一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统

1.本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统。


背景技术：

2.现今社会，无线传感器网络(wirelesssensornetwork，wsn)在海洋监测、生态系统监测、城市设施监测、建筑状况监测、智能电网监测、智能交通、智慧农业等场景得到了广泛的应用。目前，wsn通常采用锂电池作为能量供应单元，而传感装置的体积、锂电池的容量和信息处理速率又存在着彼此牵制的关系，这很难满足长时间不间断供电的实际需求。所以，能量问题成为了wsn领域亟待解决的问题。
3.近年来，由于无线能量传输使得能量收集过程可控且可持续的特点，无线充电技术已经成为了解决wsn能量问题的最有前途的技术之一。与磁感应式、磁谐振式相比，基于射频能量传输的无线充电技术具有更远的充电距离，更加灵活。射频能量传输技术是指通过天线收集空间中的电磁波，经过射频转直流(radiofrequencytodirectcurrent，rf-dc)整流将高频交流电能转换为可供设备使用的直流电能。然而，国内外仅有powercast一家在设计相关产品，产品价格昂贵且仅用于实验，因此有必要研发一款自主的基于射频能量传输的无线充电软硬件系统。
4.目前，对于射频能量传输技术的学术研究忽视了射频能量传输时所遭遇较大的能量损失，如果用棕色能源驱动射频无线充电系统，对环境十分不利。此外，长时间高强度的电磁辐射会损害人体健康，而目前的产品很少考虑到这点。因此，在研发无线充电系统时需要采取必要的辐射安全保护措施。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，以解决用棕色能源驱动射频无线充电系统，对环境产生不利的影响，以及长时间高强度的电磁辐射会损害人体健康的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，包括：
8.绿色能源收集模块、射频能量发射模块、射频能量接收模块及辐射安全保护模块；
9.所述绿色能源收集模块用于收集风能及光能，并将所述风能及所述光能转化为电能进行存储并传输至所述射频能量发射模块；
10.所述辐射安全保护模块用于检测红外热源状态；当所述红外热源状态为检测到红外热源时，所述辐射安全保护模块输出第一红外热源信号至所述射频能量发射模块；当所述红外热源状态为未检测到红外热源时，所述辐射安全保护模块输出第二红外热源信号至所述射频能量发射模块；
11.所述射频能量发射模块分别与所述绿色能源收集模块及所述辐射安全保护模块
连接；所述射频能量发射模块接收到所述第一红外热源信号时，暂停输出任何信号；所述射频能量发射模块接收到所述第二红外热源信号时，将所述电能转化为射频能量信号并传输至所述射频能量接收模块；
12.所述射频能量接收模块与所述射频能量发射模块无线连接，所述射频能量接收模块用于接收所述射频能量信号并保存相应的射频能量为待充电设备供电。
13.可选地，所述绿色能源收集模块，具体包括：
14.光伏发电机、风力发电机及储能电池；
15.所述光伏发电机用于收集所述光能，并将所述光能转化为所述电能；
16.所述风力发电机用于收集所述风能，并将所述风能转化为所述电能；
17.所述储能电池分别与所述光伏发电机及所述风力发电机电连接，所述储能电池用于接收、存储并输出所述电能。
18.可选地，所述辐射安全模块具体包括：
19.人体红外热释电传感器、第一无线通信单元及第二无线通信单元；
20.所述人体红外热释电传感器，用于检测红外热源状态；
21.所述第一无线通信单元，与所述人体红外热释电传感器电连接，用于当所述红外热源状态为检测到所述红外热源时输出所述第一红外热源信号，当所述红外热源状态为未检测到所述红外热源时输出所述第二红外热源信号；
22.所述第二无线通信单元与所述第一无线通信单元无线连接，且所述第二无线通信单元与所述射频能量发射模块电连接，用于将所述第一红外热源信号及所述第二红外热源信号传输至所述射频能量发射模块。
23.可选地，所述射频能量发射模块具体包括：
