本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，包括能量采集器、轉(zhuǎn)換儲存電路、電源管理電路、傳感器模塊和信息發(fā)送模塊；所述能量采集器包括復(fù)數(shù)個振動能量采集器，所述轉(zhuǎn)換儲存電路包括整流電路和儲能單元，所述電源管理電路包括啟動閾值檢測電路、反饋電路、關(guān)斷閾值檢測電路和開關(guān)電路。本發(fā)明專利技術(shù)所述的電源原理電路是一種無電阻低功耗電路，在任意能量采集器輸出功率條件下，自動檢測儲能單元上電壓變化，儲能單元上能量滿足傳感節(jié)點工作要求時，為節(jié)點提供穩(wěn)定電源。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，屬于傳感
技術(shù)介紹
隨著無線通信、傳感技術(shù)、嵌入式應(yīng)用和微電子技術(shù)的日趨成熟，無線傳感網(wǎng)絡(luò)可以在任何時間、任何地點、任何環(huán)境條件下獲取人們所需信息，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。這些組成無線傳感網(wǎng)的傳感器節(jié)點常在能源極度受限的情況下工作，例如國防邊境、自然野外或無人區(qū)域等。若采用有線供電將極大地限制物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的部署范圍，削弱無線傳感技術(shù)的意義；采用電池供電則將將導(dǎo)致相當高成本的電池更換和維護工作。因此，在保證可靠性的前提下為傳感器節(jié)點提供穩(wěn)定能量，實現(xiàn)自供電的傳感器節(jié)點對解決無線傳感網(wǎng)工作壽命受限、推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有重大意義。近年來，隨著微機械系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展及無線傳感網(wǎng)節(jié)點對微小型新能源需求的增長，出現(xiàn)了不同形式的能量采集器，如振動能量采集器可以將環(huán)境中不同頻率不同頻帶振動轉(zhuǎn)換為電能并具有體積結(jié)構(gòu)小、易集成、不需更換等優(yōu)點，為解決上述問題提供了一種合理的方法。但是實際環(huán)境中，振動較為雜散，分布頻帶較寬，常常在10Hz量級的低頻，不管振動能量采集器采用壓電式、電磁感應(yīng)式還是靜電式的換能機制，對于大多數(shù)能量收集器而言，雖然振動產(chǎn)生相當高的輸出電壓，但其最大輸出功率往往不高、輸出電流較小，其輸出電壓是環(huán)境振動隨機變化，對于可應(yīng)用的小體積能量采集器而言上述問題更加突出。因此，能量采集器輸出的能量是無法直接驅(qū)動后續(xù)電路。專利技術(shù)專利申請201310508550X中，介紹了一種采用分級儲能方式的微能量控制電路，可以實現(xiàn)由控制器按照輸入電壓等級不同將能量儲存在不同的存儲模塊內(nèi)，實現(xiàn)微能量的高效儲存轉(zhuǎn)化；技術(shù)專利201320277157.X中，提出了一種多能量采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電源，可以在不同的環(huán)境條件下有穩(wěn)定能量供應(yīng)。但上述方案都無法實現(xiàn)儲能單元電壓的閾值控制且存在功耗過大缺陷，不宜適用于能量采集器供電的無源無線傳感節(jié)點中。現(xiàn)有技術(shù)仍存在以下問題：首先，由于振動能量采集器的輸出功率小，在儲能單元電壓增長速率有限情況下，如何設(shè)計電源管理電路使微控制器芯片、傳感器芯片、射頻芯片電源端的壓擺率達到上電復(fù)位啟動的要求；其次，如何管理儲能單元上的能量，為傳感節(jié)點提供充足能量，使自供電傳感節(jié)點可以穩(wěn)定工作，高效率的實現(xiàn)信息發(fā)送；最后，在有限能量下，如何設(shè)計傳感節(jié)點的工作模式，使節(jié)點可以實現(xiàn)高效率低功耗的數(shù)字信息發(fā)射。有鑒于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是：如何設(shè)計一個高效率低功耗的電源電路，在能量采集器輸出功率有限情況下，使得整個電源電路穩(wěn)定工作。