專利名稱：免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線數(shù)字傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種不用干電池或外接電源的免 電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器。
背景技術(shù)：
目前全球能源日趨枯竭，加上二氧化碳排放問(wèn)題造成地球暖化，對(duì)于環(huán)境生態(tài)造 成重大威脅，能源的永續(xù)利用與環(huán)境保護(hù)平衡考量的兼顧，早已成為各國(guó)家的共識(shí)。積極 地開(kāi)發(fā)潔凈的再生能源，更需要在能源的運(yùn)用上，強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換效率的提高，借助兩者的相乘效 果，塑造最佳的能源使用環(huán)境。許多低功率工業(yè)傳感器由原來(lái)外部電源的供電方式，正在逐步轉(zhuǎn)而采用可替代能 源作為主要或輔助的供電方式。理想情況下，這些收集的能量將可免除增設(shè)有線電源或電 池。利用現(xiàn)成的物理能源(例如電磁感應(yīng)裝置“感應(yīng)線圈”、機(jī)械振動(dòng)“壓電或機(jī)電設(shè)備” 和光“光伏設(shè)備”)來(lái)產(chǎn)生電力的換能器正逐漸成為許多應(yīng)用的實(shí)用電源。眾多的無(wú)線傳感 器和其他低功率應(yīng)用發(fā)展正逐漸成為近乎“零”功率的器件，為使用收集能量(有些人通常 稱之為“毫微功率”)奠定了基礎(chǔ)。目前，無(wú)線數(shù)字傳感器幾乎全是使用干電池做為電源，由于電路功耗高等原因使 得干電池的使用壽命很短，需要及時(shí)更換，增加了生產(chǎn)中的管理和成本的支出，而且因?yàn)閳?bào) 廢的干電池不方便回收，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，不必設(shè)置干電池 或外加電源供電，能利用各種場(chǎng)合的機(jī)械能、光能、電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能供傳感器發(fā)射無(wú)線數(shù)
據(jù)信號(hào)。為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，包括微處理單元、傳感單元、無(wú)線射頻發(fā)射單 元，其特征在于，還包括能源單元、能源收集管理單元，能源單元輸出端與能源收集管理單 元輸入端連接，能源收集管理單元輸出端與微處理單元電源端連接，微處理單元輸入端與 傳感單元數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，微處理單元輸出端與無(wú)線射頻發(fā)射單元相連接，能源單元 可拾取多種能量，并轉(zhuǎn)化為極微小的電流和電壓，通過(guò)能源收集管理單元收集和儲(chǔ)存為傳 感器供電。所述能源單元為壓電晶體回路，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，其輸出端為電源輸出。所述能源單元為光能回路，將光能轉(zhuǎn)化為電能，其輸出端為電源輸出。所述能源單元為電磁感應(yīng)回路，將附近的電場(chǎng)的能量通過(guò)線圈的磁通量變化轉(zhuǎn)化 為電能，其輸出端為電源輸出。所述能源收集管理單元主芯片為L(zhǎng)TC3588，當(dāng)輸入能源為機(jī)械能和電磁能時(shí)，PZl 端與PZ2端為輸入端，當(dāng)輸入能源為太陽(yáng)能時(shí)，PZl端和GND為輸入端；當(dāng)輸入電流大于20uA，小于50mA、電壓> 400mV，小于20V時(shí)即可再生出電能，當(dāng)主芯片LTC3588收集的能量 達(dá)到額定數(shù)值，Vout端和PGOOD端輸出連續(xù)的工作電壓。所述微處理單元主芯片為ATMEGA88PA或其它單片機(jī)。所述無(wú)線射頻發(fā)射單元主芯片為CCllOO或其它射頻芯片。所述傳感單元輸入信號(hào)為數(shù)字量或模擬量加A/D轉(zhuǎn)換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是1)能把各種場(chǎng)合的多種能量(如機(jī) 械能、光能、電場(chǎng)磁能)中收集轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來(lái)；2)傳感器中微功耗單片機(jī)，在極低 的功耗的情況下，保持睡眠狀態(tài)，一旦被外部施加可連續(xù)的工作電壓后，即可讀取傳感器輸 出的模擬量和數(shù)字量數(shù)據(jù)信號(hào)，并把數(shù)據(jù)利用無(wú)線射頻的方式，發(fā)射出去，微功耗單片機(jī)為 脈沖式工作方式；3)本實(shí)用新型傳感器不必設(shè)置干電池或外加電源供電即可工作。