24.上位机、通用软件无线电外设及定向天线；
25.所述上位机与所述第二无线通信单元电连接；当所述上位机接收到所述第一红外热源信号时，暂停输出任何信号；当接收到所述第二红外热源信号时输出第一正弦信号、硬件增益控制信号及频率控制信号至所述通用软件无线电外设；
26.所述通用软件无线电外设分别与所述储能电池及所述上位机电连接，所述通用软件无线电外设用于根据所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号，将所述第一正弦信号转化为第二正弦信号；所述通用软件无线电外设还用于接收所述电能，并将所述第二正弦信号转化为所述射频能量信号传输至所述定向天线；
27.所述定向天线，与所述通用软件无线电外设电连接，用于接收所述射频能量信号。
28.可选地，所述射频能量接收模块具体包括：
29.偶极子天线、易拆卸模块单元及超级电容；
30.所述偶极子天线，与所述定向天线无线连接，用于接收并输出所述射频能量信号；
31.所述易拆卸模块单元，与所述偶极子天线连接，用于将所述射频能量信号直流整流后输出能量信号至所述超级电容；
32.所述超级电容，与所述易拆卸模块单元电连接，用于存储所述能量信号相应的能量并为所述待充电设备供电。
33.可选地，还包括：设于所述上位机内部的无线电平台；
34.所述无线电平台，具体包括：信号源单元、节流器、第一显示单元、第二显示单元、
控制单元及硬件连接单元；
35.所述信号源单元，用于产生所述第一正弦信号并将所述第一正弦信号传输至所述第一显示单元及所述节流器；
36.所述第一显示单元，与所述信号源单元连接，用于显示所述第一正弦信号的波形；
37.所述节流器，与所述信号源单元连接，用于控制程序运行的数据流量并将所述第一正弦信号传输至所述控制单元；
38.所述控制单元分别与所述节流器及所述第二无线通信单元连接，所述控制单元用于将所述第一正弦信号传输至所述第二显示单元，所述控制单元接收到所述第一红外热源信号时暂停输出任何信号，所述控制单元接收到所述第二红外热源信号时，输出所述第一正弦信号及硬件增益控制信号至所述硬件连接单元；
39.所述第二显示单元，与所述控制单元连接，用于显示所述第一正弦信号；
40.所述硬件连接单元分别与所述控制单元及所述通用软件无线电外设连接，所述硬件连接单元将所述第一正弦信号、所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号传输至所述通用软件无线电外设。
41.可选地，还包括：传感器通信模块；
42.所述传感器通信模块具体包括：
43.发射端和接收端；
44.所述发射端，与所述超级电容连接，用于获取外界环境信号并将所述外界环境信号传输至所述接收端；
45.所述接收端与所述发射端无线连接并与所述上位机电连接，用于将所述外界环境信号传输至所述上位机。
46.可选地，所述储能电池，分别与所述上位机及所述通用软件无线电外设电连接，用于为所述上位机及所述通用软件无线电外设供电。
47.可选地，所述超级电容为所述发射端供电。
48.可选地，所述射频能量接收模块还包括：可拓展插针；所述可拓展插针，与所述超级电容连接，用于为所述发射端提供接口。
49.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
50.本发明提供的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，通过绿色能源收集模块将收集到的风能及光能转化成的电能进行存储，并将电能传输至射频能量发射模块；通过辐射安全保护模块检测红外热源，并根据是否监测到红外热源输出第一红外热源信号和第二红外热源信号至射频能量发射模块；射频能量发射模块根据第二红外热源信号将电能转化为射频能量信号发送至射频能量接收模块；射频能量接收模块接收并保存射频能量，用以为待充电设备供电。由于本发明采用绿色清洁能源驱动整个射频无线充电系统，不仅环保，而且有利于降低电力成本，此外，通过引入辐射安全保护模块检测红外热源状态，只有在未检测到红外热源时，射频能量发射模块才会发射射频能量信号至射频能量接收模块，从而降低了人体长期暴露于高强度电磁辐射的风险，提高了系统的安全性
