專利名稱：一種太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種太陽能供電
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動(dòng)電話、便攜式電腦以及各種便攜式電子產(chǎn)品的普及，人們對(duì)電池 的需求大幅度增加。作為嵌入式設(shè)備的唯一能量來源，如何利用有限的電能為嵌入式設(shè)備 提供最高性能，是嵌入式設(shè)備中電源管理的主要目標(biāo)。傳統(tǒng)的電源管理策略對(duì)系統(tǒng)即時(shí)功 耗、電池充電控制、充放電判別及電池容量的檢測不夠理想，常常造成電池壽命及性能降 低。 目前，對(duì)電池的研究較注重于充電器研制及功率轉(zhuǎn)換效率的改良，對(duì)于電池的充 電控制策略及充電狀態(tài)檢測的研究較少。電池充電技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)包括殘電容量檢測、快 速充電技術(shù)、智能電池檢測、可延長電池壽命及保護(hù)電池的充電技術(shù)等，而許多應(yīng)用必須能 兼顧能量密度與電池壽命且不受快速充電及深度放電的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種太陽 能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源，其設(shè)計(jì)合理、成本低、智能化程度高、功耗小且工 作性能可靠、控制嚴(yán)謹(jǐn)，保證供電電池在不同狀態(tài)下都可以為無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供盡可能 長的工作時(shí)間。 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種太陽能供電無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源，其特征在于包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制模塊、為控制模塊供 電且由控制模塊進(jìn)行控制的可充電電池、與可充電電池相接的太陽能電池板、對(duì)無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周側(cè)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測的光照傳感器以及與可充電電池相接且對(duì)可充電電池 的輸出電壓和/或輸出電流進(jìn)行檢測的電壓/電流檢測電路，所述光照傳感器接控制模塊， 所述可充電電池與控制模塊相接。 還包括通過無線通信模塊與控制模塊進(jìn)行雙向通信的終端計(jì)算機(jī)，所述無線通信 模塊與控制模塊相接。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、所用供電電源結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝方便且成本低。 2、智能化程度高且工作性能可靠。 3、使用操作簡便，設(shè)計(jì)合理、控制嚴(yán)謹(jǐn)且功能完善、使用效果好、功耗小，首先能智 能確定充放電門限值，且能使可充電電池一直保證最大供電能力，同時(shí)還能在某些不利情 況下保持可充電電池對(duì)整個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的供電能力；其次是根據(jù)當(dāng)前電池的不同電壓 電流值，智能切換無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，保證可充電電池在不同狀態(tài)下都可以為無 線傳感器節(jié)點(diǎn)提供盡可能長的工作時(shí)間。[0011] 綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理、成本低、智能化程度高、功耗小且工作性能可靠、 控制嚴(yán)謹(jǐn)，保證供電電池在不同狀態(tài)下都可以為無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供盡可能長的工作時(shí) 間。 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖。 圖2為利用本實(shí)用新型對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電的方法流程圖。
附圖標(biāo)記說明 1-可充電電池；2-控制模塊； 3_太陽能電池板； 4_光照傳感器；5-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；6-無線通信模塊； 7_終端計(jì)算機(jī)；8-電壓/電流檢測電路。
具體實(shí)施方式如圖1所示，本實(shí)用新型包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制模塊2、為控制模塊2供 電且由控制模塊2進(jìn)行控制的可充電電池1、與可充電電池l相接的太陽能電池板3、對(duì)無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周側(cè)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測的光照傳感器4以及與可充電電池1相接且對(duì)可 充電電池1的輸出電壓和/或輸出電流進(jìn)行檢測的電壓/電流檢測電路8，所述光照傳感 器4接控制模塊2，所述可充電電池1與控制模塊2相接。本實(shí)施例中，還包括通過無線通 信模塊6與控制模塊2進(jìn)行雙向通信的終端計(jì)算機(jī)7，所述無線通信模塊6與控制模塊2相 接。 