本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)無(wú)線通信技術(shù)提出了更高的要求，LoRa無(wú)線技術(shù)就是專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的一種無(wú)線通信技術(shù)。另一方面，傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，使傳感器與LoRa融合成一種LoRa傳感裝置成為一個(gè)趨勢(shì)。

LoRa一般采用鋰電池作為電源，但隨著傳感器的加入，LoRa傳感裝置的功耗也隨之增加，鋰電池供電不能保證LoRa傳感裝置壽命，存在電量耗盡而導(dǎo)致LoRa傳感裝置失效的問(wèn)題，功耗問(wèn)題成為L(zhǎng)oRa傳感裝置研究的一個(gè)重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是，克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種壽命更長(zhǎng)的太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:

太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置，包括能量獲取與管理單元、數(shù)字單元和LoRa單元；

所述數(shù)字單元和LoRa單元均與能量獲取與管理單元相連，能量獲取與管理單元用于同時(shí)給數(shù)字單元和LoRa單元提供能量； 數(shù)字單元和LoRa單元相連。

所述數(shù)字單元用于傳感器信息采集、處理及傳輸，將傳感器信息封裝成原始傳感數(shù)據(jù)包，并將原始傳感數(shù)據(jù)包傳輸給LoRa單元；LoRa單元用于接收數(shù)字單元傳輸過(guò)來(lái)的原始傳感數(shù)據(jù)包。LoRa單元采用基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案,傳輸距離可達(dá)15km。

進(jìn)一步，所述的太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置，所述能量獲取與管理單元包括太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容充電器、超級(jí)電容器、LDO線性穩(wěn)壓器、鋰電池、1號(hào)肖特基二極管和2號(hào)肖特基二極管；太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容充電器、LDO線性穩(wěn)壓器、1號(hào)肖特基二極管依次串聯(lián)，超級(jí)電容充電器與超級(jí)電容器相連，1號(hào)肖特基二極管的陰極與2號(hào)肖特基二極管的陰極相連，2號(hào)肖特基二極管的陽(yáng)極與鋰電池相連，1號(hào)肖特基二極管的陰極與2號(hào)肖特基二極管的陰極均與后級(jí)的數(shù)字單元U2相連，1號(hào)肖特基二極管的陰極與2號(hào)肖特基二極管的陰極還均與后級(jí)的LoRa單元U3相連。

所述太陽(yáng)能電池用于從太陽(yáng)光獲取能量，也即將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能；

由于太陽(yáng)光照強(qiáng)度不斷變化，太陽(yáng)能電池輸出的電壓往往不穩(wěn)定。所述超級(jí)電容充電器，用于將太陽(yáng)能獲取的能量存儲(chǔ)到超級(jí)電容器中。超級(jí)電容充電器和超級(jí)電容器聯(lián)合作用，使得太陽(yáng)能電池不穩(wěn)定的電壓輸出在LDO線性穩(wěn)壓器的輸入端趨于穩(wěn)定；

所述LDO線性穩(wěn)壓器將超級(jí)電容器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成與數(shù)字單元和LoRa單元相適應(yīng)的直流電平，不失一般性地，如轉(zhuǎn)化為+3.3V；

所述鋰電池，不失一般性地，如采用+3V的鋰電池；

所述1號(hào)肖特基二極管與2號(hào)肖特基二極管規(guī)格相同，當(dāng)光照較強(qiáng)的環(huán)境下，LDO線性穩(wěn)壓器輸出的電壓大于鋰電池輸出的電壓，1號(hào)肖特基二極管導(dǎo)通，2號(hào)肖特基二極管截止，則太陽(yáng)能電池被接入，進(jìn)而給數(shù)字單元和LoRa單元供電；當(dāng)光照較弱的環(huán)境下，鋰電池輸出的電壓大于LDO線性穩(wěn)壓器輸出的電壓，2號(hào)肖特基二極管導(dǎo)通，1號(hào)肖特基二極管截止，則鋰電池被接入，進(jìn)而給數(shù)字單元和LoRa單元供電。

進(jìn)一步，所述的太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置，所述數(shù)字單元包括MCU和數(shù)據(jù)采集單元。