。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明所提供的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统结构示意图；
53.图2为本发明所提供的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统中的上位机的gnuradio程序流程图。
54.符号说明：
55.光伏发电机—1，风力发电机—2，储能电池—3，上位机—4，通用软件无线电外设—5，定向天线—6，偶极子天线—7，易拆卸模块单元—8，超级电容—9，发射端—10，接收端—11，人体红外热释电传感器—12，第一无线通信单元—13，第二无线通信单元—14，信号源单元—41，节流器—42，第一显示单元—43，控制单元—44，第二显示单元—45，硬件连接单元—46。
具体实施方式
56.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.本发明的目的是提供一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，通过引入辐射安全保护模块检测红外热源状态，只有在未检测到红外热源时，射频能量发射模块才会发射射频能量信号至射频能量接收模块，从而降低了人体长期暴露于高强度电磁辐射的风险，提高了系统的安全性
。
此外，由于本发明采用绿色清洁能源驱动整个射频无线充电系统，不仅环保，而且有利于降低电力成本。
58.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
59.实施例一
60.如图1-图2所示，本发明提供基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，主要包括绿色能源收集模块、射频能量发射模块、射频能量接收模块及辐射安全保护模块。
61.所述绿色能源收集模块用于收集风能及光能，并将所述风能及所述光能转化为电能进行存储并传输至所述射频能量发射模块。
62.具体的，所述绿色能源收集模块，具体包括：光伏发电机1、风力发电机2及储能电池3。其中，所述光伏发电机1用于收集所述光能，并将所述光能转化为所述电能；所述风力发电机2用于收集所述风能，并将所述风能转化为所述电能；所述储能电池3分别与所述光伏发电机1及所述风力发电机2电连接，所述储能电池3用于接收、存储并输出所述电能。
63.所述辐射安全保护模块用于检测红外热源状态；当所述红外热源状态为检测到红外热源时，所述辐射安全保护模块输出第一红外热源信号至所述射频能量发射模块；当所述红外热源状态为未检测到红外热源时，所述辐射安全保护模块输出第二红外热源信号至所述射频能量发射模块。
64.具体的，所述辐射安全模块具体包括：人体红外热释电传感器12、第一无线通信单元13(图1中的1号esp8266)及第二无线通信单元14(图1中的2号esp8266)。其中，所述人体红外热释电传感器12，用于检测红外热源状态；所述第一无线通信单元13，与所述人体红外热释电传感器12电连接，用于当所述红外热源状态为检测到所述红外热源时输出所述第一红外热源信号，当所述红外热源状态为未检测到所述红外热源时输出所述第二红外热源信号；所述第二无线通信单元14与所述第一无线通信单元13无线连接，且所述第二无线通信单元14与所述射频能量发射模块电连接，用于将所述第一红外热源信号及所述第二红外热源信号传输至所述射频能量发射模块。
65.所述射频能量发射模块分别与所述绿色能源收集模块及所述辐射安全保护模块连接；所述射频能量发射模块接收到所述第一红外热源信号时，暂停输出任何信号；所述射频能量发射模块接收到所述第二红外热源信号时，将所述电能转化为射频能量信号并传输至所述射频能量接收模块。
