基于RFID的無線電能傳輸系統(tǒng)智能控制器的設(shè)計

范祖良

摘? ?要：在短距離無線電能傳輸系統(tǒng)中，文章利用射頻識別技術(shù)來準確識別待充電設(shè)備，進行精準的ID認證，從而判斷待充電設(shè)備的充電需求，自動控制無線充電系統(tǒng)的啟動和停止。

關(guān)鍵詞：無線電能傳輸;射頻識別;自動控制

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，實現(xiàn)電能由電源側(cè)傳輸至負載側(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，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，各大移動設(shè)備廠商的充電器、電線、充電接口標準也并不完全統(tǒng)一，造成了資源的浪費。

以智能手機為例，目前，華為、蘋果等手機都已實現(xiàn)無線充電功能。但是智能手機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、停控制。若采用傳統(tǒng)的方法對無線充電器插頭進行插拔以實現(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，不僅會造成不必要的電磁污染，同時，也會造成不必要的電能損失。鑒于此，本文設(shè)計了基于無線射頻識別（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

無線電能傳輸系統(tǒng)在小功率、短距離應(yīng)用中已經(jīng)實現(xiàn)商用，將來無線電能傳輸系統(tǒng)必將朝著大功率化、遠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。本文對智能無線電能傳輸控制系統(tǒng)提出以下設(shè)計要求：（1）能兼容目前市面上現(xiàn)有便攜式移動無線充電設(shè)備。（2）能根據(jù)便攜式移動無線充電設(shè)備的存在狀態(tài)自動地實現(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驗證功能。

2? ? 無線電能傳輸系統(tǒng)智能控制方案設(shè)計

無線電能傳輸系統(tǒng)的智能控制部分是整個系統(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載是否存在的設(shè)計，本文主要有以下3種方案。

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

紅外對射感應(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安裝在無線電能傳輸系統(tǒng)邊沿的紅外對射探測裝置，當(dāng)無線設(shè)備充電區(qū)域未放置充電設(shè)備時，發(fā)射端發(fā)射的紅外線被接收端接收，代表此時充電區(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，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，實現(xiàn)向負載進行無線電能傳輸。當(dāng)無線充電設(shè)備離開充電區(qū)域時，紅外接收端重新接到紅外線信號，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)負載終端加裝壓力傳感器

壓力傳感器是一種對壓力非常敏感的元器件，能感受壓力信號并能按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號的裝置。當(dāng)充電區(qū)域無待充電設(shè)備時，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， 壓力傳感器輸出一個高電平信號，代表存在待充電設(shè)備，系統(tǒng)控制器自動閉合高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接，開始為無線待充電設(shè)備進行充電，從而實現(xiàn)電能的無線傳輸;當(dāng)待充電設(shè)備離開充電區(qū)域時，壓力傳感器系統(tǒng)輸出低電平，系統(tǒng)控制器自動斷開高頻電能轉(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現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和識別的技術(shù)[2]，是一種適用于短距離的識別通信技術(shù)，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立的機械或光學(xué)接觸。RFID主要由應(yīng)答器、天線和閱讀器組成。RFID標簽由芯片與天線組成，而每一個標簽具有唯一的電子編碼[3]。

RFID技術(shù)在無線電能待充設(shè)備檢測中的應(yīng)用原理是：在無線設(shè)備電能傳輸系統(tǒng)負載終端安裝RFID射頻信號識別器，在無線電能傳輸待充電設(shè)備上安裝RFID射頻標簽。系統(tǒng)可以通過RFID射頻信號識別器識別對應(yīng)的RFID射頻標簽信號，當(dāng)RFID射頻信號識別器未感應(yīng)到RFID射頻標簽信號時，系統(tǒng)控制器自動斷開高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接。當(dāng)RFID射頻信號識別器感應(yīng)到RFID射頻標簽信號時，系統(tǒng)控制器自動閉合高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接，開始為無線待充電設(shè)備進行充電，從而實現(xiàn)電能的無線傳輸。當(dāng)充電設(shè)備離開充電區(qū)域，RFID射頻信號識別器無法感應(yīng)到RFID射頻標簽信號時，系統(tǒng)控制器自動斷開高頻電能轉(zhuǎn)換器與市電的連接，從而實現(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)計分析與比較

為尋求最佳的設(shè)計方案，現(xiàn)對3種方案進行分析比較。

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

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

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

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

優(yōu)點：（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：（1）不具備特定物體識別功能，容易引起誤判斷。（2）壓力傳感器對設(shè)備放置方向和放置位置會有較嚴格的要求。（3）成本較高。（4）不具備安全ID認證功能。

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

優(yōu)點：（1）抗干擾能力強，識別率高。RFID技術(shù)不需要識別器與標簽之間有任何的機械或光學(xué)接觸。（2）成本低。（3）具備特定設(shè)備識別功能。（4）具備安全ID認證功能。（5）功耗低。

缺點：需要在每個無線充電設(shè)備表面或內(nèi)部放置標簽。

4? ? 結(jié)語

根據(jù)對以上3種設(shè)計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)的自動啟停是最優(yōu)方案。它不僅能夠滿足本文提出的有關(guān)對智能無線電能傳輸控制系統(tǒng)提出的設(shè)計要求，而且還同時具備成本低、技術(shù)成熟等諸多優(yōu)點。基于射頻識別的無線充電技術(shù)具有更加廣泛的社會需求，它的研究不僅具有重要的科學(xué)意義，而且有重要的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景，可以帶來顯著的經(jīng)濟和社會效益[4]。

[參考文獻]

[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)研究動態(tài)與應(yīng)用展望[J].電力系統(tǒng)自動化，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無線充電裝置設(shè)計[J].通信電源技術(shù)，2015（4）：227-229.