專利名稱：無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源管理系統(tǒng)，尤其是用于無線采集節(jié)點(diǎn)供電的電源管理系統(tǒng)。
技術(shù)背景
無線采集節(jié)點(diǎn)，為了方便在野外使用，一般采取電池供電的方式來提供正常工作所需的電能。電池可以是可充電的鋰電池或聚合物可充電電池，也可以是普通的堿性電池。 或者通過交流適配器接口，或者USB連接器接口獲得電能。供電方式比較單一，一旦電源供電受阻系統(tǒng)將無法運(yùn)行，對于現(xiàn)場采集系統(tǒng)而言很可能造成不可挽回的損失。太陽能作為一種綠色無污染、可再生能源，不僅免費(fèi)而且使用方便，目前使用比較廣泛，不乏在無線采集節(jié)點(diǎn)中使用的案例。在現(xiàn)有的由多電源供電的系統(tǒng)中，往往會出現(xiàn)競爭和沖突，因此在一個系統(tǒng)中存在多種電源供電的情況下，面對不同的電壓如何實(shí)現(xiàn)合理安排，統(tǒng)籌管理是一個及其重要的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，是一種多電源輸入管理系統(tǒng)。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)包括第一電源端、第二電源端、一個電池端，一個太陽能極板端；所述第一電源端和第二電源端連接到電源智能控制模塊，電源智能控制模塊的輸出端連接電壓轉(zhuǎn)換模塊和第一電源選擇模塊；太陽能極板端與第一電源選擇模塊、充電管理模塊、蓄電池的充電端依次相連；電池端為蓄電池的輸出端，蓄電池的輸出端以及所述電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端均連接第二電源選擇模塊; 第一電源端和第二電源端輸入的電源經(jīng)過電源智能控制模塊之后，由一個電源獨(dú)立供電給電壓轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)電源智能控制模塊控制選擇后的電源與太陽能極板電源進(jìn)入第一電源選擇模塊，經(jīng)第一電源選擇模塊選擇的電源經(jīng)過充電管理模塊后供電給蓄電池，蓄電池的輸出電壓和經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的電壓再經(jīng)過第二電源選擇模塊選擇后，最終輸出一路電源提供給無線采集節(jié)點(diǎn)。
所述第一電源端為通過USB連接器供電的電源端，第二電源端為通過交流適配器供電的電源端。
所述電源智能控制模塊包括第一電源接至第一PNP管和第一NPN管的柵極，第二電源接至第一 PNP管源極，第一 PNP管漏極與第一 NPN管的源極相連后接至第二 PNP管柵極、第四PNP管柵極和第二 NPN管柵極，第二 PNP管漏極與第二 NPN管源極相連后接至第三 PNP管的柵極，第三PNP管和第四PNP管漏極接輸出電源。
所述第一電源選擇模塊或第二電源選擇模塊的電路包括PM0S管、第一輸入端、 第二輸入端和輸出端，第一輸入端接PMOS管柵極，第二輸入端接PMOS管漏極，PMOS管源極接輸出端。
所述蓄電池為聚合物蓄電池，能夠由太陽能極板充電。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明是一種多電源管理系統(tǒng)應(yīng)用于無線采集節(jié)點(diǎn)；所提供的電源供給有適配器接口(現(xiàn)有的電源適配器的接口也有做成USB接口形式的)或USB接口， 電池，太陽能。在任何情況下，也能確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。使用本發(fā)明能夠制作出具有低能耗、 性能穩(wěn)定、費(fèi)用低廉的無線采集節(jié)點(diǎn)，并可兼容多種不同的傳感器，可用于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中長時間實(shí)時采集各種物理信息。


圖1是本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖2是電源智能控制模塊電路圖。
圖3是電源選擇模塊電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明包括第一電源端、第二電源端、一個電池端，一個太陽能極板端，分別接圖中的第一電源、第二電源、第三電源、第四電源。所述第一電源端和第二電源端連接到電源智能控制模塊，電源智能控制模塊的輸出端連接電壓轉(zhuǎn)換模塊和第一電源選擇模塊；太陽能極板端與所述第一電源選擇模塊、充電管理模塊、蓄電池的充電端依次相連；電池端為蓄電池的輸出端，蓄電池的輸出端以及所述電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端均連接第二電源選擇模塊；第一電源端和第二電源端輸入的電源經(jīng)過電源智能控制模塊之后，由一個電源獨(dú)立供電給電壓轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)電源智能控制模塊控制選擇后的電源與太陽能極板電源進(jìn)入第一電源選擇模塊，經(jīng)第一電源選擇模塊選擇的電源經(jīng)過充電管理模塊后供電給蓄電池，蓄電池的輸出電壓和經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的電壓再經(jīng)過第二電源選擇模塊選擇后，最終輸出一路電源提供給無線采集節(jié)點(diǎn)工作系統(tǒng)。