66.具体的，所述射频能量发射模块具体包括：上位机4、通用软件无线电外设5(图1中的usrpn210)及定向天线6。其中，所述上位机4与所述第二无线通信单元14电连接；当所述上位机4接收到所述第一红外热源信号时，暂停输出任何信号；当接收到所述第二红外热源信号时输出第一正弦信号、硬件增益控制信号及频率控制信号至所述通用软件无线电外设5；所述通用软件无线电外设5分别与所述储能电池3及所述上位机4电连接，所述通用软件无线电外设5用于根据所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号，将所述第一正弦信号转化为第二正弦信号；所述通用软件无线电外设5还用于接收所述电能，并将所述第二正弦信号转化为所述射频能量信号传输至所述定向天线6；所述定向天线6，与所述通用软件无线电外设5电连接，用于接收所述射频能量信号。
67.进一步的，还包括：设于所述上位机4内部的无线电平台。
68.所述无线电平台，具体包括：信号源单元41、节流器42、第一显示单元43、第二显示单元45、控制单元44及硬件连接单元46；所述信号源单元41，用于产生所述第一正弦信号并将所述第一正弦信号传输至所述第一显示单元43及所述节流器42；所述第一显示单元43，与所述信号源单元41连接，用于显示所述第一正弦信号的波形；所述节流器42，与所述信号源单元41连接，用于控制程序运行的数据流量并将所述第一正弦信号传输至所述控制单元44；所述控制单元44分别与所述节流器42及所述第二无线通信单元14连接，所述控制单元44用于将所述第一正弦信号传输至所述第二显示单元45，所述控制单元44接收到所述第一红外热源信号时暂停输出任何信号，所述控制单元44接收到所述第二红外热源信号时，输出所述第一正弦信号及硬件增益控制信号至所述硬件连接单元46；所述第二显示单元45，与所述控制单元44连接，用于显示所述第一正弦信号；所述硬件连接单元46分别与所述控制单元44及所述通用软件无线电外设5连接，所述硬件连接单元46将所述第一正弦信号、所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号传输至所述通用软件无线电外设5。
69.所述射频能量接收模块与所述射频能量发射模块无线连接，所述射频能量接收模块用于接收所述射频能量信号并保存相应的射频能量为待充电设备供电。
70.具体的，所述射频能量接收模块具体包括：偶极子天线7、易拆卸模块单元8(图1中的p2110b)及超级电容9。其中，所述偶极子天线7，与所述定向天线6无线连接，用于接收并输出所述射频能量信号；所述易拆卸模块单元8，与所述偶极子天线7连接，用于将所述射频
能量信号直流整流后输出能量信号至所述超级电容9；所述超级电容9，与所述易拆卸模块单元8电连接，用于存储所述能量信号相应的能量并为所述待充电设备供电。
71.进一步的，还包括：传感器通信模块，所述传感器通信模块具体包括：发射端10(图1中的超低功耗传感器发射端)和接收端11(图1中的超低功耗传感器接收端)，所述发射端10和所述接收端11的功耗低至4mw。所述发射端10，与所述超级电容9连接，用于获取外界环境信号并将所述外界环境信号传输至所述接收端11；所述接收端11与所述发射端10无线连接并与所述上位机4电连接，用于将所述外界环境信号传输至所述上位机4。
72.进一步的，所述储能电池3，分别与所述上位机4及所述通用软件无线电外设5电连接，用于为所述上位机4及所述通用软件无线电外设5供电。
73.进一步的，所述超级电容9为所述发射端10供电。
74.进一步的，所述射频能量接收模块还包括：可拓展插针；所述可拓展插针，与所述超级电容9连接，用于为所述发射端10提供接口。
75.实施例二
76.所述绿色能源收集模块具体包括：光伏发电机1、风力发电机2及储能电池3。所述绿色能源收集模块采用风光互补技术，将从所述光伏发电机1与所述风力发电机2上收集的能量存储进具有双电池的所述储能电池3中，为所述射频能量发射模块提供绿色清洁的能源。其中，风光互补技术有三种工作模式：所述风力发电机2单独向所述储能电池3供电；所述光伏发电机1单独向所述储能电池3供电；所述风力发电机2和所述光伏发电机1联合给所述储能电池3供电。通过风光互补技术，本发明所涉及的整个射频无线充电系统得到了较为稳定的能量，所述储能电池3存储所述风力发电机2和所述光伏发电机1提供的电能，并输出所述电能至所述射频能量发射模块。由于后级的所述上位机4和usrpn210需要交流供电，因此，在所述绿色能源收集模块中，所述储能电池3还需要通过逆变器将直流电转为交流电以对所述上位机4和usrpn210供电。
