專利名稱：無線傳感器供電的弱光伏電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種弱光伏電池模塊，特別涉及一種為無線傳感器來供電的弱光伏太陽能電池模塊。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗問題是其普遍應(yīng)用必須解決的首要問題。在工業(yè)環(huán)境中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般由大量位置基本固定的傳感器節(jié)點構(gòu)成，節(jié)點體積小、成本低，節(jié)點的供電、計算和存儲能力非常有限，并且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點往往布置在一些特殊區(qū)域，在應(yīng)用中很難頻繁更換電池。因此，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中除考慮QoS外，更為重要的是如何節(jié)省能量以便延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和電源供電的全無線目標。顯然，最大限度地降低儀表的功耗，是無線儀表開發(fā)的核心問題之一。只有真正低功耗的無線變送器才能真正實現(xiàn)免維護的長時間工作。一般WSN低功耗的實現(xiàn)，涉及到多方面的因素，包括無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的低功耗設(shè)計(如降低無線發(fā)射的占空比、全網(wǎng)無線節(jié)點的同步休眠和喚醒等等)，牽涉整個系統(tǒng)的采樣頻率、終端節(jié)點中傳感器部分的低功耗設(shè)計以及射頻部分的低功耗設(shè)計等。無線變送器的低功耗設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化管理以及應(yīng)用優(yōu)化是保證整個無線系統(tǒng)達到低功耗的三個不可或缺的方面。此外，充分采用利用環(huán)境條件(如機械振動、溫差、光照、PH值差等)的超低功率 (ULP, ultra-low power)發(fā)電措施，向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點供電，也是近年來WSN發(fā)展研究的一個熱點。據(jù)估計，利用工業(yè)中振動或運動所產(chǎn)生的電能約為IOOyW /cm2，利用工業(yè)中的溫差所產(chǎn)生的電能約為1 一IOmW/ cm2，利用室外光照所產(chǎn)生的電能約為IOmW/ cm2，利用室內(nèi)光照所產(chǎn)生的電能約為IOyW/ cm2。在實際工業(yè)環(huán)境下，在室內(nèi)利用弱光光伏電池向低功耗的無線傳感器節(jié)點供電，是一條相當(dāng)顯示可行的技術(shù)措施。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點的能耗大的問題，提出了一種無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，利用弱光光伏電池向低功耗的無線傳感器節(jié)點供電，節(jié)省能量以便延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。本實用新型的技術(shù)方案為一種無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，包括弱光光電傳感器、電壓放大電路、充電控制電路，電源管理電路、充電電池組、輸入輸出電路，弱光光電傳感器接收室內(nèi)光照通過能量轉(zhuǎn)換將光能轉(zhuǎn)換成電能通過電壓放大電路放大后送入充電控制電路，充電控制電路在電源管理電路的能源管理控制下來對充電電池組進行能量的存儲，并通過輸出輸入電路將充電電池組電量給無線傳感器供電。所述電源管理電路接收無線傳感器的的I/O線控制信號和弱光光電傳感器輸出信號，經(jīng)過處理后輸出控制信號到充電控制電路控制充電。所述充電電池組分別為兩個50 μ Ah的充電電池。本實用新型的有益效果在于本實用新型無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，利用室內(nèi)光照所產(chǎn)生的電能約為IOyW/ cm2。在實際工業(yè)環(huán)境下，在室內(nèi)利用弱光光伏電池向低功耗的無線傳感器節(jié)點供電，實現(xiàn)利用環(huán)境條件的超低功率發(fā)電措施來維持無線傳感器的正常工作，保證傳感器射頻通訊的性能，保證通訊的距離和通訊質(zhì)量。

