无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机

摘要

本发明涉及一种无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机，其中所述的无线充电设备包括防雷击抗浪涌模块、AC/DC转换模块、第一DC/DC转换模块、第一控制器、无线发射驱动电路、第一通信模块以及数个发射线圈，所述的系统包括无线充电设备以及数个无线接收设备，所述的数个无线接收设备通过各自的接收线圈与所述的无线充电设备相连接，所述的实现无线充电的GNSS接收机包括无线接收设备、电源管理及充电电路、电池组、第三控制器。采用该种结构的无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机，使得GNSS接收机在野外工作时间更长，而且能对多个GNSS接收机进行充电，提高效率，应用范围广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输领域，尤其涉及接收机类产品，具体是指一种无线充电设备、 系统以及实现无线充电的GNSS接收机。

背景技术

现有技术中GNSS接收机的电池电量不是很高，用户在野外测绘时经常会遇到GNSS接 收机电池电量用完的情况，使得正在进行的测绘任务不得不停止，从而延长了测绘的时间， 降低了测绘数据的准确性，不利于GNSS接收机的推广应用，缩小了GNSS接收机的使用范 围。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够随时给GNSS接收机进行 充电、减少电池的拆卸、在一定程度上提高了GNSS接收机的寿命的无线充电设备、系统以 及实现无线充电的GNSS接收机。

为了实现上述目的，本发明的无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机具 有如下构成：

该无线充电设备，其主要特点是，所述的设备包括防雷击抗浪涌模块、AC/DC转换模块、 第一DC/DC转换模块、第一控制器、无线发射驱动电路、第一通信模块以及数个发射线圈； 所述的防雷击抗浪涌模块的输入端连接市电，所述的防雷击抗浪涌模块的输出端与AC/DC转 换模块的输入端相连接，所述的AC/AC转换模块的输出端与所述的第一DC/DC转换模块的 第一端相连接，所述的第一DC/DC转换模块的第二端与所述的第一控制器的第一端相连接， 所述的控制器的第二端与所述的无线发射驱动电路的第一端相连接，所述的第一DC/DC转换 模块的第三端与所述的无线发射驱动电路的第二端相连接；所述的无线发射驱动电路的数个 输出端分别与在数量上与之相对应的数个发射线圈的第一端相连接，且所述的无线发射驱动 电路的每个输出端只对应一个发射线圈的第一端，所述的控制器的第三端与所述的第一通信 模块的输入端相连接，所述的第一通信模块的数个输出端分别与在数量上与之相对应的数个 发射线圈的第二端相连接，且所述的第一通信模块的每个输出端只对应一个发射线圈的第二 端。

进一步地，所述的第一DC/DC转换模块还包括第三端，所述的第一DC/DC转换模块的 第三端与直流电源相连接。

进一步地，所述的无线发射驱动电路包括MOS管驱动器、第一电容、第二电容、第三 电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第一 电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、 第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、变压器、电感；所述的MOS管驱动 器的VDD端、所述的第一电容的第一端及第二电容的正极与正5V电源相连接，所述的第一 电容的第二端、第二电容的负极接地；所述的MOS管驱动器的HIN端、SD端、LIN端分别 与控制器相连接；所述的MOS管驱动器的VSS端接地；所述的MOS管驱动器的HO端与所 述的第一电阻的第一端、第一二极管的反向输入端相连接；所述的第一电阻的第二端、第一 二极管的正向输入端第一三极管的第一端相连接；所述的MOS管驱动器的VB端与第三电容 的第一端、正12V电源、第四电容的第一端以及所述的MOS管驱动器的VCC端相连接；所 述的第三电容的第二端、第四电容的第二端接地；所述的MOS管驱动器的LO端与所述的第 二电阻的第一端、第二二极管的反向输入端相连接；所述的第二电阻的第二端、第二二极管 的正向输入端第二三极管的第一端相连接，所述的第一三极管的第二端、第二三极管的第二 端、第三电阻的第二端、第四电阻的第一端接地，所述的第一三极管的第三端、所述的第五 电容的第一端、变压器的原级的同名端相连接；所述的第五电容的第二端与所述的第三电阻 的第一端相连接；所述的第二三极管的第三端、所述的第六电容的第一端、变压器的原级的 异名端相连接；所述的第六电容的第二端与所述的第四电阻的第二端相连接；所述的变压器 原级的抽头与第一DC/DC转换模块的第三端相连接；变压器的第一次级的同名端与电感的第 一端相连接；电感的第二端与第三二极管的正向输入端、第四二极管的反向输入端相连接， 所述的第三二极管的反向输入端、第四二极管的正向输入端、第七电容的第一端、第八电容 的第一端、第九电容的第一端以及发射线圈的第二端相连接，所述的变压器的第一次级的异 名端与第五二极管的正向输入端、第六二极管的反向输入端相连接，所述的第五二极管的反 向输入端、第六二极管的正向输入端、第七电容的第二端、第八电容的第二端、第九电容的 第二端以及发射线圈的第二端相连接；所述的变压器的第二次级的同名端与所述的第七二极 管的正向输入端相连接；所述的变压器的第二次级的异名端、第十电容的第一端、第五电阻 的第二端以及发射线圈的第二端相连接，所述的第十电容的第二端、第七二极管的反向输入 端、第五电阻的第一端以及发射线圈的第二端相连接。

