[實用新型]自供電環境監測設備

有效

• 申請號: 201320028064.3
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN203135479U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 張海輝;張杰;張勇猛;張林超;盧博友
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本實用新型屬于無線傳感網技術領域，特別涉及一種自供電環境監測設備。?

背景技術

隨著無線傳感器網絡技術的發展，無線傳感器網絡已在工業、商業、醫學、消費、軍事和農業等領域得到了廣泛的應用。但其能量供給成為制約無線傳感器網絡穩定和長壽命工作的關鍵因素。由于無線傳感器網絡節點數量多、分布區域廣且布設在無人值守的區域、通過更換電池的方式來補充能源是不實際的。從環境中捕獲能量是一種有效的途徑。目前可以從環境中獲取能量的方式有太陽能、振動能、風能、溫差能等，其中太陽能以其較高的能量密度和較成熟的開發技術得到了普遍的應用。?

通過對現有文獻的檢索發現，目前的太陽能供電方式存在以下幾個問題：目前的能量自供給傳感器節點都是針對光強足夠的室外環境，不能收集微弱的太陽能；電路簡單地使用光伏電池通過充電芯片為超級電容或鋰電池供電，未能考慮能量的利用效率和頻繁的充放電對電池壽命的影響，設備的安全性和工作的穩定性不高；通過額外增加單片機和A/D轉換器進行能量管理，增加了設備的成本和功耗；粗放的能量管理，未考慮到太陽能電池的最大功率點跟蹤，沒有提高太陽能的利用率。?

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種自供電環境監測設備，通過合理的能量管理策略，實現了能量的最大化存儲和利用。?

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：?

自供電環境監測設備，包括帶有處理器模塊的傳感器節點模塊，所述傳感器節點模塊：?

接傳感器模塊接收其采集的數據；?

接能量存儲模塊由其進行供電；?

接光敏電阻進行光照條件判斷；?

接開關模塊進行能量供給策略選擇；?

所述能量存儲模塊包括太陽能電池模塊、超級電容模塊以及鋰電池模塊，所述超級電容模塊作為設備主能源，在其能量大于設定值的情況下為設備供電；所述鋰電池模塊作為設備次級能源，在所述超級電容模塊能量小于設定值的情況下為設備供電；?

所述太陽能電池模塊通過開關S1接并聯的升壓充電泵和最大功率點跟蹤模塊，通過控制開關S1的啟閉選擇由升壓充電泵或者最大功率點跟蹤模塊工作，升壓充電泵和最大功率點跟蹤模塊的輸出端通過開關S2接DC/DC升壓轉換器，DC/DC升壓轉換器輸出端接超級電容模塊和鋰電池模塊的充電端，通過控制開關S2的啟閉選擇直接為超級電容模塊充電或者經由DC/DC升壓轉換器為超級電容模塊或者鋰電池模塊充電；?

所述鋰電池模塊的充電端接有開關S3，輸出端接有開關S4，通過控制開關S3的啟閉選擇超級電容模塊是否為鋰電池模塊充電，通過控制開關S4的啟閉選擇是否由鋰電池模塊供電。?

所述開關S1和開關S2為CMOS單刀雙擲模擬開關，開關S3和開關S4為CMOS單刀單擲開關。?

當所述光敏電阻輸出為高電平時，設備進入白天模式，由太陽能電池模塊為超級電容模塊充電或者鋰電池模塊充電，并由超級電容模塊為節點模塊供電；當所述光敏電阻輸出為低電平時，設備進入夜間模式，由超級電容模塊或者鋰電池模塊為節點模塊供電。?

所述太陽能電池模塊包括太陽能電池板以及電池板電壓電流監測模塊，?

在白天模式下，所述傳感器節點模塊接收電池板電壓電流監測模塊采集到的太陽能電池板的輸出電壓和電流，?

如果輸出電壓小于等于閾值A，則開關S1和開關S2常閉觸點閉合，太?陽能電池板通過升壓充電泵-DC/DC升壓轉換器給超級電容模塊充電；?

如果輸出電壓在閾值B和閾值A之間，則開關S1常開觸點閉合，開關S2常閉觸點閉合，太陽能電池板通過最大功率點跟蹤模塊-DC/DC升壓轉換器給超級電容模塊充電；?

如果輸出電壓大于等于閾值B，則開關S1和開關S2常開觸點閉合，太陽能電池板通過最大功率點跟蹤模塊直接給超級電容模塊充電。?

所述閾值A為3V，閾值B為4.2V。?

當太陽能電池板通過升壓充電泵-DC/DC升壓轉換器給超級電容模塊供電情況下，或者通過最大功率點跟蹤模塊-DC/DC升壓轉換器給超級電容模塊供電情況下，檢測超級電容模塊的電壓：?

若超級電容模塊的電壓在閾值C和閾值D之間，則開關S4斷開，由超級電容模塊直接為節點模塊供電；?

若超級電容模塊的電壓大于等于閾值D，則檢測鋰電池模塊的電壓：?

若測鋰電池模塊的電壓大于等于閾值E，則鋰電池電量滿不需要充電，開關S3斷開，由超級電容模塊為節點模塊供電；?

若測鋰電池模塊的電壓小于閾值E，則開關S3閉合，超級電容模塊給鋰電池充電，同時為節點模塊供電；?