圖1為本實用新型無線傳感器供電的弱光伏電池模塊原理框圖；圖2為本實用新型無線傳感器供電的弱光伏電池模塊中的電源管理電路的原理圖；圖3為本實用新型無線傳感器供電的弱光伏電池模塊中的供電接口的原理圖。
具體實施方式
如圖1所示弱光伏電池模塊的原理框圖，弱光伏電池模塊包括弱光光電傳感器、 電壓放大電路、充電控制電路，電源管理電路、充電電池組、輸入輸出電路。弱光光電傳感器接收室內(nèi)光照通過能量轉(zhuǎn)換將光能轉(zhuǎn)換成電能通過電壓放大電路放大后送入充電控制電路，充電控制電路在電源管理電路的能源管理控制下來對充電電池組進行能量的存儲，并通過輸出輸入電路將充電電池組電量給無線傳感器供電。如圖2所示為弱光伏電源管理電路原理圖，其中有兩個信號接口非常重要，第一個CHARGE是控制輸出線，在兩種情況下輸出低電平一是當(dāng)傳感器的輸出量特別低的時候，它為低電平用來指示電池已經(jīng)充滿，兩個充電電池分別為50yAh，一共IOOyAh的容量；二當(dāng)傳感器輸出量足夠供應(yīng)電池充電時，不管電池的充電狀態(tài)如何輸出低電平。該管腳可以通過高電平告訴MCU電能的總量不夠用。第二個是BATOFF控制輸入管腳，被無線傳感器的的I/O線控制，當(dāng)傳感器的輸出量非常低或者載荷非常高的時候，該管腳會為高電平的時候，將弱光伏充電電池和供電端口斷開，這時所有的其他的電源都可以用來供應(yīng)載荷。 低電平的時候太能電池正常供電。如圖3所示為弱光伏模塊的供電接口的原理圖，其Jl、J5接口為弱光伏模塊與無線傳感器的中央處理主芯片接口。其中Jl的6腳與J5的1腳相連是無線傳感器的中央處理主芯片用來接受弱光伏電池模塊的電能狀態(tài)信號的；其中Jl的1腳與J5的2腳相連是無線傳感器的中央處理主芯片用來控制弱光伏電池模塊的通斷控制的；其中Jl的5腳與 J5的5腳相連是無線傳感器的用來接受弱光伏電池模塊提供的的3. 5VDC電壓輸出；其中 Jl的2腳與J5的4腳相連并接地；其中J5的3腳用來接受弱光伏電池組電壓信號。弱光伏電池組VCAP電壓初始值輸出通過使用普通的低通RC濾波器C2，可以過濾的平均電壓，獲得一個線性輸出V0UT，從而保證輸出電壓線性度。
權(quán)利要求1.一種無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，其特征在于，包括弱光光電傳感器、電壓放大電路、充電控制電路，電源管理電路、充電電池組、輸入輸出電路，弱光光電傳感器接收室內(nèi)光照通過能量轉(zhuǎn)換將光能轉(zhuǎn)換成電能通過電壓放大電路放大后送入充電控制電路，充電控制電路在電源管理電路的能源管理控制下來對充電電池組進行能量的存儲，并通過輸出輸入電路將充電電池組電量給無線傳感器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，其特征在于，所述電源管理電路接收無線傳感器的的I/O線控制信號和弱光光電傳感器輸出信號，經(jīng)過處理后輸出控制信號到充電控制電路控制充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，其特征在于，所述充電電池組分別為兩個50 μ Ah的充電電池。
專利摘要本實用新型涉及一種無線傳感器供電的弱光伏電池模塊，弱光光電傳感器接收室內(nèi)光照通過能量轉(zhuǎn)換將光能轉(zhuǎn)換成電能通過電壓放大電路放大后送入充電控制電路，充電控制電路在電源管理電路的能源管理控制下來對充電電池組進行能量的存儲，并通過輸出輸入電路將充電電池組電量給無線傳感器供電。利用室內(nèi)光照所產(chǎn)生的電能約為10μW/cm2。在實際工業(yè)環(huán)境下，在室內(nèi)利用弱光光伏電池向低功耗的無線傳感器節(jié)點供電，實現(xiàn)利用環(huán)境條件的超低功率發(fā)電措施來維持無線傳感器的正常工作，保證傳感器射頻通訊的性能，保證通訊的距離和通訊質(zhì)量。
文檔編號H02J7/00GK201947004SQ201020670518
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者卞愛民, 彭瑜, 林琦彬, 涂煊, 鄭麗國 申請人:上海工業(yè)自動化儀表研究院