77.所述射频能量发射模块包括控制中枢的所述上位机4、usrpn210以及高增益的所述定向天线6。其中，所述上位机4在ubuntu系统中安装了开源的软件定义无线电平台gnuradio，所述gnuradio自带的所述信号源单元41产生一个频率为10khz、幅度为1的第一正弦信号，所述第一正弦信号分别传输至所述节流器42和第一显示单元43，所述第一显示单元43实时显示所述第一正弦信号的波形，所述节流器42用来控制纯仿真流图的数据流量，以使平均数据速率不超过特定速率，避免消耗控制中枢过多资源。经过所述节流器42的所述第一正弦信号输入至控制单元44，在控制单元44中，通过python和c++语言结合编写控制代码，控制所述第一正弦信号输出的波形和增益。其中，控制代码和辐射安全保护模块高度结合，具体为：控制单元44先读取从串口输入的信号，当读取到“01”时，控制单元44输出幅度为0的波形，同时控制硬件增益为0db；当读取到“10”时，控制单元44输出所述信号源单元41的所述第一正弦信号，同时控制硬件增益为50db。控制单元44的输出的所述第一正弦信号分别传输至所述硬件连接单元46和所述第二显示单元45，所述第二显示单元45用于观察所述控制单元44实时输出的所述第一正弦信号，而硬件连接单元46则决定了所述usrp n210的信号输出通道、增益以及中频等信息。所述上位机4与所述usrp n210通过千兆网线连接，所述usrpn210内部的现场可编辑逻辑门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)母板，根据所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号将所述上位机4输出的所述第一正
弦信号调制到中频为915mhz的频段上，生成所述第二正弦信号。usrpn210将所述第二正弦信号传输至型号为lw-array-14、频率范围为698-2700mhz、具备高达12dbi的增益的垂直极化高增益的所述定向天线6。最后，高增益的所述定向天线6将射频能量信号无线传输给射频能量接收模块。
78.所述射频能量接收模块包括偶极子天线7、powercastp2110b芯片制作的易拆卸模块单元8、所述超级电容9、可拓展插针及附属电路。所述偶极子天线7从空间中接收由高增益的所述定向天线6发射的电磁波，通过等效于50ω的阻抗匹配电路后输入powercastp2110b芯片。为了节省实验成本，本发明将powercastp2110b芯片焊接在带排针的拓展板上，同时在射频能量接收电路板上设计了与其相匹配的排母。在产品迭代更新的时候，就可以将一块昂贵的p2110b芯片通过插拔的方式多次使用。其中，扩展板的尺寸为27.00mm
×
20.00mm
×
11.50mm。powercastp2110b芯片对输入的信号进行倍压、rf-dc整流，整流后的能量信号被存储进低串联等效电阻的所述超级电容9中，当所述超级电容9储能达到上阈值时，所述超级电容9向外放电，所述超级电容9即可向待充电设备供电，直到所述超级电容9存储的能量达到下阈值时停止放电，转为充电模式。所述超级电容9的充放电管理采取可调节周期的占空比工作模式，本发明所选用的所述超级电容9的容值为100mf、额定电压5.5v、等效串联电阻为400mω。射频能量接收电路板采用双层板设计，在信号过孔附近设计了接地过孔，给信号提供一个最短的回流路径，同时注意过孔的阻抗与线宽的阻抗相匹配。此外，电路板四个边缘处不铺铜，降低了短路的风险，而且电路板上的射频走线周围都进行了实心敷铜，严格控制阻抗。考虑到全连接焊盘散热过快对焊接的不利影响，焊接插件所需要的过孔焊盘采用了花焊盘设计。此外，所述射频能量接收电路板上还安装了可拓展插针，可拓展插针用于与超低功耗通信模块的发射端10连接，所述超级电容9将所述发射端10作为负载为所述发射端10供电。