實(shí)際用用過程中，所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括控制模塊2以及分別與控制模塊2相 接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5、無線通信模塊6、傳感器模塊和供電電源，所述控制模塊2通過無線通 信模塊6與終端計(jì)算機(jī)7進(jìn)行雙向通信。多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)以自組網(wǎng)方式組成無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)，并且網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集數(shù)據(jù)打包后上傳至終端計(jì)算機(jī)7。 如圖2所示，利用本實(shí)用新型對(duì)太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電時(shí)，包 括以下步驟 步驟一、通過終端計(jì)算機(jī)7向控制模塊2輸入Vmax、 Vhigh、 Vlow和Vdanger的預(yù) 設(shè)值且將所輸入的Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger值均存入與控制模塊2相接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模 塊5中； 電壓/電流檢測電路8對(duì)可充電電池1的輸出電壓和/或輸出電流進(jìn)行檢測并將 所檢測信號(hào)同步上傳至控制模塊2，控制模塊2對(duì)電壓/電流檢測電路8所傳送的檢測信號(hào) 進(jìn)行分析判斷并相應(yīng)得出可充電電池1的輸出電壓值V，控制模塊2根據(jù)可充電電池1的輸 出電壓值V以及所輸入的Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger值相應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5中的電壓 標(biāo)識(shí)值Vf lag進(jìn)行賦值當(dāng)可充電電池1的輸出電壓值V > Vmax時(shí)，控制模塊2將電壓標(biāo)識(shí) 值Vflag保存為"0"后輸出；當(dāng)可充電電池1的輸出電壓值V < Vlow時(shí)，控制模塊2將電 壓標(biāo)識(shí)值Vflag修改為"l"后輸出；其中Vmax為可充電電池1的充電電壓峰值，Vlow為所 述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行稀疏采樣時(shí)可充電電池1的最低輸出電壓值且當(dāng)V < Vlow時(shí) 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)停止采樣，Vhigh為所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常采樣時(shí)可
4充電電池1的最低輸出電壓值V < Vhigh時(shí)所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入稀疏采樣狀態(tài)，
Vdanger為無線傳感器節(jié)點(diǎn)處于危險(xiǎn)狀態(tài)的供電電壓值即警告電壓。 步驟二、控制模塊2讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5中所存儲(chǔ)的電壓標(biāo)識(shí)值Vflag ; 步驟三、控制模塊2判斷Vflag的數(shù)值是否等于"1 "，具體包括以下步驟 第一步當(dāng)Vflag = 1時(shí)，控制模塊2將可充電電池1調(diào)整為充電模式，通過太陽
能電池板3將太陽能轉(zhuǎn)換為電能后逐步為可充電電池1充電，充電過程中控制模塊2通過
電壓/電流檢測電路8檢測判斷可充電電池1的輸出電壓值V且當(dāng)輸出電壓值V > Vmax
時(shí)，充電過程結(jié)束，控制模塊2將電壓標(biāo)識(shí)值Vflag修改為"O"后進(jìn)行重啟，并返回步驟一。 第二步、當(dāng)Vflag = 0時(shí)，控制模塊2將可充電電池1調(diào)整為供電模式且通過電壓
/電流檢測電路8周期性檢測可充電電池1的輸出電壓值V并對(duì)輸出電壓值V進(jìn)行分析比
較和判斷，具體過程如下 第1步、當(dāng)輸出電壓值Vhigh《V《Vmax時(shí)，說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作在正 常采集及正常上報(bào)狀態(tài)，控制模塊2告知與所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通信的網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)按照預(yù)設(shè)的采樣及上報(bào)周期進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集和上報(bào)； 第2步、當(dāng)輸出電壓值Vlow《V < Vhigh時(shí)，說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作在稀 疏采集及稀疏上報(bào)狀態(tài)，控制模塊2告知所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照延長的采樣周期進(jìn)行稀疏的數(shù) 據(jù)采集和上報(bào)； 第3步、當(dāng)輸出電壓值V < Vlow時(shí)，說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處于停止采樣狀態(tài)， 