进一步地，所述的第一通信模块为调制解调电路。

本发明还涉及一种无线充电系统，其主要特点是，所述的系统中包括无线充电设备及数 个无线接收设备，所述的数个无线接收设备通过各自的接收线圈与所述的无线充电设备相连 接。

进一步地，所述的无线接收设备包括接收线圈、全波整流电路、第二DC/DC转换模块、 第二通信模块、第二控制器；所述的接收线圈的第一端接收所述的无线充电设备发射的无线 能量，所述的接收线圈的第二端与所述的全波整流电路的输入端相连接，所述的全波整流电 路的输出端与所述的第二DC/DC转换模块的第一端相连接，第二DC/DC转换模块的第二端 与待充电设备相连接，所述的第二控制器的第一端与所述的第二DC/DC转换模块的第三端相 连接，所述的接收线圈的第三端与所属的第二通信模块的第一端相连接，所述的第二控制器 的第二端与所述的第二通信模块的第二端相连接。

本发明还涉及一种实现无线充电的GNSS接收机，其主要特点是，所述的接收机包括无 线接收设备、电源管理及充电电路、电池组、第三控制器，所述的无线接收设备与所述的接 收机的电源管理及充电电路的第一端相连接，所述的电源管理及充电电路的第二端与电池组 相连接，所述的电源管理机充电电路的第三端与第三控制器相连接。

进一步地，所述的第二DC/DC转换模块的第二端与所述的电源管理及充电电路的第一端 相连接。

进一步地，所述的接收机还包括按键输入模块、状态指示灯模块、RS232通信模块、USB 通信模块、网络通信模块、GPRS/3G无线模块、电台无线模块以及GPS定位模块，所述的按 键输入模块、状态指示灯模块、RS232通信模块、USB通信模块、网络通信模块、GPRS/3G 无线模块、电台无线模块以及GPS定位模块分别与所述的第三控制器相连接。

采用了该发明中的无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机，与现有技术 相比，具有以下有益效果：

本发明的无线充电设备，结构简单，涉及巧妙，成本低；本发明的无线充电系统，通过 在无线充电设备和接收设备中设置通信模块，可以有效地对无线充电过程进行控制，使得所 述的无线充电过程更加地安全、可靠；本发明的无线充电设备、系统以及实现无线充电的 GNSS接收机，使得GNSS接收机在野外工作时间更长，而且能对多个GNSS接收机同时进 行充电，提高效率；本发明的无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机，使GNSS 接收机与无线充电设备不存在电气直连的情况，不存在占用电池插座和使用多个充电器的情 况，结构简单，设计巧妙，应用范围广泛；本发明的无线充电设备、系统以及实现无线充电 的GNSS接收机，减少电池的拆卸，这在一定程度上提高了GNSS接收机的寿命。

附图说明

图1为本发明的实现无线充电的GNSS接收机无线充电的结构示意图。

图2为本发明的无线充电设备的结构示意图。

图3为本发明的无线发射驱动电路的结构示意图。

图4为本发明的无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

请参阅图1所示，为本发明的实现无线充电的GNSS接收机无线充电的结构示意图，其 中所述的接收机包括无线接收设备、电源管理及充电电路、电池组、第三控制器，所述的无 线接收设备与所述的接收机的电源管理及充电电路的第一端相连接，所述的电源管理及充电 电路的第二端与电池组相连接，所述的电源管理机充电电路的第三端与第三控制器相连接。

