一種基于無線傳感網(wǎng)的超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電容測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種基于無線傳感網(wǎng)的超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器又稱電化學(xué)電容器，它具有良好的脈沖充電性能和大容量的儲(chǔ)能性能，因其質(zhì)量輕，存儲(chǔ)能量大，可多次重復(fù)充電而成為一種新型的儲(chǔ)能裝置，受到越來越多的應(yīng)用。
[0003]超級(jí)電容的額定電壓很低，在應(yīng)用中需要大量的串聯(lián)。由于應(yīng)用中需要大電流充放電，而過充則對(duì)電容的壽命有嚴(yán)重的影響，因此，串聯(lián)中的各個(gè)單體電容器上電壓是否一致是至關(guān)重要的，這要求不同批次不同時(shí)間制備出來的同一批號(hào)樣品性能相差很小。另外，在對(duì)超級(jí)電容器在分組組裝前進(jìn)行檢測(cè)，將充放電性能最接近的超級(jí)電容器分成一組，這將能夠在很大程度上解決超級(jí)電容組的均壓問題，這也需要對(duì)超級(jí)電容的性能進(jìn)行一致性檢測(cè)。
[0004]一個(gè)完整的超級(jí)電容包含電極、電解質(zhì)、集流體、隔膜等部件。超級(jí)電容器的電極材料主要有四個(gè)方面:碳電極材料，金屬氧化物及其水合物電極材料，導(dǎo)電聚合物電極材料，以及復(fù)合電極材料。電解質(zhì)需要具有很高的導(dǎo)電性和足夠的電化學(xué)穩(wěn)定性，以便超級(jí)電容器可以在盡可能高的電壓下工作?，F(xiàn)有的電解質(zhì)材料主要由固體電解質(zhì)、有機(jī)物電解質(zhì)和水溶液電解質(zhì)。隔膜的適當(dāng)使用也是十分關(guān)鍵的。有機(jī)電解質(zhì)通常使用聚合物或者紙作為隔膜，水溶液電解質(zhì)，可以采用玻璃纖維或者陶瓷隔膜。集流體則通常是選用導(dǎo)電性能良好的金屬和石墨等來充當(dāng)。一個(gè)性能良好的超級(jí)電容器，需要以上的四個(gè)部件達(dá)到最佳優(yōu)化。電解質(zhì)和隔膜的離子電導(dǎo)高、隔膜具有高的電子隔離阻力，電極電子電導(dǎo)高、比表面積大，隔膜和電極盡量薄。因此，在生產(chǎn)超級(jí)電容過程中，如何選取適當(dāng)?shù)墓に?，生產(chǎn)出一致性好的超級(jí)電容，是生產(chǎn)廠家急需解決的問題。
[0005]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推進(jìn)的主要領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)等多學(xué)科的交叉領(lǐng)域，近年來成為國內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)，并被視為未來信息產(chǎn)業(yè)的支柱。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特點(diǎn)是擺脫了傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的連線限制，使用無線通信方式形成網(wǎng)絡(luò)，具有安裝方便、結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)。
[0006]將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與超級(jí)電容測(cè)試技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)超級(jí)電容的同時(shí)測(cè)試。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析，能對(duì)電壓、充放電電流、當(dāng)前環(huán)境溫度濕度等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，計(jì)算得到超級(jí)電容容量、ESR的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并對(duì)超級(jí)電容的充放電過程進(jìn)行全程監(jiān)控。主要具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0007]I)可以使超級(jí)電容生產(chǎn)廠家更精確地控制投料，從而提高電容性能的一致性和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。因此，超級(jí)電容測(cè)試設(shè)備技術(shù)的提高可對(duì)其生產(chǎn)廠家提出更高的要求，促使其生廣工藝的提尚。
[0008]2)辨別不同超級(jí)電容的差異能力更強(qiáng)。特別是超級(jí)電容在串聯(lián)使用中，能將一致性好的超級(jí)電容組合在一起充分發(fā)揮組合供電的功能，可以提高超級(jí)電容組的能量利用率和電容組的壽命。
[0009]總之，系統(tǒng)較好地解決了對(duì)同一生產(chǎn)批次相同測(cè)試條件下超級(jí)電容測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄問題，便于研發(fā)與生產(chǎn)人員進(jìn)行分析，以改進(jìn)超級(jí)電容的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法，提供更高質(zhì)量產(chǎn)品和更好的一致性。同時(shí)增加了生產(chǎn)廠家的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)了超級(jí)電容行業(yè)的發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于無線傳感網(wǎng)的超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)，較好的解決了在相同測(cè)試條件下對(duì)多路超級(jí)電容進(jìn)行同時(shí)測(cè)試，并對(duì)超級(jí)電容測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)記錄的問題，便于研發(fā)與生產(chǎn)人員進(jìn)行分析，以改進(jìn)超級(jí)電容的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法，提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品和更好的一致性。
[0011]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于無線傳感網(wǎng)的超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機(jī)、Zibgee網(wǎng)關(guān)以及多個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)；所述的測(cè)試節(jié)點(diǎn)將測(cè)試的數(shù)據(jù)通過Zigbee協(xié)議傳送至Zigbee網(wǎng)關(guān)；所述的Zigbee網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)相連接;