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型能源單元為壓電晶體回路時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型能源單元為太陽(yáng)能電池回路時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型能源單元為電磁感應(yīng)回路時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型能源收集管理單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型傳感單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型微處理單元與無(wú)線射頻發(fā)射單元連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明見(jiàn)圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖，免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，包括微處理單 元SlOl、傳感單元sl02、無(wú)線射頻發(fā)射單元sl03、能源單元sl04、能源收集管理單元sl05， 能源單元sl04輸出端與能源收集管理單元sl05輸入端連接，能源收集管理單元sl05輸出 端與微處理單元SlOl電源端連接，微處理單元SlOl輸入端與傳感單元sl02數(shù)據(jù)信號(hào)輸出 端連接，微處理單元SlOl輸出端與無(wú)線射頻發(fā)射單元sl03相連接。見(jiàn)圖2是本實(shí)用新型能源單元為壓電晶體回路時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為 電能，其輸出端有電流輸出，如在空氣振動(dòng)、氣流通過(guò)場(chǎng)合，振動(dòng)、氣壓變動(dòng)觸動(dòng)壓電晶體 s201，在回路的輸出端A21、A22間產(chǎn)生微弱電流。見(jiàn)圖3是本實(shí)用新型能源單元為太陽(yáng)能電池回路時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖，將光能轉(zhuǎn)化為電 能，其輸出端為電壓輸出，如在室外光線充足場(chǎng)合，太陽(yáng)能光伏電池s301受光照在輸出端 A3UA32產(chǎn)生一定功率的電壓輸出，限流電阻Rl保證電壓波動(dòng)較小。太陽(yáng)能光伏電池是通 過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能。見(jiàn)圖4是本實(shí)用新型能源單元為電磁感應(yīng)回路時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖，將附近的電場(chǎng)的能 量通過(guò)線圈s401的磁通量變化轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)限流電阻R2、R3，輸出端A41、A42有電壓 輸出。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)回路的磁通量變化率成正比。見(jiàn)圖5是本實(shí)用新型能源收集管理單元結(jié)構(gòu)示意圖，能源收集管理單元主芯片Ul 為L(zhǎng)TC3588，當(dāng)輸入電能為電流時(shí)，PZl端與PZ2端為輸入端，當(dāng)輸入電能為電壓時(shí)，PZl端和GND為輸入端；當(dāng)主芯片LTC3588收集的能量達(dá)到額定數(shù)值，Vout端和PGOOD端與輸出 端A51、A52相連接，輸出連續(xù)的工作電壓，并喚醒微處理單元。其中A51為輸出管腳，A52 為控制使能腳，Ul的管腳連接方式如下Vin腳與CAP腳通過(guò)電容Cl相連，Vin2腳通過(guò)電 容C2連接到GND腳，Vin腳通過(guò)電容C3連接到GND, SW腳通過(guò)電感Ll連接到A51，A51通 過(guò)電容C4與GND相連，Dl腳與Vin2相連，DO腳與GND相連，PGOOD腳與A52腳相連，Vout 腳與A51相連。見(jiàn)圖6是本實(shí)用新型傳感單元結(jié)構(gòu)示意圖，傳感單元主芯片U2為DS18B20，輸出端 A6UA62輸出溫度感應(yīng)模擬量和數(shù)字量信號(hào)，U2的連接方式為GND腳與VDD腳相連接地， DQ腳為輸出腳A62，輸出腳A62和輸出腳A61之間通過(guò)電阻R4相連。輸出腳A62和A61可 采用多種通訊方式與微處理單元相連接，如通用的串行總線I2C接口，SPI接口，單總線接 口，RS232/485接口或者模擬量4-20mA，0-10V，或mV信號(hào)均可。見(jiàn)圖7是本實(shí)用新型微處理單元與無(wú)線射頻發(fā)射單元連接結(jié)構(gòu)示意圖，微處理單 元主芯片U3為微功耗單片機(jī)ATMEGA88PA，無(wú)線射頻發(fā)射單元主芯片U4為CC1100。