79.超低功耗传感器通信模块包括：发射端10和接收端11，二者的功耗均低至4mw。其中，超低功耗传感器通信模块的所述发射端10由所述超级电容9供电，所述接收端11通过通用串口总线(universalserialbus，usb)和所述上位机4连接。所述发射端10集成了温度、湿度与光强三种传感器，并能够监测当前所述发射端10的功耗，通过工作在2.4ghz的无线电收发器模块mrf24j40ma，将信息无线传输给超低功耗传感器的所述接收端11，超低功耗传感器的所述接收端11上的无线电收发器模块mrf24j40ma将收到的信号通过usb口传输给所述上位机4，所述上位机4通过串口工具读取信息并显示数值。由于所述发射端10是由所述超级电容9供电，因此所述发射端10的工作周期与所述超级电容9保持同步，都采用了占空比式工作模式。
80.所述辐射安全保护模块由1号esp8266通信单元、2号esp8266通信单元和所述人体红外热释电传感器12组成，其中，所述1号esp8266通信单元和所述2号esp8266通信单元都在arduino软件中编程开发。所述人体红外热释电传感器12在检测到有热源时输出“1”，否则输出“0”。所述1号esp8266通信单元与所述人体红外热释电传感器12连接并读取其数值。依托http协议，所述1号esp8266通信单元被设置为服务器，建立了局域网网站，并将从所述人体红外热释电传感器12读取的数值传输到该网站上。所述2号esp8266通信单元被设置为客户端，通过wifi信号访问局域网内所述1号esp8266通信单元所建立网站上的数据，并将信息通过串口传输给所述上位机4。所述上位机4在所述控制单元44中读取所述2号esp8266
通信单元所传输的信息，具体方法是打开对应串口的文件，直接读取两位文件数据。当所述上位机4读取到“10”时，表示检测区域内从有红外热源转为无红外热源状态，此时可以打开射频能量的输出；当所述上位机4读取到“01”时，表示检测区域内从无红外热源状态转为有红外热源信号，考虑到辐射安全，此时关闭射频能量的输出，通过上述方法，保证了监测区域内的辐射安全，保护了人体健康。
81.本发明实现了以下效果：
82.安全性高：根据中华人民共和国国家标准gb8702-2014的电磁环境控制限值文件，915mhz频段的电场强度应小于12v/m，磁场强度应小于0.032a/m。人体长期曝露在较大强度的射频电磁场中，将引起人们脑电图的改变、心血管系统功能紊乱，对人体造成一定程度的非器质性损害。所以在本发明中，加入了辐射安全保护模块，通过使用所述人体红外热释电传感器12监测射频场的红外热能信号，在检测到有人出现在射频场中时，就会立刻停止发射射频能量信号，待确定区域无人之后再重新启动充电服务。通过这种策略，避免了对人体长期的电磁辐射，因此，系统整体安全性高。
83.成本低：现有的产品所使用的超级电容、射频无线传能开发套件(powercast开发套件)价格都很高，成套的甚至要上万元，本发明在实现同样效果的同时，极大的减少了开发和生产成本。一方面，本发明采用了具有较高串联等效电阻的100mf的超级电容，以提高串联等效电阻为代价将超级电容的单价从150元降低到10元。另一方面，射频能量接收电路板为自主设计，只采用了powercast公司的p2110b芯片，p2110b芯片的单价为500元左右，而powercast公司成品的射频能量接收端价格高达2000元。此外，绿色能源的引入大幅降低了无线能量传输的电力成本，因此，使得本发明的成本远低于市场同类产品。
84.接收端能量利用率高：现有产品大部分使用的都是锂电池供电，这就会导致节点不间断的持续工作，能量利用效率较低；而本发明在对所述超级电容9充放电管理部分，使用了可调节周期的占空比式工作方法，使得传感器数据实时性在得到保证的同时，提升了无线射频能量的利用效率。
85.接收端体积小：现有的产品体积较大，电路板上集成了许多测试点，忽略了产品尺寸对接收端实际部署的不利影响。本发明基于嵌入式设计对裁剪性的要求，对电路进行了高度裁剪，尽可能减少不必要的功能，电路板布局设计紧凑，并且所采用的所述超级电容9具有更小体积，极大的减小了所述接收端11的体积(61.00mm
×
61.00mm
×
