[发明专利]一种用于智能车间物联制造执行过程的多源一体化微电源

说明书

公开了一种用于智能车间物联制造执行过程的多源一体化微电源，包括：能量收集模块，包括能量收集单元，用于高效收集智能车间物联制造执行过程中切削振动能转化的电能、切削热能转化的电能、切削噪声能转化的电能及结构件变形能转化的电能，并且对收集的多源电能进行耦合；能量管理模块，包括能量存储单元和能量管理单元；以及能量监控模块，包括监控单元、报警单元、复位单元和设置单元，所述监控单元用于监测切削振动能、切削热能、切削噪声能和结构件变形能经能量采集模块作用后储存在能量存储单元中的电压及所述能量存储单元中的电压经能量管理单元作用后的输出电压，且对能量管理单元的通断进行控制。

技术领域

本发明涉及微电源与自供能的传感器节点、无线传感器网络领域，特别涉及到一种用于智能车间物联制造执行过程的多源一体化微电源。

背景技术

智能制造技术的发展促进了全球产业的变革，加快了我国制造业由传统制造模式向智能制造模式的转变速度，在未来很长的一段时间内，中国的制造业仍会朝着智能制造方向发展。可以将新兴的信息技术与制造业融合，实现制造执行过程管理的智能化，从而实现制造车间的智能化。因此，在制造业中引入物联网技术，实现制造资源物物相连，对制造执行过程的现场信息进行实时感知、传输和处理，满足车间生产的动态需求对实现制造车间的数字化、网络化及智能化至关重要。

随着物联网技术在制造业的广泛应用，这种以信息感知技术为驱动力的制造系统—物联制造系统，有力地推动着智能制造向自动化、信息化、集成化、绿色化方向发展。制造物联是将网络、嵌入式、RFID、传感器等电子信息技术与制造技术相融合，实现对产品制造与服务过程及全生命周期中制造资源与信息资源的动态感知、智能处理与优化控制的一种新型制造模式和信息服务模式。制造物联给制造业信息化注入了新内涵，是提升企业竞争力的重要技术途径。其中无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)作为物联网的关键技术，是实现物联制造执行过程(机床监测(颤振监测、过载监测)、刀具监测(刀具磨损监测、刀具破损监测)、工件质量监测(表面粗糙度监测、尺寸精度监测、变形监测等))、车间环境监测(如温度、湿度、噪声监测等)的重要手段，也是制造物联的重要技术支撑。

智能车间的无线传感网络是一种由大量分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状网络，随着传感器节点数量的增加、传感节点的设置环境-智能车间更加复杂，WSN的供电问题日益突出，如何为这些无线传感节点供电已成为未来制约WSN发展的关键问题之一。目前，给WSN供电的方式主要有两种，即利用市电的有线供电方式和电池供电方式。对于电池供电普遍使用干电池或充电电池供电，但是，由于电池的存储能量有限，导致其工作寿命短，需要定期更换电池或给电池充电，这对于大量安置在智能车间的传感节点，更换成本十分高昂甚至无法实现，而且更换下来的电池会造成环境的污染。对于市电的有线供电，需要为每个传感节点配一根电缆，接到市电源开关上，要实现这个过程，必须花费很大的人力去布置市电源开关及电缆，而且要求安装人员无差错的给每个传感节点配置电缆与市电源开关，布置电缆及电源开关一定要合理，并且要求放置的电缆在监测的过程中不会被破坏。整个过程对测试人员来说非常繁琐，会带来很多不便，如果传感节点过多，布置的电缆及电源开关甚至会引起视觉混乱。此外，随着无线传感节点向着智能化、多功能化(可同时采集和处理多种物理信息)以及超低功耗的方向发展，无线传感节点对供电电源的要求更加苛刻，例如，要求供电电源能够同时提供不同电压等级的供电电压，以满足不同传感器或电路模块的供电电压需求。

在智能车间物联制造执行过程中，结构件的切削变形会产生能量，这部分切削变形能最终会变成结构件表面的热能消耗在结构件表面，增加结构件表面损坏的风险，所以可以使用结构件变形能量采集装置将结构件变形能转化为电能，在减缓结构件变形能对结构件表面损坏的同时，使用微电源将结构件变形能转化的电能收集、存储起来，然后将稳定的电能供给传感器节点等微电子设备。