專利名稱：一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種使用最大功率點跟蹤(英文簡稱為MPPT)和超級電容儲能的無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無線傳感網(wǎng)絡(luò)在越來越多的領(lǐng)域顯示出其優(yōu)越的應(yīng)用價值，受到各個領(lǐng)域的高度重視。無線傳感節(jié)點是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的核心，常采用容量有限的一次電池供電，極大限制其應(yīng)用的時效性，電能耗盡時需要及時更換，且更換后的電池會造成環(huán)境污染。因此，有必要改進(jìn)無線傳感節(jié)點的供電裝置，使其使用周期更長，更綠色環(huán)保。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)o線傳感節(jié)點進(jìn)行光伏供電的裝置。[0004]為了達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供了一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于包括小型光伏電池，小型光伏電池分別連接最大功率點(英語簡稱MPP)跟蹤模塊、MPP調(diào)節(jié)模塊和超級電容模塊，超級電容模塊連接MPP跟蹤模塊，MPP跟蹤模塊連接MPP調(diào)節(jié)模塊，MPP調(diào)節(jié)模塊連接DC-DC轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器連接超級電容模塊和無線傳感節(jié)點。[0005]優(yōu)選地，所述超級電容模塊連接低電壓報警模塊。[0006]優(yōu)選地，所述MPP跟蹤模塊包括電壓采樣電路和電流采樣電路，電壓采樣電路和電流采樣電路連接低功耗單片機(jī)，單片機(jī)連接驅(qū)動電路。[0007]優(yōu)選的，所述MPP調(diào)節(jié)模塊包括依次連接的一個二極管和一個電容以及一個降壓變換(BUCK)電路，二極管的導(dǎo)通方向指向降壓變換(BUCK)電路，電容是并聯(lián)在二極管和降壓變換(BUCK)電路間的。[0008]優(yōu)選地，所述超級電容模塊包括超級電容單體，超級電容單體連接兩個方向相反的二極管，它們的導(dǎo)通方向都指向超級電容單體，其中超級電容單體已進(jìn)行了預(yù)充電，使系統(tǒng)可以立即開始工作。[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是使用最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)，能夠提高光伏電池輸出能量的利用率，另外，使用具有使用壽命長、充放電電路簡單、充放電效率高、真正實現(xiàn)免維護(hù)、無污染等優(yōu)勢的超級電容作為儲能裝置，并能收集無線傳感節(jié)點處于低功耗時期不需要的能量，充分利用系統(tǒng)的能量。本實用新型所采用的元器件均是低功耗的。這樣就可以減小所需光伏電池的面積和體積，同時減少系統(tǒng)維護(hù)和環(huán)境污染。


[0010]圖1為本實用新型提供的一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置電路框圖；[0011]圖2為MPP跟蹤模塊的電路框圖；[0012]圖3為MPPT算法的流程框圖；[0013]圖4為MPP調(diào)節(jié)模塊的電路框圖；[0014]圖5為超級電容模塊的電路框圖。
具體實施方式
[0015]為使本實用新型更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。[0016]本實用新型提供了一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，由小型光伏電池、MPP 跟蹤模塊、MPP調(diào)節(jié)模塊、超級電容模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換器和低電報警模塊組成。如圖1所示， 小型光伏電池分別連接MPP跟蹤模塊、MPP調(diào)節(jié)模塊和超級電容模塊，超級電容模塊連接低電壓報警模塊和MPP跟蹤模塊，MPP跟蹤模塊連接MPP調(diào)節(jié)模塊，MPP調(diào)節(jié)模塊連接DC-DC 轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器連接超級電容模塊和無線傳感節(jié)點。[0017]所述小型光伏電池將光能轉(zhuǎn)換成電能，MPP跟蹤模塊通過控制MPP調(diào)節(jié)模塊實現(xiàn)小型光伏電池的最大功率點輸出，提高光伏電池的能量轉(zhuǎn)換效率，其輸出電能為無線傳感節(jié)點供電，同時為超級電容充電，超級電容為MPP跟蹤模塊供電，當(dāng)無線傳感節(jié)點處于低耗電時期，DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的電能也存儲在超級電容中，充分利用系統(tǒng)中的能量。即使在小型光伏電池的能量很低時，通過超級電容儲存的能量，系統(tǒng)照樣也可以正常工作一段時間。 