所述數(shù)據(jù)采集單元包括溫度傳感器、可見光傳感器和加速度傳感器；

所述溫度傳感器用于感知溫度信息，不失一般性的，本發(fā)明中溫度傳感器采用LM94021溫度傳感器芯片，通過(guò)IO口與MCU相連；

所述可見光傳感器用于感知可見光信息，不失一般性的，本發(fā)明中可見光傳感器采用MAX44009可見光傳感器芯片，通過(guò)I²C總線與MCU相連；

所述加速度傳感器用于感知LoRa傳感裝置的加速度情況，不失一般性的，本發(fā)明中加速度傳感器采用三軸加速度傳感器ADXL346芯片，通過(guò)SPI總線與MCU相連。

所述溫度傳感器與MCU相連，可見光傳感器和加速度傳感器均與MCU雙向連接；所述MCU用內(nèi)置ADC采集溫度傳感器產(chǎn)生的溫度信息；所述MCU通過(guò)I²C總線讀取可見光傳感器的可見光信息，同時(shí)也可以通過(guò)I²C總線配置可見光傳感器的中斷使能寄存器、高字節(jié)上限寄存器、高字節(jié)下限寄存器及門限定時(shí)器寄存器等；所述MCU通過(guò)SPI總線讀取加速度傳感器的加速度信息，同時(shí)也可以通過(guò)SPI總線配置加速度傳感器的敲擊閾值寄存器、x軸偏移寄存器、y軸偏移寄存器、z軸偏移寄存器、運(yùn)動(dòng)閾值寄存器、自由落體閾值寄存器、中斷使能寄存器等；所述MCU將溫度信息，可見光信息和加速度信息封裝成原始傳感數(shù)據(jù)包；所述MCU通過(guò)I²C總線向LoRa單元傳輸原始傳感數(shù)據(jù)包。

進(jìn)一步，所述的太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置，所述LoRa單元包括LoRa射頻芯片和射頻天線；數(shù)字單元、能量獲取與管理單元均與LoRa單元的LoRa射頻芯片相連。LoRa射頻芯片和射頻天線相連。

所述LoRa射頻芯片用于接收數(shù)字單元傳輸過(guò)來(lái)的原始傳感數(shù)據(jù)包；所述LoRa單元采用基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案,傳輸距離可達(dá)15km。

本發(fā)明之太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置具有壽命長(zhǎng)，傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可以利用太陽(yáng)能為超級(jí)電容充電，進(jìn)而為L(zhǎng)oRa傳感裝置供電，防止鋰電池電量耗盡而導(dǎo)致LoRa傳感裝置失效。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示實(shí)施例太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的能量獲取與管理單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所示實(shí)施例太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的數(shù)字單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1所示實(shí)施例太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的LoRa單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明之太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置包括能量獲取與管理單元U1、數(shù)字單元U2和LoRa單元U3。

所述數(shù)字單元U2和LoRa單元U3均與能量獲取與管理單元U1相連，能量獲取與管理單元U1用于同時(shí)給數(shù)字單元U2和LoRa單元U3提供能量； 數(shù)字單元U2和LoRa單元U3相連。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明之太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的能量獲取與管理單元U1包括太陽(yáng)能電池U11、超級(jí)電容充電器U12、超級(jí)電容器U13、LDO線性穩(wěn)壓器U14、鋰電池U15、1號(hào)肖特基二極管 U16和2號(hào)肖特基二極管 U17；太陽(yáng)能電池U11、超級(jí)電容充電器U12、LDO線性穩(wěn)壓器U14、1號(hào)肖特基二極管U16依次串聯(lián)，超級(jí)電容充電器U12與超級(jí)電容器U13相連，1號(hào)肖特基二極管U16的陰極與2號(hào)肖特基二極管U17的陰極相連，2號(hào)肖特基二極管U17的陽(yáng)極與鋰電池U15相連，1號(hào)肖特基二極管U16的陰極與2號(hào)肖特基二極管U17的陰極均與后級(jí)的數(shù)字單元U2相連，1號(hào)肖特基二極管U16的陰極與2號(hào)肖特基二極管U17的陰極還均與后級(jí)的LoRa單元U3相連。

所述太陽(yáng)能電池U11用于從太陽(yáng)光獲取能量，也即將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能；

