[實用新型]一種用于傳感器多節點的能量供應系統

有效

• 申請號: 201721056820.8
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN207184168U
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王雅珍
• 申請（專利權）人: 池州睿成微電子有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司31300
• 代理人: 董澤宇

技術領域

本實用新型涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種用于傳感器多節點的能量供應系統。

背景技術

無線傳感器網絡（wireless sensor networks, WSNs）是由部署在監測區域內的大量體積小、成本低的傳感器節點（sensor node）組成。這些傳感器節點體內集成了信息采集、數據處理和無線通信等多種模塊，可以通過無線通信的方式，形成一個多跳自組織的網絡系統，能夠協作地感知、采集及處理監測區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。

無線傳感器網絡來源于 20 世紀 70 年代美國先進國防研究項目。隨著無線通信、微處理器和 MEMS 等技術的發展，無線傳感器網絡技術取得了飛速發展，以其大規模、免布線、組網靈活等特點，在國防軍事、環境監測、醫療救護、生物信息處理、交通管理、及家庭環境智能化應用等領域具有廣闊的應用前景和潛力。無線傳感器網絡被美國麻省理工學院的《Technology Review》雜志評為十大新興科學技術之首。

隨著對無線傳感器網絡研究的深入和應用的增加，出現了一些亟待解決的問題，如計算和存儲能力有限、傳輸能力有限、時間同步問題及安全性等問題，其中最為關鍵的是節點能量供應問題。目前大多數無線傳感器節點都采用電池供電，一方面，受傳感器節點體積小的限制，所配置的電池能量十分有限，無法滿足網絡長時間工作的需求，導致節點經常失效或報廢；另一方面，無線傳感器網絡節點數目眾多，分布廣泛，在一些特殊的應用場合，如動物或人體內的傳感器、建筑承力結構中的傳感器、軍事中無人值守地面傳感網絡等，人員到達不了，想要通過更換電池來補充能量是非常不現實的，這極大的限制了無線傳感器網絡的使用壽命和應用范圍。因此，節點能量供應問題是制約無線傳感器網絡技術發展的瓶頸。

實用新型內容

針對現有技術中缺陷與不足的問題，本實用新型提出了一種用于傳感器多節點的能量供應系統，采用采用了四諧振體能量傳輸系統，解決了傳統兩諧振體能量傳輸受電源內阻和負載內阻的限制，無法達到較高數量級的品質因數。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于傳感器多節點的能量供應系統，包括直流供電網、高頻激勵裝置、能量傳輸裝置、能量變換電路和傳感器節點，所述能量傳輸裝置由發射端和接收端組成，包含四個具有相同固有頻率的諧振體，發射端包括源線圈和發射線圈，接收端包括接收線圈和負載線圈，所述源線圈、發射線圈、接收線圈和負載線圈這四個諧振體之間無線連接，直流供電網與高頻激勵裝置相連，源線圈接入到高頻激勵裝置的主電路中且與電源相連，負載線圈接入到能量變換電路中且與傳感器節點相連接。

進一步的，所述高頻激勵裝置包含信號發生器、功率驅動器和MOS管。

進一步的，所述源線圈和發射線圈采用銅芯漆包線繞制成緊密空心圓柱線圈。

進一步的，所述源線圈半徑a1 =8cm，匝數N1 =2，導線半徑b1 =1.05mm；發射線圈半徑a2 =25cm，匝數N2 =3，導線半徑b2 =1.05mm。

進一步的，所述接收線圈和負載線圈采用PCB平面螺旋線作為接收端線圈。

進一步的，所述接收線圈外直徑d3=50mm，線寬w3=2.54mm,線間距s3=0.254，匝數N3=6；負載線圈外直徑d4=50mm，線寬w4=2.54mm,線間距s4=0.254，匝數N4=4。

進一步的，所述能量變換電路包括整流、濾波和穩壓電路，整流電路采用橋式整流，濾波電路采用電容濾波。

進一步的，所述傳感器節點兩兩之間的中心距不小于10cm。

本實用新型具有如下有益效果：本實用新型提出了四諧振體能量傳輸裝置，將負載電阻、電源內阻與傳輸線圈進行隔離，避免了像傳統的兩諧振體能量傳輸系統受到電源內阻和負載電阻的限制，品質因數很難達到較高的數量級；優化了四個能量傳輸線圈，提高了四諧振系統的能量傳輸效率；保證傳感器各節點在中心距大于或等于10cm時不受影響的工作；通過能量變化電路，穩定輸出3.3V直流電供給傳感器節點。

附圖說明

圖1為本實用新型系統結構框圖；

圖2為本實用新型高頻激勵裝置主電路結構示意圖；

圖3為本實用新型能量傳輸裝置的電路示意圖；

圖4為本實用新型能量變換電路示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。