[发明专利]一种实时监测信号强度的无线充电节点

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以收集射频能量进行无线充电并且采集传感器节点数据的新型无线传感器节点，尤其设计一种能够实时监测信号强度，能够进行能量管理、提高能量转换率的无线充电的传感器节点。

背景技术

随着科技的发展和工业的需要，越来越多的无线传感器网络运用到生产生活中。但是由于节点数量庞大、节点的随机散布、节点所在环境恶劣、节点本身嵌入在固体结构中，采用传统的电池给节点供电会带来电池更换难度大、成本高等问题，严重缩短了节点的生命周期。此外，由于节点能量有限，不能够实时监测能量进行能量管理，也会严重影响节电寿命。采用收集射频能量并将其转换为直流能量的方法，可摆脱电池对节点的束缚。同时采用实时监测信号强度的方法，可以进行能量管理，提高能量转换效率，保证节点工作的可靠性。

发明内容

为了克服现有传感器节点需要电池供电，无线充电过程中捕捉的信号强度未知且能量转换率低，输出可用功率低的现状，本发明提供了一种实时监测信号强度的无线充电节点。该传感器节点不仅可以进行无线充电并将采集的各种传感器数据通过无线射频芯片发送出去，同时可以实时监测捕捉到的信号强度，进行能量管理，能量转换效率达到50%，输出可用功率达到15mw，大大提高了节点工作的可靠性，延长了节点的寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种实时信号强度监测的无线充电的传感器节点。该节点主要由PCB天线、能量转换模块、微处理器模块、信号强度监测模块、传感器模块、无线射频模块组成；PCB天线与能量转换模块相连，能量转换模块通过稳压子模块与微处理器模块相连，微处理器模块通过IO端口与信号强度监测模块相连，实时监测信号强度，对能量转换模块进行能量管理，提高能量的转换率和利用率，微处理器模块通过IO端口与传感器模块相连，通过SPI接口与无线射频模块连接；该传感器节点不仅可以进行无线充电，同时可以采集各种传感器数据并且通过无线射频模块发送出去，还可以实时监测捕捉到的信号强度，能量转换效率达到50%，输出可用功率达到15mw。

本发明通过印制板天线接收、转换中心频率为915MHz的射频能量，能量转换模块将接受到的射频能量转换成直流信号，存储在大容量低漏电电流的存储电容中，输出的直流电压经过低功耗的稳压芯片整流得到稳定的直流电压，给整个节点供电。能量转换模块和信号强度监测模块以及微控制器模块相连接，可以通过实时监测能量转换模块的模拟电压值得到信号强度的数据，并进行能量管理，减小能耗。能量转换模块的能量转换率高，得到的可用能量高。微控制器利用通用IO口与传感器模块相连，同时微处理器的IO 口给传感器模块提供电源，并读取传感器节点ID，微控制器通过SPI 接口与无线射频模块连接。

本节点采用的微控制器芯片可以选择MICROCHIP公司的PIC24F16KA102，但不限于此。其中第10、25引脚接供电电压VDD，第6引脚连接传感器的电源引脚，第7、8、9引脚控制能量转换模块，进行能量的管理，第3、27引脚通过运算放大器U4进行数据处理，实时监测信号强度，第2、4、28引脚作为ADC模拟输入通道连接光强传感器、温度传感器和湿度传感器的模拟量输出，第7、8、9引脚连接能量转换模块，第13、14、15引脚连接选择器S1，读取传感器的ID，第16、18、19、21引脚是微控制器的SPI接口，连接无线射频芯片U4，第17、22、23引脚连接无线射频芯片U4。通信保持自主性。

所述的无线射频芯片可以采用MICROCHIP的MRF24J40MA，但不限于此。第10电压引脚连接供电电压VDD，第5、6、7、8引脚连接微控制器的SPI接口，第2、3、4引脚连接微控制器。

传感器模块中采用了温度传感器，湿度传感器，光强传感器，并使用了接插件，可扩展其他的传感器。

本发明具有的有益效果是：

1、能量转换模块将无线射频信号转换成直流能量，摆脱了传统节点对电池的依赖，并易于通过外围的电容电阻以及微控制器芯片对其输出电压进行调试。采用集成芯片便于产片封装，微处理器模块实时监视能量转换模块收集到的信号强度，进行能量管理，大大提高了能量的转换效率，保证节点的可靠工作。

2、微处理器模块可根据能量管理的结果选用合适的低功耗模式，有效降低整个节点对能量的消耗。

3、信号强度监测模块实时监测系统接收到的信号强度，进行能量管理，提高能量的转换率和利用率，大大增强了可用功率，延长了节点的寿命。

4、传感器模块灵活性高，采用了外部接插件，便于扩展。