控制模塊2控制所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)停止采樣并啟動(dòng)光照傳感器4對(duì)該無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)周側(cè)的光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測并分析判斷此時(shí)的光照強(qiáng)度是否滿足預(yù)設(shè)的強(qiáng)度要求當(dāng) 光照強(qiáng)度足夠時(shí)，控制模塊2將電壓標(biāo)識(shí)值Vflag修改為"1"，同時(shí)控制模塊2將可充電電 池l調(diào)整為充電模式，進(jìn)入第一步；反之，當(dāng)光照強(qiáng)度不足夠時(shí)，控制模塊2告知所述網(wǎng)關(guān)節(jié) 點(diǎn)按照極低的采樣周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和上報(bào)。 第4步當(dāng)輸出電壓值V《Vdanger時(shí)，說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供電電壓過 低且已處于危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)控制模塊2啟動(dòng)光照傳感器4對(duì)該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周側(cè)的 光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測并分析判斷此時(shí)的光照強(qiáng)度是否滿足預(yù)設(shè)的強(qiáng)度要求當(dāng)光照強(qiáng)度足夠 時(shí)，控制模塊2將電壓標(biāo)識(shí)值Vflag修改為"1"，同時(shí)控制模塊2將可充電電池1調(diào)整為充 電模式，進(jìn)入第一步；反之，當(dāng)光照強(qiáng)度不足夠時(shí)，控制模塊2將所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)整 進(jìn)入休眠狀態(tài)。 本實(shí)施例中，第3步和第4步所述的控制模塊2將電壓標(biāo)識(shí)值Vflag修改為"1" 時(shí)，控制模塊2通過與其相接的無線通信模塊6向終端計(jì)算機(jī)7發(fā)出一無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn) 入充電狀態(tài)的狀態(tài)信息；反之，當(dāng)光照強(qiáng)度不足夠時(shí)，控制模塊2將所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào) 整進(jìn)入休眠狀態(tài)，并且控制模塊2通過與其相接的無線通信模塊6向終端計(jì)算機(jī)7發(fā)出一 告警信息。另外，第3步和第4步所述的控制模塊2將電壓標(biāo)識(shí)值Vflag修改為"l"時(shí)，控 制模塊2切斷與其相接外圍電路的供電回路且將自身工作模式調(diào)整為休眠狀態(tài)；相應(yīng)地， 第二步中所述的當(dāng)Vf lag = 0時(shí)，控制模塊2將自身的工作工作模式調(diào)整為工作狀態(tài)，并接 通且與其相接外圍電路的供電回路。 實(shí)際使用前，可以通過控制模塊2輸入預(yù)先設(shè)定的Vhigh、 Vlow和Vdanger數(shù)值， 其中Vmax為可充電電池1的充電電壓峰值，略小于可充電電池1的最大電壓值，且Vmax會(huì)隨著充電次數(shù)的增加而逐漸降低。Vmin為可充電電池1為新充電電池時(shí)的最小電壓值，但 是為了保護(hù)電池一般不為0。正常工作狀態(tài)下，可充電電池1的輸出電壓值V處于Vhigh和 Vlow之間，其中Vhigh是一個(gè)接近于Vmax的電壓值，Vlow是一個(gè)接近于Vmin的電壓值， Vdanger是警告電壓。 采用本實(shí)用新型所述的太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源進(jìn)行供電時(shí)， 控制模塊2根據(jù)可充電電池1的輸出電壓值V相應(yīng)調(diào)整無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作模式，具體 而言，可充電電池l的輸出電壓值V不同時(shí)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)以不同的采樣周期進(jìn)行工作。 1)、當(dāng)可充電電池1的輸出電壓值V G (Vhigh， Vmax]時(shí)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)工作在 正常狀態(tài)，按照預(yù)設(shè)采樣周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上報(bào)； 2)、當(dāng)可充電電池1的輸出電壓值V G (Vlow， Vhigh]時(shí)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)工作在 稀疏狀態(tài)，此時(shí)將延長采樣周期然后上報(bào)數(shù)據(jù)； 3)、當(dāng)可充電電池1的輸出電壓值V《Vlow時(shí)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)不再進(jìn)行采樣，而 是判斷當(dāng)前光照條件 