本發(fā)明在無線采集系統(tǒng)中采用以下幾種供電途徑USB連接器接口、交流適配器接口、聚合物太陽能充電電池和太陽能極板。
當(dāng)系統(tǒng)需要通過USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，USB連接器所提供的5伏電壓一路給 USB轉(zhuǎn)串行通用異步接口芯片供電，芯片正常工作將USB協(xié)議轉(zhuǎn)換成串行通用協(xié)議，另一路同時供電給電壓轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的3. 3伏電壓。當(dāng)USB 接口沒有連接連接器時，系統(tǒng)通過其它電源供電，此時協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片由于沒有電源供給，故不工作，達(dá)到降低功耗的目的。
通過交流適配器接口供電時，交流適配器直接給電壓轉(zhuǎn)換芯片供電給系統(tǒng)提供穩(wěn)壓源。當(dāng)以上提到的供電方式不便供電時，采用充電鋰電池供電，鋰電池的供電電壓為3 伏，此時直接給后面的系統(tǒng)供電。當(dāng)交流適配器接口或USB接口接通給電壓轉(zhuǎn)換芯片供電時，如此時電池同時接通，則電池供電被切斷，由電壓轉(zhuǎn)換芯片提供給系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的電源。
鋰電池充電管理芯片自動監(jiān)測電池的電壓，如電壓值低于設(shè)定值，需要給充電電池充電。鋰電池充電管理芯片監(jiān)測供電端口，如適配器接口或USB接口接通，由適配器接口或USB接口給電池充電；如適配器接口或USB接口沒有接通，由太陽能極板給電池充電。
如圖2所示，所述電源智能控制模塊的電路包括兩個NPN個管、四個PNP管。第一PNP管PNPl與第一 NPN管NPm串聯(lián)，第二 PNP管PNP2與第二 NPN管NPN2串聯(lián)，第三PNP 管PNP3與第四PNP管PNP4并聯(lián)。
具體為第一電源接至第一 PNP管PNPl和第一 NPN管NPm的柵極，第二電源接至第一 PNP管PNPl源極，第一 PNP管PNPl漏極與第一 NPN管NPm的源極相連后接至第二 PNP管PNP2柵極、第四PNP管PNP4柵極和第二 NPN管NPN2柵極，第二 PNP管PNP2漏極與第二 NPN管NPN2源極相連后接至第三PNP管PNP3的柵極，第三PNP管PNP3和第四PNP管 PNP4漏極接輸出電源。
第一電源為通過USB接口輸入的電源，第二電源為通過電源適配器提供的電源。 第一電源接通，第二電源未通時，第一 PNP管PNPl導(dǎo)通，A點(diǎn)電壓等于第二電源為零，第四 PNP管PNP4導(dǎo)通，C點(diǎn)輸出電壓為第一電源。第一電源、第二電源同時接通時，第一 PNP管 PNPl關(guān)閉，A點(diǎn)電壓為零，第二 PNP管PNP2導(dǎo)通，B點(diǎn)輸出電壓為第二電源，此時第三PNP 管PNP3關(guān)閉，而第四PNP管PNP4導(dǎo)通，C點(diǎn)輸出電壓為第一電源。第一電源未通，第二電源接通時，第一 PNP管PNPl導(dǎo)通，A點(diǎn)電壓等于第二電源，第二 PNP管PNP2關(guān)閉，B點(diǎn)輸出電壓為零，此時第三PNP管PNP3導(dǎo)通，而第四PNP管PNP4關(guān)閉，C點(diǎn)輸出電壓為第二電源。 第一電源具有優(yōu)先權(quán)。
如圖3所示，所述第一電源選擇模塊、第二電源選擇模塊的電路包括PM0S管P1、 第一輸入端Vinl、第二輸入端Vin2和輸出端Vout，第一輸入端Vinl接PMOS管Pl柵極，第二輸入端Vin2接PMOS管Pl漏極，PMOS管Pl源極接輸出端Vout。
第一輸入端Vinl的電壓為零時，PMOS管Pl導(dǎo)通，第二輸入端Vin2的電壓通過 PMOS管輸出；第一輸入端Vinl接通，PMOS管Pl關(guān)閉，第一輸入端Vinl的電壓通過Pl管輸出ο
PMOS管Pl另一個作用是用來阻止電流從第一輸入電源Vinl流入第二輸入電源 Vin2,肖特基二極管Dl可防止第二輸入端Vin2的電壓通過IK電阻消耗能量。當(dāng)同時使用兩種電源時，第一輸入端Vinl的電源具有優(yōu)先權(quán)。
第一電源選擇模塊中第一輸入端Vinl接入由電源智能控制模塊輸出的電源，第二輸入端Vin2接第三電源，第三電源是通過太陽能極板提供的電源。第二電源選擇模塊中，第一輸入端Vinl為電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的電源，第二輸入端Vin2接入第四電源即通過蓄電池提供的電源。