[0012]所述的測(cè)試節(jié)點(diǎn)包括微處理器處理單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、電壓與電流采集與調(diào)理單元、通信單元、溫度及濕度傳感器模塊單元；所述的微處理器處理單元負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)傳感器采集節(jié)點(diǎn)的工作，接收A/D轉(zhuǎn)換單元和高速A/D所轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；所述的通信單元通過Zigbee協(xié)議與協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞；溫度及濕度傳感器模塊單元采集相應(yīng)的信息，包括超級(jí)電容電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)、濕度信號(hào)；所述的溫度及濕度傳感器模塊單元包括溫度傳感器及調(diào)理電路和濕度傳感器及調(diào)理電路；其中溫度傳感器及調(diào)理電路處理溫度信號(hào)，濕度傳感器及調(diào)理電路處理濕度信號(hào)；所述的電壓與電流采集與調(diào)理單元處理超級(jí)電容電壓及電流信號(hào)；所述的超級(jí)電容電壓及電流信號(hào)經(jīng)儀表放大器精密放大后由高速A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送到微處理器處理單元進(jìn)行處理與數(shù)據(jù)傳遞。
[0013]進(jìn)一步的說，本實(shí)用新型所述的測(cè)試節(jié)點(diǎn)最多為15個(gè)。
[0014]再進(jìn)一步的說，本實(shí)用新型所述的監(jiān)控主機(jī)接收來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并可向Zigbee網(wǎng)絡(luò)及測(cè)試節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令和進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是，解決了【背景技術(shù)】中存在的缺陷，采用基于無線傳感網(wǎng)的超級(jí)電容組測(cè)控技術(shù)，可在相同測(cè)試條件下對(duì)多路超級(jí)電容組進(jìn)行同時(shí)測(cè)試，并能對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，便于研發(fā)與生產(chǎn)人員進(jìn)行分析；能通過以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理設(shè)置，遠(yuǎn)程設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)控制超級(jí)電容的測(cè)試過程。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0017]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型測(cè)試節(jié)點(diǎn)硬件框圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型直流恒流充電法超級(jí)電容電壓的變化曲線；
[0020]圖4是本實(shí)用新型Zigbee網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0022]如圖1所示，系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)、Zigbee網(wǎng)關(guān)和測(cè)試節(jié)點(diǎn)組成。
[0023]測(cè)試節(jié)點(diǎn)對(duì)電容電壓，充放電電流，溫度濕度等參數(shù)進(jìn)行精確檢測(cè)，將測(cè)試的數(shù)據(jù)通過Zigbee協(xié)議傳送到Zigbee網(wǎng)關(guān)，并可通過Zigbee協(xié)議接受從監(jiān)控主機(jī)軟件發(fā)送到Zigbee網(wǎng)關(guān)的控制命令和參數(shù)設(shè)置，本系統(tǒng)同時(shí)最多可支持15個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)同時(shí)測(cè)試。Zigbee網(wǎng)關(guān)的功能是作為協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)管理各個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)，并把各個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)測(cè)得的測(cè)量數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送到上位機(jī)監(jiān)控。監(jiān)控主機(jī)接收來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并可向Zigbee網(wǎng)絡(luò)及測(cè)試節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令和進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
[0024]本系統(tǒng)的Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)，星形網(wǎng)絡(luò)是一種發(fā)散狀的網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。星形網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備成本低、沒有路由管理。協(xié)調(diào)器是分布式處理的中心。星形網(wǎng)絡(luò)適合于組成節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的網(wǎng)絡(luò)，適合于本系統(tǒng)所面向的應(yīng)用。
[0025]測(cè)試節(jié)點(diǎn)硬件原理框圖如圖2所示，測(cè)試節(jié)點(diǎn)由微處理器處理單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、電壓與電流采集與調(diào)理單元、通信單元、溫度及濕度傳感器模塊單元等組成，如圖2所示。微處理器處理單元主芯片采用CC2530，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)傳感器采集節(jié)點(diǎn)的工作，接收A/D轉(zhuǎn)換單元和高速A/D所轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；通信單元負(fù)責(zé)通過Zigbee協(xié)議與協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞；傳感器模塊單元用來采集相應(yīng)的信息，包括超級(jí)電容電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)、濕度信號(hào)，其中溫度傳感器及調(diào)理電路處理溫度信號(hào)，濕度傳感器及調(diào)理電路處理濕度信號(hào)，電壓與電流采集與調(diào)理單元處理超級(jí)電容電壓及電流信號(hào)。超級(jí)電容電壓及電流信號(hào)經(jīng)儀表放大器精密放大后由高速A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送到微處理器處理單元進(jìn)行處理與數(shù)據(jù)傳遞。
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