此外，为了实现给该GNSS接收机的无线充电，会定点设置无线充电设备。当该实现无 线充电的GNSS接收机靠近无线充电设备时，首先会通过第一通信模块即第二通信模块进行 通信，即实现无线充电的GNSS接收机首先向所述的无线充电设备提交建立无线充电的请求， 当无线充电设备同意该实现无线充电的GNSS接收机的无线充电请求时，所述的无线充电设 备对所述的实现无线充电的GNSS接收机进行充电，该实现无线充电的GNSS接收机中的无 线接收设备将传输过来的进行全波整流和DC/DC变换，得到的直流电压用于对电池充电，甚 至可以给GNSS接收机提供工作用电。为了保持电力传输的连续性和功率传输的稳定性，充 电过程中GNSS接收机每隔一定的时间要与无线充电设备进行通信，进行发射功率的调整。 当多个GNSS接收机进入到无线充电设备的有效发射范围(0～25cm)时，无线充电设备会 感知到，并对多个GNSS接收机提供电力。这样的电路便使GNSS接收机与无线充电设备不 存在电气直连的情况，不存在占用电池插座和使用多个充电器的情况。

请参阅图2所示，为本发明的无线充电设备的结构示意图，其中，所述的设备包括防雷 击抗浪涌模块、AC/DC转换模块、第一DC/DC转换模块、第一控制器、无线发射驱动电路、 第一通信模块以及数个发射线圈；所述的防雷击抗浪涌模块的输入端连接市电，所述的防雷 击抗浪涌模块的输出端与AC/DC转换模块的输入端相连接，所述的AC/AC转换模块的输出 端与所述的第一DC/DC转换模块的第一端相连接，所述的第一DC/DC转换模块的第二端与 所述的第一控制器的第一端相连接，所述的控制器的第二端与所述的无线发射驱动电路的第 一端相连接，所述的第一DC/DC转换模块的第三端与所述的无线发射驱动电路的第二端相连 接；所述的无线发射驱动电路的数个输出端分别与在数量上与之相对应的数个发射线圈的第 一端相连接，且所述的无线发射驱动电路的每个输出端只对应一个发射线圈的第一端，所述 的控制器的第三端与所述的第一通信模块的输入端相连接，所述的第一通信模块的数个输出 端分别与在数量上与之相对应的数个发射线圈的第二端相连接，且所述的第一通信模块的每 个输出端只对应一个发射线圈的第二端。

所述的第一DC/DC转换模块还包括第三端，所述的第一DC/DC转换模块的第三端与直 流电源相连接。

其中，在该无线充电设备中的AC/DC转换模块是将市电转换成直流电，然后再传输至 DC/DC转换模块，另外DC/DC转换模块的第三端还可以外接其他直流电源，在市电断电的 情况下，可以由该直流电源进行充电，另外，所述的第一通信模块为调制解调模块，该模块 可以将第一控制器与无线接收设备的通信数据进行调制和解调，以使得在无线传输过程中的 损耗不是太大。而所述的无线发射驱动电路则是驱动该无线能量传输的。

