[發明專利]一種基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統及控制方法

在審

• 申請號: 201611089960.5
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106712246A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 牟笑靜;周鴻
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02J50/20;H02N2/18;H02K35/04;H04W84/18;G08C17/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統，其特征在于，所述基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統包括：

能量收集系統，與信號處理及射頻能量控制電路連接，用于將周圍能量的振動能量和射頻能量轉換為穩定電能驅動傳感器工作，并利用傳感器通過天線將傳感器檢測的信號傳輸給信號處理及射頻能量控制電路；

信號處理及射頻能量控制電路，與云端數據庫連接，用于將傳感器傳輸的信號進行一系列處理，傳入信號處理及射頻能量控制電路的微控制器；微控制器一方面，在振動能量不足卻需要傳感器工作時，控制信號處理及射頻能量控制電路的射頻能量發射器發射射頻能量，供能量收集系統采集能量；另一方面，微控制器獲得傳感器信息后，上傳至云端數據庫；

云端數據庫，用于將云端數據與智能終端進行交互。

2.如權利要求1所述的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統，其特征在于，所述能量收集系統包括：

振動能量收集器，與能量管理電路連接，用于收集周圍的振動能量；

射頻能量收集器，與能量管理電路連接，用于將電能在發射端通過天線轉為電磁波，在接受端通過天線將電磁波再轉為電能；

能量管理電路，與傳感器工作電路連接，用于將所收集到的交變、高頻、不穩定的電能通過整流、存儲、穩壓處理后變為直流、穩定的能供傳感器使用的電能；

傳感器工作電路，將傳感器的傳感信息轉換為振蕩信號，通過天線傳播至微控制器。

3.如權利要求2所述的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統，其特征在于，射頻能量收集器采用射頻能量收集器超材料天線；所述射頻能量收集器超材料天線采用超材料的開口諧振環，作為能量收集單元；所述射頻能量收集器超材料天線的基底采用聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料Rogers Duroid RT5880，開口諧振環采用金Au材料。

4.如權利要求2所述的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統，其特征在于，振動能量收集器包括：

質量塊帶動壓電材料彎曲，將振動能量轉為電能的壓電效應部件；

質量塊運動帶動線圈在磁棒提供的磁場中運動，線圈中磁通量發生變化，產生電能的電磁感應部件；

所述壓電效應部件和電磁感應部件均與能量管理電路電連接。

5.如權利要求2所述的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統，其特征在于，能量管理電路由交流-直流整流器、MPPT變換器、能量存儲電路及穩壓電路；

所述交流-直流整流器，與MPPT變換器連接，用于將能量收集器所收集的交流電整流為直流電；該交流-直流整流器由四個二極管構成；

所述MPPT變換器，與能量存儲模塊連接，該MPPT變換器由電感L1、電容C1、二極管D5、MOS管Q、電阻R1及MPPT控制電路組成；電感L1用于阻擋交流電整流后的直流電含有的交流分量進行濾波；電容C1用于對直流電源上的交流成分濾除；二極管D5用于保證電流方向；電阻R1用于將電路中的電流信號變為電壓信號供MPPT控制電路使用；MPPT控制電路由微控制器TIMSP430和可編程脈沖輸出芯片LTC6906組成，該MPPT控制電路輸入端為R1兩端電壓信號，輸出端為PWM信號；MPPT用于使輸入源工作在MPPT的最大功率點附近，使能量收集器能夠輸出更多電能，將整流器的直流電有效地貯存在超級電容中，以供傳感器使用；MOS管Q用于根據MPPT控制電路所輸出的PWM信號調節MPPT變換器的輸出功率，Q為MPPT變換器的執行元件；

能量存儲電路，與穩壓電路連接，用于為電路的儲能，所述能量存儲電路由超級電容組成；

所述穩壓電路由穩壓器LTC1877及芯片周圍外部元件組成；所述穩壓電路與傳感器工作電路連接。