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的是提供一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，解決現(xiàn)有技術(shù)低效率、高功耗、信息傳播距離短等問題。為達到上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，包括能量采集器、轉(zhuǎn)換儲存電路、電源管理電路、傳感器模塊和信息發(fā)送模塊，所述能量采集器與轉(zhuǎn)換儲存電路電連接，所述轉(zhuǎn)換儲存電路與電源管理電路電連接，所述電源管理電路分別與傳感器模塊和信息發(fā)送模塊電連接，所述能量采集器包括復(fù)數(shù)個振動能量采集器，所述轉(zhuǎn)換儲存電路包括整流電路和儲能單元，所述電源管理電路包括啟動閾值檢測電路、反饋電路、關(guān)斷閾值檢測電路和開關(guān)電路。優(yōu)選地，所述啟動閾值檢測電路包括第一電壓檢測芯片、第一NMOS管和第一PMOS管，所述第一電壓檢測芯片的輸入端與儲能單元的正極相連，所述第一電壓檢測芯片的地線與儲能單元負極相連，輸出端均與兩個MOS管的柵極相連，第一NMOS管的漏極與第一PMOS管的漏極相連。優(yōu)選地，所述反饋電路包括第二NMOS管、第二PMOS管，所述第二NMOS管的漏極與第二PMOS管的漏極相連，所述第二NMOS管的柵極與第二PMOS管的柵極相連。優(yōu)選地，所述關(guān)斷閾值檢測電路包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二電壓檢測芯片，所述第三PMOS管的柵極與第一NMOS管的漏極相連，所述第三PMOS管的漏極與第二電壓檢測芯片的輸出相連，所述第四PMOS管的柵極與第二NMOS管的漏極相連，所述第四PMOS管的漏極與第二電壓檢測芯片的輸出相連，所述第二電壓檢測芯片的輸出端與第二NOMS管的柵極相連，其地線與儲能單元的負極相連。優(yōu)選地，所述開關(guān)電路包括第三NMOS管、第五PMOS管和二極管，所述第三NMOS管的柵極與第二電壓檢測芯片的輸出端相連，所述第三NMOS管的漏極與第五PMOS管的柵極相連，所述二極管的正極與第五PMOS管的柵極相連，所述二極管的負極與第五PMOS管的源極相連，其中所述第五PMOS管的漏極為電源管理電路輸出端。優(yōu)選地，所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源極均與儲能單元的負極相連；所述第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管的源極均與儲能單元的正極相連。即每個所述NMOS管的源極均與儲能單元的負極相連，每個所述PMOS管的源極均與儲能單元的正極相連。優(yōu)選地，所述傳感器單元為溫度濕度傳感器、壓力傳感器、位置運動傳感器、氣體傳感器或生化傳感器中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述天線為柱狀天線、鞭狀天線、PCB天線或定向天線中的一種或幾種。上文中，所述啟動閾值檢測電路的輸出端與關(guān)斷閾值檢測電路的控制端相連，所述關(guān)斷閾值檢測電路的輸出端與反饋電路的輸入端相連，所述反饋電路的輸出端與關(guān)斷閾值檢測電路的反饋端相連，所述關(guān)斷閾值檢測電路的輸出端與開關(guān)電路的輸入端相連，所述啟動閾值檢測電路的輸入端和所述關(guān)斷閾值檢測電路的輸入端為電源管理電路的輸入端，所述開關(guān)電路的輸出端為電源管理電路的輸出端。上文中，傳感器模塊包括復(fù)數(shù)個傳感器單元，信息發(fā)送模塊包括微控制器、射頻芯片和天線。由于上述技術(shù)方案運用，本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：1．本專利技術(shù)所述的電源電路是一種無電阻低功耗電路，在任意能量采集器輸出功率條件下，自動檢測儲能單元上電壓變化，儲能單元上能量滿足傳感節(jié)點工作要求時，為節(jié)點提供穩(wěn)定電源；2.本專利技術(shù)解決了現(xiàn)有傳感節(jié)點供電技術(shù)中需要經(jīng)常更換電池，容易造成環(huán)境污染，維護工作成本高的弊端，利用外界振動能量為后續(xù)單元供電，無需單獨電源；3.