[發(fā)明專利]多能源采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310449325.3
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN103490475A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊祥龍;王春龍;曹泓;魯琛;賈生堯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H02J9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種多能源采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源。

背景技術(shù)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居、交通運(yùn)輸、精細(xì)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，越來越受到人們的重視。傳感器節(jié)點(diǎn)作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的重要組成單元，通常散布于一定的區(qū)域內(nèi)協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。傳感器節(jié)點(diǎn)部署環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用中的要求決定了節(jié)點(diǎn)電源大多數(shù)情況下不可能接入正常的電力系統(tǒng)供電。無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中傳感器節(jié)點(diǎn)需要量大，一般體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池，但是電池能量的耗盡也意味著節(jié)點(diǎn)失去功效，必須要定時(shí)更換電池或?qū)﹄姵爻潆姟?/p>

對(duì)于有成千上萬節(jié)點(diǎn)或部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)或環(huán)境惡劣的區(qū)域的無線傳感網(wǎng)絡(luò)來說，對(duì)電池的更換是很困難的，有時(shí)甚至是不可能的，但是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間卻要求數(shù)月甚至數(shù)年。因此如何為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定可靠地能量供應(yīng)成為制約無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)瓶頸問題。針對(duì)這一問題主要有兩個(gè)研究方向，一是盡可能地降低節(jié)點(diǎn)能量的消耗，來延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的壽命，如考慮各種可能的優(yōu)化能源的方案，研究多種不同的傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案，應(yīng)用一些節(jié)能的算法與協(xié)議，但這些并不能從根本上解決節(jié)點(diǎn)能量可能耗盡的問題；二是研究如何從節(jié)點(diǎn)所處的環(huán)境中采集能源并進(jìn)行有效地存儲(chǔ)，使節(jié)點(diǎn)具有能量補(bǔ)充的能力，能源采集方法為這一瓶頸問題的解決開辟了一個(gè)新的方向，本發(fā)明的研究正是基于此點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種多能源采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源。

?本發(fā)明的技術(shù)方案是：

????一種多能源采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源，包括依次相連的能源采集模塊、電源選擇模塊、充電控制模塊、儲(chǔ)能電池、放電管理模塊，還包括控制核心，所述的控制核心通過I/O口分別與電源選擇模塊、充電控制模塊相連；所述的能源采集模塊包括太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)能源采集裝置，把環(huán)境能源轉(zhuǎn)換為電能，每個(gè)能源采集裝置與儲(chǔ)能電容相連，多個(gè)電源選擇模塊并聯(lián)，輸出端通過充電控制模塊儲(chǔ)存到儲(chǔ)能電池中，儲(chǔ)能電池經(jīng)過放電管理模塊向節(jié)點(diǎn)供電。

優(yōu)選地，所述的電源選擇模塊由所述的控制核心一個(gè)I/O口輸出的高低電平信號(hào)通過光耦隔離電路控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷來選擇能源采集輸入端，同一時(shí)刻僅有一個(gè)三極管導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述的充電控制模塊包括一個(gè)直流升壓型斬波電路，占空比是由所述的控制核心一個(gè)I/O口輸出適時(shí)變化的PWM波控制，來實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的目的，所述的斬波電路輸出端經(jīng)過一個(gè)二極管向所述的儲(chǔ)能電池充電，防止反向放電。

優(yōu)選地，其特征在于：所述的控制核心為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的ZigBee無線微處理模塊Jennic5139，通過所述的采集充電控制模塊的輸出電流分別向電源選擇模塊和充電控制模塊輸出高低電平信號(hào)和PWM波，來控制前者選擇能量采集輸入端，控制后者的MOSFET的占空比。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的放電管理模塊由所述的儲(chǔ)能電池供電，通過三個(gè)穩(wěn)壓模塊分別輸出3.3V、5V和15V電壓向Jennic5139、三極管和光耦提供驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)通過一個(gè)由XL6009組成的升壓電路使輸出電壓穩(wěn)定并和節(jié)點(diǎn)匹配。

本發(fā)明的有益效果：

1、該電源體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且安裝方便。

2、多能源采集，使節(jié)點(diǎn)可以適應(yīng)多種環(huán)境條件，太陽能和風(fēng)能有較好的互補(bǔ)性，又增添了水能采集，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)的可靠性，有效得延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用周期；電源選擇模塊使得各個(gè)能量采集裝置相互獨(dú)立，防止了相互之間的干擾，同時(shí)電路中的光耦模塊大大提升了電源的抗干擾能力。

3、最大能量跟蹤策略的實(shí)現(xiàn)提升了能源采集的效率，使得電源在較小的體積下仍能獲得較多的能量供應(yīng)。

附圖說明

圖1為多能源采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2?為能源采集模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖3?為電源選擇模塊原理圖；

圖4?為充電控制模塊原理圖；

圖5?為放電管理模塊原理圖；

圖6?為最大功率跟蹤策略流程圖。

具體實(shí)施方式