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一种面向多设备充电场景的多通道无线能量传输协议设计与实现1

一种面向多设备充电场景的多通道无线能量传输协议设计与

实现

1.研究背景与意义

1.1多设备充电场景需求分析

随着移动设备的普及，人们日常生活中使用的电子设备数量不断增加。据市场调研

机构统计，全球人均拥有电子设备数量已超过3台，且这一数字还在持续增长。在家

庭、办公室、旅行等场景中，用户常常需要同时为多个设备充电，传统的有线充电方式

存在诸多不便，如充电线缆杂乱、不同设备需要不同充电器等。无线能量传输技术为解

决这一问题提供了可能，其能够实现多设备同时充电，极大地提高了用户的便利性。

从市场需求角度看，多设备充电场景对无线能量传输技术提出了更高的要求。一方

面，需要提高传输效率，以满足多个设备同时充电的需求。目前，市场上主流的无线充

电技术传输效率普遍在70%左右，但多设备充电场景下，效率提升至80%以上才能满

足实际需求。另一方面，设备兼容性也至关重要。据统计，全球主流电子设备品牌超过

50个，不同品牌设备对无线充电协议的兼容性差异较大。因此，设计一种能够兼容多

种设备的多通道无线能量传输协议，对于满足市场需求具有重要意义。

1.2无线能量传输技术发展现状

无线能量传输技术经过多年发展，已取得显著进展。从传输方式上看，主要有电磁

感应式、电磁共振式和微波式三种。电磁感应式技术最为成熟，其传输距离较短，一般

在几厘米范围内，但传输效率较高，可达80%以上。例如，Qi标准是目前应用最广泛

的电磁感应式无线充电标准，全球支持该标准的设备超过10亿台。电磁共振式技术则

在传输距离上具有一定优势，可实现1米左右的中距离传输，但传输效率相对较低，一

般在60%左右。微波式技术传输距离最远，可达数米甚至数十米，但其效率最低，且

存在一定的电磁辐射风险。

从协议标准来看，目前国际上有多个无线能量传输协议。标准除了上述的Qi标准

外，还有AirFuel标准等。Qi标准主要适用于近距离无线充电，而AirFuel标准则涵

盖了电磁感应和电磁共振两种方式。然而，这些现有协议在多设备充电场景下的应用

仍存在局限性。例如，Qi标准在多设备充电时容易出现干扰问题，导致充电效率下降；

AirFuel标准虽然兼容性较好，但在传输效率和设备兼容性方面仍有待提高。因此，设

计一种面向多设备充电场景的多通道无线能量传输协议，不仅能够填补现有技术的空

白，还能够推动无线能量传输技术在更广泛场景中的应用。

2.多通道无线能量传输协议设计2

2.多通道无线能量传输协议设计

2.1协议架构设计

多通道无线能量传输协议的架构设计旨在满足多设备同时充电的需求，同时确保

系统的高效性、兼容性和安全性。协议采用分层架构，分为物理层、链路层和应用层。

•物理层：负责无线能量的传输和接收，采用多频段电磁感应和电磁共振相结合的

方式，以适应不同设备的充电需求。通过在不同频段上分配独立的传输通道，可

实现多个设备同时充电而互不干扰。例如，低频段可用于低功率设备充电，高频

段用于高功率设备充电，不同频段之间的切换时间小于10毫秒，确保了充电过程

的连续性。

•链路层：主要负责设备之间的通信和数据传输，包括设备状态信息的交换、充电

请求的发送与接收以及充电功率的动态调整。采用高效的通信协议，如蓝牙低功

耗（BLE）或ZigBee，以实现低功耗、高可靠性的通信。链路层还负责错误检测

与纠正，确保数据传输的准确性。在设备密集场景下，链路层能够支持超过10个

设备同时连接，数据传输延迟小于50毫秒。

•应用层：提供用户界面和设备管理功能，用户可以通过手机应用程序或智能设备

控制面板实时监控设备的充电状态，包括充电进度、功率分配和设备温度等信息。

应用层还支持设备的自动识别和配对功能，简化用户操作流程。例如，用户只需

将设备放置在充电区域内，系统自动识别设备并分配合适的充电通道，整个过程

在5秒内完成。

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