[发明专利]多能源采集的无线传感网络节点电源

说明书

技术领域

 本发明涉及一种多能源采集的无线传感网络节点电源。

背景技术

无线传感网络在环境监测、智能家居、交通运输、精细农业等领域具有广泛的应用前景，越来越受到人们的重视。传感器节点作为无线传感网络的重要组成单元，通常散布于一定的区域内协作地实时监测、感知和采集各种环境和监测对象的信息。传感器节点部署环境和实际应用中的要求决定了节点电源大多数情况下不可能接入正常的电力系统供电。无线传感网络实际应用中传感器节点需要量大，一般体积微小，通常携带能量十分有限的电池，但是电池能量的耗尽也意味着节点失去功效，必须要定时更换电池或对电池充电。

对于有成千上万节点或部署在偏远地区或环境恶劣的区域的无线传感网络来说，对电池的更换是很困难的，有时甚至是不可能的，但是无线传感网络的生存时间却要求数月甚至数年。因此如何为无线传感网络节点提供稳定可靠地能量供应成为制约无线传感网络发展的一个瓶颈问题。针对这一问题主要有两个研究方向，一是尽可能地降低节点能量的消耗，来延长节点的寿命，如考虑各种可能的优化能源的方案，研究多种不同的传感网络组网方案，应用一些节能的算法与协议，但这些并不能从根本上解决节点能量可能耗尽的问题；二是研究如何从节点所处的环境中采集能源并进行有效地存储，使节点具有能量补充的能力，能源采集方法为这一瓶颈问题的解决开辟了一个新的方向，本发明的研究正是基于此点。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术中存在的不足，提供一种多能源采集的无线传感网络节点电源。

 本发明的技术方案是：

    一种多能源采集的无线传感网络节点电源，包括依次相连的能源采集模块、电源选择模块、充电控制模块、储能电池、放电管理模块，还包括控制核心，所述的控制核心通过I/O口分别与电源选择模块、充电控制模块相连；所述的能源采集模块包括太阳能电池板、风力发电机、水力发电机能源采集装置，把环境能源转换为电能，每个能源采集装置与储能电容相连，多个电源选择模块并联，输出端通过充电控制模块储存到储能电池中，储能电池经过放电管理模块向节点供电。

优选地，所述的电源选择模块由所述的控制核心一个I/O口输出的高低电平信号通过光耦隔离电路控制三极管的导通和关断来选择能源采集输入端，同一时刻仅有一个三极管导通。

优选地，所述的充电控制模块包括一个直流升压型斩波电路，占空比是由所述的控制核心一个I/O口输出适时变化的PWM波控制，来实现最大功率跟踪的目的，所述的斩波电路输出端经过一个二极管向所述的储能电池充电，防止反向放电。

优选地，其特征在于：所述的控制核心为无线传感网络的ZigBee无线微处理模块Jennic5139，通过所述的采集充电控制模块的输出电流分别向电源选择模块和充电控制模块输出高低电平信号和PWM波，来控制前者选择能量采集输入端，控制后者的MOSFET的占空比。

进一步优选地，所述的放电管理模块由所述的储能电池供电，通过三个稳压模块分别输出3.3V、5V和15V电压向Jennic5139、三极管和光耦提供驱动电压，同时通过一个由XL6009组成的升压电路使输出电压稳定并和节点匹配。

本发明的有益效果：

1、该电源体积小、成本低、结构简单且安装方便。

2、多能源采集，使节点可以适应多种环境条件，太阳能和风能有较好的互补性，又增添了水能采集，增强了节点的可靠性，有效得延长节点的使用周期；电源选择模块使得各个能量采集装置相互独立，防止了相互之间的干扰，同时电路中的光耦模块大大提升了电源的抗干扰能力。

3、最大能量跟踪策略的实现提升了能源采集的效率，使得电源在较小的体积下仍能获得较多的能量供应。

附图说明

图1为多能源采集的无线传感网络节点电源结构示意图；

图2 为能源采集模块结构图；

图3 为电源选择模块原理图；

图4 为充电控制模块原理图；

图5 为放电管理模块原理图；

图6 为最大功率跟踪策略流程图。

具体实施方式