此外，请参阅图3所示，为本发明的无线发射驱动电路的结构示意图，其中，所述的无 线发射驱动电路包括MOS管驱动器、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容 C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、 第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一二极管D1、第 二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极 管D7、变压器、电感L；所述的MOS管驱动器的VDD端、所述的第一电容C1的第一端及 第二电容C2的正极与正5V电源相连接，所述的第一电容C1的第二端、第二电容C2的负 极接地；所述的MOS管驱动器的HIN端、SD端、LIN端分别与控制器相连接；所述的MOS 管驱动器的VSS端接地；所述的MOS管驱动器的HO端与所述的第一电阻R1的第一端、第 一二极管D1的反向输入端相连接；所述的第一电阻R1的第二端、第一二极管D1的正向输 入端第一三极管T1的第一端相连接；所述的MOS管驱动器的VB端与第三电容C3的第一 端、正12V电源、第四电容C4的第一端以及所述的MOS管驱动器的VCC端相连接；所述 的第三电容C3的第二端、第四电容C4的第二端接地；所述的MOS管驱动器的LO端与所 述的第二电阻R2的第一端、第二二极管D2的反向输入端相连接；所述的第二电阻R2的第 二端、第二二极管D2的正向输入端第二三极管T2的第一端相连接，所述的第一三极管T1 的第二端、第二三极管T2的第二端、第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第一端接地， 所述的第一三极管T1的第三端、所述的第五电容C5的第一端、变压器的原级的同名端相连 接；所述的第五电容C5的第二端与所述的第三电阻R3的第一端相连接；所述的第二三极管 T2的第三端、所述的第六电容C6的第一端、变压器的原级的异名端相连接；所述的第六电 容C6的第二端与所述的第四电阻R4的第二端相连接；所述的变压器原级的抽头与第一 DC/DC转换模块的第三端相连接；变压器的第一次级的同名端与电感L的第一端相连接；电 感L的第二端与第三二极管D3的正向输入端、第四二极管D4的反向输入端相连接，所述的 第三二极管D3的反向输入端、第四二极管D4的正向输入端、第七电容C7的第一端、第八 电容C8的第一端、第九电容C9的第一端以及发射线圈的第二端相连接，所述的变压器的第 一次级的异名端与第五二极管D5的正向输入端、第六二极管D6的反向输入端相连接，所述 的第五二极管D5的反向输入端、第六二极管D6的正向输入端、第七电容C7的第二端、第 八电容C8的第二端、第九电容C9的第二端以及发射线圈的第二端相连接；所述的变压器的 第二次级的同名端与所述的第七二极管D7的正向输入端相连接；所述的变压器的第二次级 的异名端、第十电容C10的第一端、第五电阻R5的第二端以及发射线圈的第二端相连接， 所述的第十电容C10的第二端、第七二极管D7的反向输入端、第五电阻R5的第一端以及发 射线圈的第二端相连接。

另外，请参阅图4所示，为本发明的无线充电系统的结构示意图，所述的系统中还包括 数个无线接收设备，所述的数个无线接收设备通过各自的接收线圈与所述的无线充电设备相 连接。

所述的无线接收设备包括接收线圈、全波整流电路、第二DC/DC转换模块、第二通信模 块、第二控制器；所述的接收线圈的第一端接收所述的无线充电设备发射的无线能量，所述 的接收线圈的第二端与所述的全波整流电路的输入端相连接，所述的全波整流电路的输出端 与所述的第二DC/DC转换模块的第一端相连接，第二DC/DC转换模块的第二端与待充电设 备相连接，所述的第二控制器的第一端与所述的第二DC/DC转换模块的第三端相连接，所述 的接收线圈的第三端与所述的第二通信模块的第一端相连接，所述的第二控制器的第二端与 所述的第二通信模块的第二端相连接。

其中，在该无线接收设备中，接收线圈接收到的信号分两路传输，一路是传输至全波整 流电路和第二DC/DC转换模块，该路是对所接受的无线能量的处理，另一路是第二通信模块， 该路是实现无线接收设备和无线充电设备的信号通信的，该第二通信模块为调制解调模块。

请再参阅图1所示，电源管理及充电电路负责整个GNSS接收机的供电，保证GNSS接 收机正常工作，并在接收到无线电时给电池组充电。电源管理及充电电路将外部输入的较高 的直流电压，根据其他各个模块需要的工作电压进行降压后供给各个模块，GNSS接收机外 部供电有两部分：供电电源输入接口和无线供电输入接口，无线接收设备负责将外部接收到 的电能量通过供电线路传输给电源管理及充电电路的输入端。电源管理及充电电路同时接收 第三控制器发送给自己的控制命令，可以随时打开关闭各个模块电路的电源，实现对电路各 个部分进行电源管理。

第三控制器采用基于ARM-CotexM3内核的MCU作为系统的主控芯片，选用的芯片要 求功耗低、标准外部接口丰富、较大容量的片内RAM和Flash。软件程序采用嵌入式操作系 统实现对各个模块的管理与控制。

另外，所述的接收机还包括按键输入模块、状态指示灯模块、RS232通信模块、USB通 信模块、网络通信模块、GPRS/3G无线模块、电台无线模块以及GPS定位模块，所述的按键 输入模块、状态指示灯模块、RS232通信模块、USB通信模块、网络通信模块、GPRS/3G无 线模块、电台无线模块以及GPS定位模块分别与所述的第三控制器相连接。