本專利技術(shù)自供電無源無線傳感節(jié)點電源電路高效率、低功耗、可靠性好且傳輸距離遠，實現(xiàn)能量和帶寬資源的有效分配，具有很高的實用價值；4.本專利技術(shù)可以在不同的環(huán)境條件下都能穩(wěn)定的工作，對解決無線傳感網(wǎng)工作壽命受限、推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有重大意義。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實施例一的系統(tǒng)框圖。圖2是本專利技術(shù)實施例一的電路圖。圖3是本專利技術(shù)實施例一中電源管理電路的電路圖。圖4是本專利技術(shù)實施例一的工作流程示意圖。其中：1、能量采集器；100、啟動閾值檢測電路；101、第一電壓檢測芯片；102、第一NOMS管；103、第一PMOS管；2、轉(zhuǎn)換儲存電路；200、反饋電路；201、第二NMOS管；202、第二PMOS管；3、電源管理電路；300、關(guān)斷閾值本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，其特征在于：包括能量采集器（1）、轉(zhuǎn)換儲存電路（2）、電源管理電路（3）、傳感器模塊（4）和信息發(fā)送模塊（5），所述能量采集器（1）與轉(zhuǎn)換儲存電路（2）電連接，所述轉(zhuǎn)換儲存電路（2）與電源管理電路（3）電連接，所述電源管理電路（3）分別與傳感器模塊（4）和信息發(fā)送模塊（5）電連接，所述能量采集器（1）包括復(fù)數(shù)個振動能量采集器，所述轉(zhuǎn)換儲存電路（2）包括整流電路和儲能單元，所述電源管理電路（3）包括啟動閾值檢測電路（100）、反饋電路（200）、關(guān)斷閾值檢測電路（300）和開關(guān)電路（400）。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，其特征在于：包括能量采集器（1）、轉(zhuǎn)換儲存電路（2）、電源管理電路（3）、傳感器模塊（4）和信息發(fā)送模塊（5），
所述能量采集器（1）與轉(zhuǎn)換儲存電路（2）電連接，所述轉(zhuǎn)換儲存電路（2）與電源管理電路（3）電連接，所述電源管理電路（3）分別與傳感器模塊（4）和信息發(fā)送模塊（5）電連接，
所述能量采集器（1）包括復(fù)數(shù)個振動能量采集器，所述轉(zhuǎn)換儲存電路（2）包括整流電路和儲能單元，所述電源管理電路（3）包括啟動閾值檢測電路（100）、反饋電路（200）、關(guān)斷閾值檢測電路（300）和開關(guān)電路（400）。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，其特征在于：所述啟動閾值檢測電路（100）包括第一電壓檢測芯片（101）、第一NMOS管（102）和第一PMOS管（103），所述第一電壓檢測芯片（101）的輸入端與儲能單元正極相連，第一電壓檢測芯片（101）的地線與儲能單元負極相連，其輸出端均與第一NMOS管（102）和第一PMOS管（103）的柵極相連，第一NMOS管（102）的漏極與第一PMOS管（103）的漏極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，其特征在于：所述反饋電路（200）包括第二NMOS管（201）和第二PMOS管（202），所述第二NMOS管（201）的漏極與第二PMOS管（202）的漏極相連，所述第二NMOS管（201）的柵極與第二PMOS管（202）的柵極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動能量采集器的無源無線傳感器節(jié)點電源電路，其特征在于：所述關(guān)斷閾值檢測電路（300）包括第三PMOS管（301）、第四PMOS管（302）和第二電壓檢測芯片（303），所述第三PMOS管（301）的柵極與第一NMOS管（102）的漏極相連，所述第三PMOS管（301）的漏極與第二電壓檢測芯片（303）的輸出相連，所述第四PMOS管（302）的柵極與第二...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐大誠，李夢陽，董川，何啟盛，唐翹楚，李昕欣，
申請(專利權(quán))人：蘇州大學(xué)，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。