24.66mm，不包含天线)，在不影响射频能量接收效率的同时，大幅缩减了所述接收端11的体积。
86.可拓展性强：现有市面上产品只能兼容自己的产品，迭代更新所需的成本高，定价完全是由厂家自己决定的，且可拓展性差，不适用于不同实际环境的无线传感器网络。本发明将p2110b芯片制作成易拆卸的模块单元，在电路板更新换代时只需布置与之匹配的排母即可，这样就可以只用一块昂贵的p2110b芯片来进行多次实验迭代。此外，射频能量接收端电路板上集成了多个排针，提供了包括电源、功率监测的接口，具备较强的拓展性。
87.绿色环保：射频能量无线传输技术有较高的能量损耗，如果将射频无线充电技术应用到数以几十亿记的物联网设备上，此时使用棕色能源来驱动无线充电系统将浪费海量的棕色能源，这将对环境造成难以估量的严重不利影响。本发明充分利用风能与太阳能，整个射频无线充电系统使用绿色能源驱动，这对环境保护是非常有利的。
88.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
89.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构、原理及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，包括：绿色能源收集模块、射频能量发射模块、射频能量接收模块及辐射安全保护模块；所述绿色能源收集模块用于收集风能及光能，并将所述风能及所述光能转化为电能进行存储并传输至所述射频能量发射模块；所述辐射安全保护模块用于检测红外热源状态；当所述红外热源状态为检测到红外热源时，所述辐射安全保护模块输出第一红外热源信号至所述射频能量发射模块；当所述红外热源状态为未检测到红外热源时，所述辐射安全保护模块输出第二红外热源信号至所述射频能量发射模块；所述射频能量发射模块分别与所述绿色能源收集模块及所述辐射安全保护模块连接；所述射频能量发射模块接收到所述第一红外热源信号时，暂停输出任何信号；所述射频能量发射模块接收到所述第二红外热源信号时，将所述电能转化为射频能量信号并传输至所述射频能量接收模块；所述射频能量接收模块与所述射频能量发射模块无线连接，所述射频能量接收模块用于接收所述射频能量信号并保存相应的射频能量为待充电设备供电。2.根据权利要求1所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述绿色能源收集模块，具体包括：光伏发电机、风力发电机及储能电池；所述光伏发电机用于收集所述光能，并将所述光能转化为所述电能；所述风力发电机用于收集所述风能，并将所述风能转化为所述电能；所述储能电池分别与所述光伏发电机及所述风力发电机电连接，所述储能电池用于接收、存储并输出所述电能。3.根据权利要求2所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述辐射安全模块具体包括：人体红外热释电传感器、第一无线通信单元及第二无线通信单元；所述人体红外热释电传感器，用于检测红外热源状态；所述第一无线通信单元，与所述人体红外热释电传感器电连接，用于当所述红外热源状态为检测到所述红外热源时输出所述第一红外热源信号，当所述红外热源状态为未检测到所述红外热源时输出所述第二红外热源信号；所述第二无线通信单元与所述第一无线通信单元无线连接，且所述第二无线通信单元与所述射频能量发射模块电连接，用于将所述第一红外热源信号及所述第二红外热源信号传输至所述射频能量发射模块。4.根据权利要求3所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述射频能量发射模块具体包括：上位机、通用软件无线电外设及定向天线；所述上位机与所述第二无线通信单元电连接；当所述上位机接收到所述第一红外热源信号时，暂停输出任何信号；当接收到所述第二红外热源信号时输出第一正弦信号、硬件增益控制信号及频率控制信号至所述通用软件无线电外设；所述通用软件无线电外设分别与所述储能电池及所述上位机电连接，所述通用软件无线电外设用于根据所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号，将所述第一正弦信号转化