i、如果光照足夠，則控制模塊2發(fā)送一條狀態(tài)信息至終端計(jì)算機(jī)7，表示無線傳感 器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入充電狀態(tài)，直至可充電電池1的電量充滿； ii、如果光照很低，則控制模塊2發(fā)送一條預(yù)警信息至終端計(jì)算機(jī)7，表示無線傳 感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入極低工作狀態(tài)，此時(shí)無線傳感器節(jié)點(diǎn)以非常低的頻率采樣并上報(bào)，或者只上 報(bào)部分狀態(tài)數(shù)據(jù)； iii、當(dāng)光照很低，且無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電量繼續(xù)下降至Vdanger時(shí)，無線傳感器 節(jié)點(diǎn)相應(yīng)發(fā)送一條警告信息至終端計(jì)算機(jī)7，此時(shí)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。 本實(shí)用新型還具有日志記錄功能，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的控制模塊2會(huì)自動(dòng)記錄可充 電電池1充電至Vhigh的時(shí)刻及Vhigh值，放電至Vlow的時(shí)刻及Vlow值，放電至Vdanger 的時(shí)刻及Vdanger值。每進(jìn)行數(shù)次充放電過程后，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的控制模塊2將此日志 信息上報(bào)至終端計(jì)算機(jī)7，供后臺(tái)進(jìn)行分析。 所述Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger數(shù)值具有自適應(yīng)校準(zhǔn)，可充電電池1經(jīng)過一段 時(shí)間的充放電后，可充電電池1的最大電壓會(huì)逐漸變小，如果不更改Vmax和Vhigh的值，就 會(huì)造成可充電電池1的過充，極大縮短可充電電池1的使用壽命。這種情況下終端計(jì)算機(jī) 7會(huì)向無線傳感器節(jié)點(diǎn)的控制模塊2發(fā)送一條命令，向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5即EEPR0M寫入新的 Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger的數(shù)值。無線傳感器節(jié)點(diǎn)的控制模塊2向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5寫 入新的Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger值后，向終端計(jì)算機(jī)7發(fā)送一條反饋消息并重啟，此后 控制模塊2就會(huì)按照新的Vmax、 Vhigh、 Vlow和Vdanger值控制可充電電池1的充電過程。 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源，其特征在于包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制模塊(2)、為控制模塊(2)供電且由控制模塊(2)進(jìn)行控制的可充電電池(1)、與可充電電池(1)相接的太陽能電池板(3)、對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周側(cè)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測的光照傳感器(4)以及與可充電電池(1)相接且對(duì)可充電電池(1)的輸出電壓和/或輸出電流進(jìn)行檢測的電壓/電流檢測電路(8)，所述光照傳感器(4)接控制模塊(2)，所述可充電電池(1)與控制模塊(2)相接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源，其特征在 于還包括通過無線通信模塊(6)與控制模塊(2)進(jìn)行雙向通信的終端計(jì)算機(jī)(7)，所述無 線通信模塊(6)與控制模塊(2)相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用供電電源，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制模塊、為控制模塊供電且由控制模塊進(jìn)行控制的可充電電池、與可充電電池相接的太陽能電池板、對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周側(cè)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測的光照傳感器以及與可充電電池相接且對(duì)可充電電池的輸出電壓和/或輸出電流進(jìn)行檢測的電壓/電流檢測電路，光照傳感器接控制模塊，可充電電池與控制模塊相接。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理、成本低、功耗小且工作性能可靠，保證供電電池在不同狀態(tài)下都可以為無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供盡可能長的工作時(shí)間。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201533184SQ200920244940
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者吳曉華, 蒙海軍, 高濤 申請(qǐng)人:西安迅騰科技有限責(zé)任公司