充電管理模塊采用電源管理芯片對電池電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)電壓低于某一特定值時，即讓輸入電源通過開始充電，電源電壓達(dá)到限定值超過一段時間后即斷開電源，防止電池過充，起到保護(hù)電池的作用。
權(quán)利要求
1.一種無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，其特征在于包括第一電源端、第二電源端、一個電池端，一個太陽能極板端；所述第一電源端和第二電源端連接到電源智能控制模塊，電源智能控制模塊的輸出端連接電壓轉(zhuǎn)換模塊和第一電源選擇模塊；太陽能極板端與第一電源選擇模塊、充電管理模塊、蓄電池的充電端依次相連；電池端為蓄電池的輸出端，蓄電池的輸出端以及所述電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端均連接第二電源選擇模塊；第一電源端和第二電源端輸入的電源經(jīng)過電源智能控制模塊之后，由一個電源獨(dú)立供電給電壓轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)電源智能控制模塊控制選擇后的電源與太陽能極板電源進(jìn)入第一電源選擇模塊，經(jīng)第一電源選擇模塊選擇的電源經(jīng)過充電管理模塊后供電給蓄電池，蓄電池的輸出電壓和經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的電壓再經(jīng)過第二電源選擇模塊選擇后，最終輸出一路電源提供給無線采集節(jié)點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，其特征是，所述第一電源端為通過USB連接器供電的電源端，第二電源端為通過交流適配器供電的電源端。
3.如權(quán)利要求1所述無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，其特征是，所述電源智能控制模塊包括第一電源接至第一 PNP管(PNPl)和第一 NPN管(NPm)的柵極，第二電源接至第一 PNP管(PNPl)源極，第一 PNP管(PNPl)漏極與第一 NPN管(NPm)的源極相連后接至第二 PNP管(PNP2 )柵極、第四PNP管(PNP4)柵極和第二 NPN管(NPN2 )柵極，第二 PNP管(PNP2 ) 漏極與第二 NPN管(NPN2)源極相連后接至第三PNP管(PNP3)的柵極，第三PNP管(PNP3) 和第四PNP管(PNP4)漏極接輸出電源。
4.如權(quán)利要求1所述無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，其特征是，所述第一電源選擇模塊或第二電源選擇模塊的電路包括=PMOS管(P1)、第一輸入端(Vinl)、第二輸入端(Vin2) 和輸出端(Vout)，第一輸入端(Vinl)接PMOS管(Pl)柵極，第二輸入端(Vin2)接PMOS管 (Pl)漏極，PMOS管(Pl)源極接輸出端(Vout)。
5.如權(quán)利要求1所述無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，其特征是所述蓄電池為聚合物蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于無線采集節(jié)點(diǎn)的電源管理系統(tǒng)，包括第一電源端、第二電源端、一個電池端，一個太陽能極板端；第一電源端和第二電源端連接到電源智能控制模塊，電源智能控制模塊的輸出端連接電壓轉(zhuǎn)換模塊和第一電源選擇模塊；太陽能極板端與第一電源選擇模塊、充電管理模塊、蓄電池的充電端依次相連；電池端為蓄電池的輸出端，蓄電池的輸出端以及所述電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端均連接第二電源選擇模塊。其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的電源供給有適配器接口或USB接口、電池、太陽能。在任何情況下，都能確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。使用本發(fā)明設(shè)計出的無線采集節(jié)點(diǎn)功耗低，節(jié)能環(huán)保且可兼容多種不同的傳感器，可用于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中長時間實(shí)時采集各種物理信息。
文檔編號H02J9/06GK102497007SQ20111038702
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者萬書芹, 于宗光, 虞致國, 錢宏文, 陳子逢, 魏斌, 黃召軍, 黃嵩人 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所