为第二正弦信号；所述通用软件无线电外设还用于接收所述电能，并将所述第二正弦信号转化为所述射频能量信号传输至所述定向天线；所述定向天线，与所述通用软件无线电外设电连接，用于接收所述射频能量信号。5.根据权利要求4所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述射频能量接收模块具体包括：偶极子天线、易拆卸模块单元及超级电容；所述偶极子天线，与所述定向天线无线连接，用于接收并输出所述射频能量信号；所述易拆卸模块单元，与所述偶极子天线连接，用于将所述射频能量信号直流整流后输出能量信号至所述超级电容；所述超级电容，与所述易拆卸模块单元电连接，用于存储所述能量信号相应的能量并为所述待充电设备供电。6.根据权利要求5所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，还包括：设于所述上位机内部的无线电平台；所述无线电平台，具体包括：信号源单元、节流器、第一显示单元、第二显示单元、控制单元及硬件连接单元；所述信号源单元，用于产生所述第一正弦信号并将所述第一正弦信号传输至所述第一显示单元及所述节流器；所述第一显示单元，与所述信号源单元连接，用于显示所述第一正弦信号的波形；所述节流器，与所述信号源单元连接，用于控制程序运行的数据流量并将所述第一正弦信号传输至所述控制单元；所述控制单元分别与所述节流器及所述第二无线通信单元连接，所述控制单元用于将所述第一正弦信号传输至所述第二显示单元，所述控制单元接收到所述第一红外热源信号时暂停输出任何信号，所述控制单元接收到所述第二红外热源信号时，输出所述第一正弦信号及硬件增益控制信号至所述硬件连接单元；所述第二显示单元，与所述控制单元连接，用于显示所述第一正弦信号；所述硬件连接单元分别与所述控制单元及所述通用软件无线电外设连接，所述硬件连接单元将所述第一正弦信号、所述硬件增益控制信号及所述频率控制信号传输至所述通用软件无线电外设。7.根据权利要求6所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，还包括：传感器通信模块；所述传感器通信模块具体包括：发射端和接收端；所述发射端，与所述超级电容连接，用于获取外界环境信号并将所述外界环境信号传输至所述接收端；所述接收端与所述发射端无线连接并与所述上位机电连接，用于将所述外界环境信号传输至所述上位机。8.根据权利要求7所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述储能电池，分别与所述上位机及所述通用软件无线电外设电连接，用于为所述上位机及所述通用软件无线电外设供电。
9.根据权利要求8所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述超级电容为所述发射端供电。10.根据权利要求9所述的基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，其特征在于，所述射频能量接收模块还包括：可拓展插针；所述可拓展插针，与所述超级电容连接，用于为所述发射端提供接口。

技术总结
本发明公开一种基于绿色能源与电磁辐射安全的射频无线充电系统，涉及无线充电技术领域，系统包括：绿色能源收集模块、射频能量发射模块、射频能量接收模块及辐射安全保护模块，绿色能源收集模块将收集到的风能及光能转化成的电能传输至射频能量发射模块；辐射安全保护模块根据是否监测到红外热源输出第一红外热源信号和第二红外热源信号至射频能量发射模块；射频能量发射模块根据第二红外热源信号将电能转化为射频能量信号发送至射频能量接收模块；射频能量接收模块接收并保存射频能量，用以为待充电设备供电。从而实现了环保及降低了电力成本，并且降低了人体长期暴露于高强度电磁辐射的风险，提高了系统的安全性。提高了系统的安全性。提高了系统的安全性。


技术研发人员：刘夕龙 宋伟 刘思赉
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/10/7