无人机无线充电基站

周志颖　倪树　李琳琳　赵永辉　刘世聪　崔梦君　马国利

摘 要：为了方便无人机野外充电，提高无人机的长途飞行续航能力，设计并制作了无人机无线充电基站，当无人机落在上面时，基站能够自己感应并开启，通过电磁感应对无人机进行充电。

关键词：无线充电；电磁感应；无人机

中图分类号：V279+.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0041-02

Abstract： In order to facilitate the UAV to recharge in the field and improve the UAV's long-distance flight endurance， the UAV wireless charging base station is designed and built. When the UAV lands on it， the base station can sense and turn on by itself. The drone is charged by electromagnetic induction.

Keywords： wireless charging； electromagnetic induction； UAV

无线充电有很多种方法，主要方法有电磁感应、磁场共振和无线电波法。电磁感应法：初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定强度的电流，从而将能量从传输端转移到接收端[1]。这是目前最为常见的充电解决方式，同时也是应用较广的一种类型。

无人机无线充电基站采用的就是电磁感应方法，在基站中设置好发射线圈，然后加上超声波感应模块，监测无人机是否落下，最后在无人机底部搭载一个接收线圈和稳压电路[2]，無人机下落在基站时就能完成自动充电。

1 实验装置设计

无线充电基站可通过电磁感应为无人机进行充电，由超声波感应模块检测无人机是否落下，由控制系统对信息处理后判断是否对无人机进行充电。基于电磁感应的无人机充电基站主要由电源部分，控制系统，超声波感应系统组成。

1.1 电源部分

主要负责为控制系统提供稳定的直流电压和开关电路，以使系统能够在信号来临时迅速做出反应。该部分还有其他例如降压模块和继电器等原件辅助控制。电源部分集成电路如图1所示。

1.2 控制系统

控制系统采用STM32F103ZET6嵌入式微控制器，具有能耗低，运算速度快等优点，适应全天候全自动的工作。基站总控制电路如图2所示。

1.3 超声波感应系统

超声波模块来检测无人机是否已落下，当无人机完全落下时超声波模块检测到并将信号传递给控制系统，随后开启充电。超声波模块如图3所示。

2 调试与分析

在整个充电过程无需拆卸电池，自动控制完成。可实现数据的监管及采集。无线充电基站无需人为监管，能适应相对恶劣的环境。且该基站应用范围广，建造简单，便于维护休整。

无人机可就近选择充电点，无人机可以降落在充电板上，也可以悬停在充电板上方[3]。这样，就避免必须折返回起飞点进行充电的问题，由于无线充电过程损耗多。尤其是较远距离充电，大功率的无线磁电转换，设备的耗能较高。而且随着无线充电设备的距离和功率的加大，损耗就会越大[4]。为了进一步测试无人机在即将电量不足时，所需求的无线充电站最低分布密度，我们在户外进行了此项测试。

3 结论

在无线充电技术发展相对成熟的基础上，对无人机进行无线自动充电，是以往解决无人机续航问题所没有应用的思维方法，同时在市场上也是空前的。不仅仅为无人机续航时间短提供了在当下技术能解决范围内相对稳定可靠的解决方案，同时也扩大了无线充电技术的应用范围，突破了以往无线充电只应用在手机等小型设备上的局限。

无线充电基站可以设置在输电线缆周边，也可以和通信基站相结合，或者无人区的大型太阳能供电等等，衍生出多种多样的应用方式和范围。长时间续航和封闭式构造是未来无人机发展的一个方向，无线充电基站的建成，有助于实现和推广无人机的全封闭构造和长时间续航。

参考文献：

[1]郑世欣.浅析无线充电技术在电动汽车应用中的优势与短板[J].电气传动自动化，2017，39（05）：16-19.

[2]郑发卷，翁正国.振荡电路制作与调试：第一版[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]DouglasBrooks.PC人机悬停无线充电技术研究[D].重庆：重庆大学，2015.

[4]周诚智，周和平.无线充电功率线圈、无线充电系统及无线充电控制方法[P].中国：审定公开的发明专利，2017-04-19.