由于太陽(yáng)光照強(qiáng)度不斷變化，太陽(yáng)能電池U11輸出的電壓往往不穩(wěn)定。所述超級(jí)電容充電器U12，用于將太陽(yáng)能獲取的能量存儲(chǔ)到超級(jí)電容器U13中。超級(jí)電容充電器U12和超級(jí)電容器U13聯(lián)合作用，使得太陽(yáng)能電池U11不穩(wěn)定的電壓輸出在LDO線性穩(wěn)壓器U14的輸入端趨于穩(wěn)定；

所述LDO線性穩(wěn)壓器U14將超級(jí)電容器U13輸出的電壓轉(zhuǎn)換成與數(shù)字單元U2和LoRa單元U3相適應(yīng)的直流電平，不失一般性地，本實(shí)施例中轉(zhuǎn)化為+3.3V；

所述鋰電池U15，不失一般性地，本實(shí)施例中采用+3V的鋰電池；

所述1號(hào)肖特基二極管 U16與2號(hào)肖特基二極管U17規(guī)格相同，當(dāng)光照較強(qiáng)的環(huán)境下，LDO線性穩(wěn)壓U14器輸出的電壓大于鋰電池U15輸出的電壓，1號(hào)肖特基二極管 U16導(dǎo)通，2號(hào)肖特基二極管 U17截止，則太陽(yáng)能電池U11被接入，進(jìn)而給對(duì)數(shù)字單元U2和LoRa單元U3供電；當(dāng)光照較弱的環(huán)境下，鋰電池U15輸出的電壓大于LDO線性穩(wěn)壓器U14輸出的電壓，2號(hào)肖特基二極管 U17導(dǎo)通，1號(hào)肖特基二極管 U16截止，則鋰電池U15被接入，進(jìn)而給對(duì)數(shù)字單元U2和LoRa單元U3供電。

參照?qǐng)D3，本發(fā)明之太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的數(shù)字單元U2包括MCU U21，溫度傳感器U22，可見光傳感器U23和加速度傳感器U24；溫度傳感器U22與MCU U21相連；可見光傳感器U23與MCU U21相連；加速度傳感器U24與MCU U21相連。

所述溫度傳感器U22用于感知溫度信息，不失一般性的，本發(fā)明中溫度傳感器采用LM94021溫度傳感器芯片，通過(guò)IO口與MCU U21相連；

所述可見光傳感器U23用于感知可見光信息，不失一般性的，本發(fā)明中可見光傳感器采用MAX44009可見光傳感器芯片，通過(guò)I²C總線與MCU U21相連；

所述加速度傳感器U24用于感知LoRa傳感裝置的加速度情況，不失一般性的，本發(fā)明中加速度傳感器采用三軸加速度傳感器ADXL346芯片，通過(guò)SPI總線與MCU U21相連。

所述MCU U21用內(nèi)置ADC采集溫度傳感器U22產(chǎn)生的溫度信息；所述MCU U21通過(guò)I²C總線讀取可見光傳感器U23的可見光信息，同時(shí)也可以通過(guò)I²C總線配置可見光傳感器U23的中斷使能寄存器、高字節(jié)上限寄存器、高字節(jié)下限寄存器及門限定時(shí)器寄存器等；所述MCU U21通過(guò)SPI總線讀取加速度傳感器U24的加速度信息，同時(shí)也可以通過(guò)SPI總線配置加速度傳感器U24的敲擊閾值寄存器、x軸偏移寄存器、y軸偏移寄存器、z軸偏移寄存器、運(yùn)動(dòng)閾值寄存器、自由落體閾值寄存器、中斷使能寄存器等；所述MCU U21將溫度信息，可見光信息和加速度信息封裝成原始傳感數(shù)據(jù)包；所述MCU通過(guò)I²C總線向LoRa單元U3傳輸原始傳感數(shù)據(jù)包；

所述MCU U21、溫度傳感器U22、可見光傳感器U23、加速度傳感器U24都由能量獲取與管理單元U1提供能量；

所述LoRa單元U3通過(guò)I²C總線與MCU U21相連。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明之太陽(yáng)能輔助供電的LoRa傳感裝置的LoRa單元U3包括LoRa射頻芯片U31和射頻天線U32。射頻芯片U31和射頻天線U32相連，射頻芯片U31用于接收數(shù)字單元U2傳輸過(guò)來(lái)的原始傳感數(shù)據(jù)包；射頻天線U32用于傳輸通信。所述LoRa單元U2采用基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案,傳輸距離可達(dá)15km。