其U4 的連接方式如下所述腳3通過(guò)電容C9與天線連接，腳3與腳4通過(guò)電容ClO連接，腳4通 過(guò)電容Cll與GND連接，腳3通過(guò)電感L3與GND連接，腳4通過(guò)L2與GND連接，腳10與腳 11通過(guò)電感L4連接，13腳通過(guò)電阻R5與GND連接，腳17、腳18通過(guò)J2晶體相連，并通過(guò) 電容C7、C8與GND相連，腳21與腳1、腳15與VDD相連，腳2、腳6、腳7、腳8、腳14、腳16、 腳19、腳20、腳22均與GND相連。U3的連接方式如下所述腳4與VDD相連，腳3、腳5、腳21與GND相連，腳7、腳8 通過(guò)Jl晶體相連，并分別通過(guò)電容C5，C6與GND相連，腳29為RST腳；U3與能量收集管理 單元的連接方式如下所述VDD與A51相連，RST與A52相連，做為電源端。U3與傳感單元 的連接方式如下所述腳1與傳感單元中的A62連接，VDD與A61相連，作為數(shù)據(jù)輸入端。實(shí)施例中微功耗單片機(jī)ATMEGA88PA，可以在極低的功耗的情況下，保持睡眠狀態(tài)， 一旦被外部施加可連續(xù)的工作電壓后，可以讀取外部傳感單元輸入的模擬量和數(shù)字量數(shù) 據(jù)，并把數(shù)據(jù)結(jié)果利用無(wú)線射頻的方式，發(fā)射出去。本實(shí)用新型通過(guò)采用多種電能量的拾取方法，利用現(xiàn)成的物理能源(機(jī)械能和光 能及電場(chǎng)能)轉(zhuǎn)化為極微小的電流和電壓，通過(guò)收集和儲(chǔ)存，為傳感器提供工作的能源，使 傳感器不必設(shè)置干電池或外加電源供電即可工作。
權(quán)利要求免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，包括微處理單元、傳感單元、無(wú)線射頻發(fā)射單元，其特征在于，還包括能源單元、能源收集管理單元，能源單元輸出端與能源收集管理單元輸入端連接，能源收集管理單元輸出端與微處理單元電源端連接，微處理單元輸入端與傳感單元數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，微處理單元輸出端與無(wú)線射頻發(fā)射單元相連接，所述的能源單元拾取多種能量，通過(guò)能源收集管理單元收集和儲(chǔ)存為傳感器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述能源單 元為壓電晶體回路，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，其輸出端為電源輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述能源單 元為光能回路，將光能轉(zhuǎn)化為電能，其輸出端為電源輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述能源單 元為電磁感應(yīng)回路，將附近的電場(chǎng)的能量通過(guò)線圈的磁通量變化轉(zhuǎn)化為電能，其輸出端為 電源輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述能源收 集管理單元主芯片為L(zhǎng)TC3588，當(dāng)輸入能源為機(jī)械能和電磁能時(shí)，PZl端與PZ2端為輸入端， 當(dāng)輸入能源為太陽(yáng)能時(shí)，PZl端和GND為輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述微處理 單元主芯片為ATMEGA88PA。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述無(wú)線射 頻發(fā)射單元主芯片為CC1100。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，其特征在于，所述傳感單 元，輸入信號(hào)可為模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的形式，也可為數(shù)字量。
專利摘要本實(shí)用新型涉及免電池再生電源無(wú)線數(shù)字傳感器，包括微處理單元、傳感單元、無(wú)線射頻發(fā)射單元、能源單元、能源收集管理單元，能源單元輸出端與能源收集管理單元輸入端連接，能源收集管理單元輸出端與微處理單元電源端連接，微處理單元輸入端與傳感單元數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，微處理單元輸出端與無(wú)線射頻發(fā)射單元相連接，能源單元可拾取多種能量，并轉(zhuǎn)化為極微小的電流和電壓，通過(guò)能源收集管理單元收集和儲(chǔ)存為傳感器供電。本實(shí)用新型的有益效果是1)能把各種場(chǎng)合的多種能量(如機(jī)械能、光能、電磁能)中收集轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來(lái)；2)傳感器輸入的信號(hào)為模擬量和數(shù)字量；3)本實(shí)用新型傳感器不必設(shè)置干電池或外加電源供電即可工作。
文檔編號(hào)H02J17/00GK201708595SQ201020233448
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者張景山 申請(qǐng)人:鞍山銀宇電子科技有限公司