缺點(diǎn):(1)抗干擾性較差。紅外對(duì)射探測(cè)器對(duì)溫度較敏感,無線電能傳輸系統(tǒng)在給設(shè)備充電時(shí),不可避免地會(huì)升溫發(fā)熱,在狹小的待充設(shè)備放置區(qū)中,溫度較高容易對(duì)探測(cè)器造成干擾從而產(chǎn)生誤判。(2)不具備特定物體識(shí)別功能,容易引起誤判斷。(3)在實(shí)際使用中易受損。(4)不具備安全I(xiàn)D認(rèn)證功能。

3.2? 在無線電能傳輸系統(tǒng)負(fù)載終端加裝壓力傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):(1)壓力傳感器系統(tǒng)選擇性很廣。壓力傳感器系統(tǒng)種類眾多,可以根據(jù)具體需要選擇最合適的傳感器系統(tǒng)。(2)壓力傳感器自身可靠性高。(3)壓力傳感器系統(tǒng)功耗小。

缺點(diǎn):(1)不具備特定物體識(shí)別功能,容易引起誤判斷。(2)壓力傳感器對(duì)設(shè)備放置方向和放置位置會(huì)有較嚴(yán)格的要求。(3)成本較高。(4)不具備安全I(xiàn)D認(rèn)證功能。

3.3? 應(yīng)用RFID技術(shù)來控制無線電能傳輸系統(tǒng)啟、停的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):(1)抗干擾能力強(qiáng),識(shí)別率高。RFID技術(shù)不需要識(shí)別器與標(biāo)簽之間有任何的機(jī)械或光學(xué)接觸。(2)成本低。(3)具備特定設(shè)備識(shí)別功能。(4)具備安全I(xiàn)D認(rèn)證功能。(5)功耗低。

缺點(diǎn):需要在每個(gè)無線充電設(shè)備表面或內(nèi)部放置標(biāo)簽。

4? ? 結(jié)語

根據(jù)對(duì)以上3種設(shè)計(jì)方案的分析比較可知,智能控制器應(yīng)用RFID技術(shù)來判斷待充設(shè)備的存在情況并控制無線電能傳輸系統(tǒng)的自動(dòng)啟停是最優(yōu)方案。它不僅能夠滿足本文提出的有關(guān)對(duì)智能無線電能傳輸控制系統(tǒng)提出的設(shè)計(jì)要求,而且還同時(shí)具備成本低、技術(shù)成熟等諸多優(yōu)點(diǎn)?;谏漕l識(shí)別的無線充電技術(shù)具有更加廣泛的社會(huì)需求,它的研究不僅具有重要的科學(xué)意義,而且有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景,可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[4]。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃學(xué)良,王維,譚林林.磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)研究動(dòng)態(tài)與應(yīng)用展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2017(2):2-14.

[2]胡雪慧.RFID技術(shù)與條碼技術(shù)比較分析[J].現(xiàn)代商業(yè),2018(36):188-189.

[3]李泉林,郭龍巖.綜述RFID技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域[J].射頻世界,2006(1):51-62.

[4]王婷,王菁華,萬婷.基于RFID的便攜式太陽能手機(jī)無線充電裝置設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù),2015(4):227-229.

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