一种面向智能表面应用的无线控制系统

本申请涉及无线通信领域，具体是一种面向智能表面应用的无线控制系统。

背景技术：

1、随着无线通信技术的发展，人们一直致力于改善信号的传播环境，提高传输的效率。智能表面作为一种极具前景的、高效的无线通信技术，受到广泛关注。智能表面依托“超表面”技术，而超表面是指一种厚度小于波长的人工电磁材料，通过设计其微结构可以实现亚波长尺度下的电磁波相位分布，从而对电磁波波前进行自由调控。智能表面加载了pin管、变容二极管、液晶等可调元件，可以通过人为调控其中元件的状态来改变智能表面的状态，有规律地调控周围的电磁环境，实现超表面的“智能”化。通过在环境中布置智能表面，人们可以实现大范围信号覆盖、信号增强、精确定位等功能。

2、智能表面一般由超表面和控制系统构成，目前的智能表面，大多采用有线传输的方式来控制，控制系统需要经由导线等装置与超表面直接连接。但考虑到实际使用情景，有线控制方式有着架设成本高、维护不便，受距离环境影响大等缺点。相比之下，无线控制可以省去繁杂的布线、利于搭建无线通信系统。为了使智能表面更加适应非接触式的实际应用环境，我们提出了一种面向智能表面应用的无线控制系统，来提高智能表面控制的实用性和便捷性。

技术实现思路

1、针对现有智能表面有线控制系统存在的不足，本发明提供了一种无线控制系统，通过在智能表面的控制板上引入无线元件，解决了以上问题。

2、为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种面向智能表面应用的无线控制系统，包括智能表面，控制板，控制板上集成有控制电路、单片机、驱动芯片和无线元件，无线元件通过室内外无线网络与无线控制客户端连接。

4、所述控制板与智能表面通过导线连接。控制板驱动芯片的每条输出管脚控制智能表面的的一个宏单元。在工作时，通过改变驱动芯片的输出电平高低，可以控制智能表面的工作状态。

5、所述控制板的数据处理功能由单片机编程实现。

6、所述无线控制客户端包括计算机和智能手机等，设备用于连接室内外无线基站、运行控制程序、输出无线控制信号，并通过sta模式和无线元件建立交互。同一控制客户端可以连接多个无线元件，从而控制多块控制板。

7、进一步的，同一网络下，无线控制客户端可以远程发送控制信号来控制智能表面的状态。

8、进一步的，控制板中，单片机型号设置为stm32f103zet6，驱动芯片型号设置为uln2003a，无线元件型号设置为esp8266。控制电路为共阴极输出，每个输入/输出(i/o)口可以输出0/5v的电压，用来改变智能表面的状态。驱动电路主要由uln2003a芯片构成，输出模式为压差式输出：当输出为低电平时，电流为0，输出低电流，上拉电阻两侧分压极小，输出管脚电平表现为高电平，压差为0v；当输出为高电平时，电流经过放大得到大电流，此时上拉电阻两侧的分压达到供电电压，输出管脚电平表现为低电平，压差为5v。总体对外表现为驱动能力增强的反相器。

9、进一步的，控制板中无线元件esp8266的tx、rx管脚分别连接到stm32f103zet6芯片gpio_b中的b10、b11管脚，利用usart3串口进行通信。

10、进一步的，为了适应单片机gpio口的特点，制定了输入数据的转换规则，使输入数据能够顺序地与单片机gpio口一一对应。

11、本发明提供了一种面向智能表面应用的无线控制系统，与现有技术相比，本发明的优势在于：

12、本发明面向智能表面，设计了一套面向智能表面应用的无线控制系统。本系统以无线控制客户端通过无线方式输出信号，信号经控制板的无线元件接收后，传输至单片机处理，再通过驱动芯片输出信号至智能表面。相对有线传输，本发明中使用的无线传输方式具有架设成本低布线更少更简洁，环境适应性较好等优点。

技术特征：

1.一种面向智能表面应用的无线控制系统，包括无线控制客户端、控制板、智能表面；

2.根据权利要求书1所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，控制客户端可以是计算机或者手机等具有无线通信功能的设备。

3.根据权利要求书1所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，控制板中，单片机型号设置为stm32f103zet6；驱动芯片型号设置为uln2003a，为一款7路反相器芯片；无线元件型号设置为esp8266，该模块是低功耗，高集成度的wifi芯片，工作频段为2.412～2.484ghz。

4.根据权利要求书1中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，无线元件接受无线控制客户端发送的实现不同电磁功能的控制信号，控制信号通过txd、rxd引脚传输至单片机，单片机则根据控制信号实时、动态地将智能表面中加载的电可调元件对应管脚置为高电平或低电平，再通过驱动电路反映到智能表面，从而改变所设计单元的电磁特性。

5.根据权利要求书4中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，单片机通过预编程方式处理接收到的数据。

6.根据权利要求书4中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，无线控制客户端和控制板的无线元件通过sta模式连接，具体表现为室内外无线基站作为ap，处于中心地位，无线元件和无线控制客户端工作在sta模式，后两者可以通过ap模式进行信息交互。

7.根据权利要求书4中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，控制板的输出端为驱动芯片的管脚，驱动芯片的管脚控制智能表面的宏单元。

8.根据权利要求书1中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，设备用于连接室内外无线基站、运行控制程序、输出无线控制信号。

9.根据权利要求书6中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，同一无线控制客户端与多个无线元件连接，可以控制多块控制板。

10.根据权利要求书4中所述的一种面向智能表面应用的无线控制系统，其特征在于，无线控制客户端可以通过矢量网络分析仪读取智能表面周围的电磁环境，应用智能优化算法生成新的控制信号，并连续地发送控制信号，进而优化智能表面的工作效果。

技术总结本发明提出了一种面向智能表面应用的无线控制系统，包括无线控制客户端、控制板、智能表面。电压源通过导线与若干控制板连接，控制板上集成有电源电路、单片机、驱动芯片和无线元件：驱动芯片与单片机相连并输出若干引脚，引脚通过导线与智能表面连接；无线元件与单片机相连，并通过室内外无线网络与远程控制客户端相连。本发明涉及智能表面领域，用无线控制客户端通过无线方式输出需要的信号，发出的信号由无线元件接收并传输至单片机处理，单片机将处理完的信号通过驱动芯片输出给智能表面，解决了现有智能表面有线传输架设不便、受距离影响大的问题，提升了控制的实用性和操作的便利性。技术研发人员：冯一军,王逊凡,陈克,赵俊明,姜田受保护的技术使用者：南京大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13