GPS定位模块负责解算GNSS接收机所在位置的坐标信息。该GPS定位模块包括GPS 天线和数据处理板卡，数据处理板卡将GPS天线接收到的卫星信号进行解调，并解算出GNSS 接收机所在位置的坐标，然后将坐标信息通过标准接口(USART、USB和网络等)传输给第 三控制器，同时GNSS接收机的第三控制器也可以给GPS定位模块发出控制命令，GPS定位 模块接收到控制命令后解析并做出相应的动作，这些动作包括发送定位数据信息的频率，发 送定位数据信息的数据格式等，特别指出的是GPS定位模块接收来至第三控制器的差分数据， 这些差分数据参与解算使GNSS接收机能解算出更高精度的位置信息。

GPRS/3G无线模块负责接收和转发差分数据。GPRS/3G无线模块包括数据收发处理单 元、天线以及SIM卡。第三控制器通过向其发送控制命令对此模块进行初始化、工作模式设 置、链接网络、登陆服务器等操作。待GPS定位模块正常工作后，第三控制器从该GPRS/3G 无线模块获取差分数据并转发给GPS定位模块。

电台无线模块负责接收GNSS基站GNSS接收机发出的差分数据信息。该电台无线模块 包括数据收发处理单元、调制解调单元、天线。第三控制器通过向其发送控制命令对此模块 进行初始化、工作模式设置、信号发射频率设置以及设定空中波特率等。待GPS定位模块正 常工作后，将接收到的差分定位的数据信息发送给此第三控制器，再由第三控制器转发给GPS 定位模块参与位置的解算。

网络通信模块负责与互联网建立通信连接，转发第三控制器与互联网交互的信息。网络 通信模块包括网络接口、网络数据处理PHY芯片，网络通信模块平时监听网络端口处收到的 数据，将收到的数据处理后转发给第三控制器，同时接收第三控制器发来的数据，将数据通 过网络端口发出。此网络通信模块通信速率快，一般负责大数据量的传输，也可以传输状态 信息。

USB通信模块负责与外部USB设备建立连接，将数据发送到外部USB设备，或者从外 部USB设备读取第三控制器所需的数据。USB通信模块包括USB数据转换芯片、USB接口。 此USB通信模块监控端口如有USB设备接入，则通知第三控制器，根据其发出的命令对外 部USB设备进行读写操作。此USB通信模块工作速率高，适合大数据量的搬运。

RS232通信模块负责与外部RS232设备建立连接，数据转发。因为RS232通信速率不是 很高无法提供大数据量的传输，第三控制器通过RS232端口向外部设备发送信息报告自身设 备的情况，各个模块的工作状态等信息。

按键输入模块负责接收用户输入的控制信息，通过与状态指示灯模块的结合，组成一个 人机交互界面，实现帮助用户快速了解系统的工作状态信息，及修改设备的工作模式等功能。

状态指示灯模块负责显示系统工作的状态信息。第三控制器将数据发送到此状态指示灯 模块，状态指示灯模块按照设定好的显示方式将收到的信息显示在液晶屏上，或者第三控制 器直接控制发光LED的显示状态。

此外，本发明的实现无线充电的GNSS接收机的硬件实现方式为：

①无线充电设备和无线接收设备调试并组装好；

②将无线接收设备固定在GNSS接收机壳体的底部；

③将GNSS接收机主电路板板接入，用其他辅助的紧固件安装好；

④给无线充电设备安装上壳体。

采用了该发明中的无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机，与现有技术 相比，具有以下有益效果：

本发明的无线充电设备，结构简单，涉及巧妙，成本低；本发明的无线充电系统，通过 在无线充电设备和无线接收设备中设置通信模块，可以有效地对无线充电过程进行控制，使 得所述的无线充电过程更加地安全、可靠；本发明的无线充电设备、系统以及实现无线充电 的GNSS接收机，使得GNSS接收机在野外工作时间更长，而且能对多个GNSS接收机同时 进行充电，提高效率；本发明的无线充电设备、系统以及实现无线充电的GNSS接收机，使 GNSS接收机与无线充电设备不存在电气直连的情况，不存在占用电池插座和使用多个充电 器的情况，结构简单，设计巧妙，应用范围广泛；本发明的无线充电设备、系统以及实现无 线充电的GNSS接收机，减少电池的拆卸，这在一定程度上提高了GNSS接收机的寿命。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种 修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限 制性的。