無線充電

       無線充電又稱作感應充電、非接觸式感應充電,是利用近場感應,也就是電感耦合,由供電設備(發送端)將能量傳送至用電設備(接收端),該設備使用接收到的能量對電池充電,並同時供其本身運作之用。基本上由於發送端與接收端之間以電感耦合傳送能量,兩者之間不需使用電線連接,因此充電器及用電設備都可以做到無導電接點外露,比使用有線充電更為方便。目前無線充電有三大標準Power Matters Alliance(PMA標準)、Wireless Power Consortium(Qi標準)以及Alliance for Wireless Power(A4WP標準),其介紹如下:

(1)    Power Matters Alliance(PMA標準):

2012 年由無線充電技術供應商 Duracell Powermat發起,目前得到了Google、AT&T、星巴克的加盟。

(2)    Wireless Power Consortium(Qi標準):

2008年12月成立,最早期的會員有飛利浦、德州儀器、Olympus、三洋電機、羅技、美國國家半導體等業者,目前有高達200家成員。以制定所有電子裝置都能相容的無線低功率充電國際標準為使命。其Qi由WPC所制定的短距離、低功率無線感應式電力傳輸的標準,主要目的是提供行動電話與其他攜帶型電子裝置便利與通用的無線充電規格。Qi需要電子裝置對好位置並緊貼無線充電板才能充電,有1.0、1.1和1.2.1三種版本,現在實際產品上市實作的是以1.2.1版為主。

(3)    Alliance for Wireless Power(A4WP標準):

在 2012 年 5 月由三星、高通、Duracell Powermat所發起成立,會員尚包括Broadcom、Intel、LG、SanDisk、TDK、TI、NXP、IDT、SanDisk、韓國SK電訊等,後有英特爾、戴爾公司共 80 多家企業會員加入。A4WP標準以磁共振方式傳遞能量,提供一個無方向性且大面積的充電方式,同時支援一對多無線充電,也不需要像WPC無線充電般需要精準對位才能充電,使用上更加的便利,可以隨放隨充。

 

       目前無線充電的應用只限於單機運作,若能搭配物聯網技術,讓無線充電板能夠連網、能被遠端控制,再配上其它的加值服務即可形成一個新的商業模式。加值服務由手機應用程式來提供,因此,使用者在使用無線充電之前,必須要先下載一個應用程式,執行這個應用程式連線到雲端後,經過監控中心的認證才能開啟無線充電器。在充電的過程中透過使用加值服務,例如:觀看廣告、Facebook打卡等獲取點數,之後即可使用點數免費充電。

       整個無線充電網路的架構,伺服器端包含監控中心、營運中心(會員管理和加值服務中心)。使用者端則有無線充電板、Gateway和智慧型手機。以下將分別說明:

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1.   無線充電板

       無線充電板指的是支援WPC或A4WP無線充電標準的充電設備,同時須包含Wi-Fi通訊模組,Wi-Fi通訊模組主要選擇NodeMCU。NodeMCU負責以Wi-Fi自動連接上Gateway,其間的通訊則採用物聯網標準_CoAP協定。NodeMCU 接收到Gateway傳來的指令後再透過 UART與充電板溝通,讀取資訊或控制完成後再回傳給Gateway。

2.   Gateway

       所有的充電板都會由雲端管理,當充電板數量太多時,雲端將沒辦法同時處理如此多的連線,負載會過大,因此需要分層處理。Gateway可以先將底層與充電板的溝通部份先行處理掉,處理過的資訊再回傳到雲端。雲端只需要處理如充電板註冊、維修、監控之類的功能,負載將大幅降低。除此之外,Gateway也可以提供店家充電板的管理,店家不需要連線至雲端,即可監控本地端的無線充電板,當對外網路斷線時是非常有用的功能。

3.   監控中心

       所有的資料最終會上傳到雲端的中央的管理系統,即雲端的監控中心。監控中心負責管理下層的Gateway和充電板,提供設備的註冊維修、即時狀態、使用紀錄等功能。由於要管理大量的充電板及Gateway,監控中心必須具有平衡負載功能,以及提供任務分流機制、任務重分配、任務備份等機制。

4.   營運中心

       營運中心負責整個系統的營運,包含會員管理系統的建置、店家該如何設計與安裝充電板及Gateway和後續維護經營等等問題。另外也需提供加值服務,因為加值應用存在,營運中心可以透過加值應用取得營運所需要的經費,營運中心就能夠免費為店家安裝所有的硬體,同時承擔後續營運及維護的成本,因此營運中心可以提供免費的充電服務給消費者。加值應用可能有:App廣告、遊戲集點、在店家的Facebook粉絲團上按讚等。

       通訊協定則定義充電板與監控中心所交換的訊息內容與訊息格式,這些訊息內容必須能夠達成所要求的系統功能與服務技術。網路實體層可以使用成熟的Wi-Fi與Ethernet技術,上層為了減輕流量將會使用物聯網標準協定CoAP與MQTT。

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