DC-DC轉(zhuǎn)換器把電壓轉(zhuǎn)換到合適值，達(dá)到無線傳感節(jié)點的電壓要求。當(dāng)?shù)碗妷簣缶K檢測到超級電容的輸出電壓低于閾值時，報警提醒。針對本系統(tǒng)的設(shè)計，一般選用36cm2左右， 標(biāo)稱功率為300mW左右的小型光伏電池就可以滿足要求。[0018]如圖2所示，為MPP跟蹤模塊的結(jié)構(gòu)框圖，該MPP跟蹤模塊包括電壓采樣電路、電流采樣電路、低功耗單片機(jī)和驅(qū)動電路。電壓采樣電路和電流采樣電路連接小型光伏電池， 驅(qū)動電路連接MPP調(diào)節(jié)模塊的降壓變換(BUCK)電路。電壓采樣電路和電流采樣電路分別采樣光伏電池陣列輸出的電壓與電流，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)通道傳輸至單片機(jī)，執(zhí)行MPPT算法。[0019]如圖3所示，為MPPT算法的流程框圖，該算法首先將首次采樣的電流電壓相乘得到功率值作為初始值，然后對電壓進(jìn)行擾動變化，再次采樣光伏電池陣列的輸出電壓與電流，若當(dāng)前時刻的功率值與上一時刻的功率值相等，則保持電壓不變，否則比較大小，如果當(dāng)前時刻的功率值大于上一時刻的功率值，則繼續(xù)原來的擾動方向，否則進(jìn)行反向電壓擾動，這些過程輸出不同的PWM信號，通過驅(qū)動電路控制MPP調(diào)節(jié)電路的降壓變換(BUCK)電路，實現(xiàn)小型光伏電池的最大功率跟蹤。[0020]如圖4所示，為MPP調(diào)節(jié)模塊的電路框圖，所述MPP調(diào)節(jié)模塊包括一個二極管和一個電容以及一個降壓變換(BUCK)電路。其中二極管與小型光伏電池連接，防止當(dāng)降壓變換(BUCK)電路的電壓高于小型光伏電池的電壓，進(jìn)行反充。降壓變換(BUCK)電路與DC-DC 轉(zhuǎn)換器連接，因為系統(tǒng)的電壓低于小型光伏電池的標(biāo)稱電壓，所以選用降壓變換(BUCK)電路。[0021]如圖5所示，為超級電容模塊的電路框圖，所述超級電容模塊包括兩個方向相反的且導(dǎo)通方向都指向超級電容的二極管和超級電容單體。兩個二極管分別與小型光伏電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器連接，它們的作用都是防反充。其中超級電容單體已進(jìn)行了預(yù)充電，使系統(tǒng)可以立即開始工作。
權(quán)利要求1.一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于包括小型光伏電池，小型光伏電池分別連接最大功率點跟蹤模塊、最大功率點調(diào)節(jié)模塊和超級電容模塊，超級電容模塊連接最大功率點跟蹤模塊，最大功率點跟蹤模塊連接最大功率點調(diào)節(jié)模塊，最大功率點調(diào)節(jié)模塊連接DC-DC轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器還連接超級電容模塊和無線傳感節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于所述超級電容模塊連接低電壓報警模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于所述最大功率點跟蹤模塊包括電壓采樣電路和電流采樣電路，電壓采樣電路和電流采樣電路連接低功耗單片機(jī)，單片機(jī)連接驅(qū)動電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于所述最大功率點調(diào)節(jié)模塊包括依次連接的一個二極管和一個電容以及一個降壓變換電路，二極管的導(dǎo)通方向指向降壓變換電路，電容是并聯(lián)在二極管和降壓變換電路間的。
5.如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于所述超級電容模塊包括超級電容單體，超級電容單體連接兩個方向相反的二極管，它們的導(dǎo)通方向都指向超級電容單體，其中超級電容單體已進(jìn)行了預(yù)充電，使系統(tǒng)可以立即開始工作。
專利摘要本實用新型涉及一種無線傳感節(jié)點的戶內(nèi)光伏供電裝置，其特征在于包括小型光伏電池，小型光伏電池分別連接MPP跟蹤模塊、MPP調(diào)節(jié)模塊和超級電容模塊，超級電容模塊連接低電壓報警模塊和MPP跟蹤模塊，MPP跟蹤模塊連接MPP調(diào)節(jié)模塊，MPP調(diào)節(jié)模塊連接DC-DC轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器連接超級電容模塊和無線傳感節(jié)點。本實用新型的優(yōu)點是使用最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)，能夠提高光伏電池輸出能量的利用率，另外，使用具有使用壽命長、充放電電路簡單、充放電效率高、真正實現(xiàn)免維護(hù)、無污染等優(yōu)勢的超級電容作為儲能裝置，并能收集無線傳感節(jié)點處于低功耗時期不需要的能量，充分利用系統(tǒng)的能量。
文檔編號H02J15/00GK202260502SQ20112031195
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者倪虎生, 李媛媛, 范紅, 許武軍, 陶夢月 申請人:東華大學(xué)