一种无线传感器的混合能量收集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种无线传感器的混合能量收集装置，本装置包括太阳能和风能收集子系统，还有中心处理器、PWM和储能电容。中心处理器控制两个子系统，收集的太阳能和风能存储于储能电容，为无线传感器节点供电。其运行方法为光伏电池和风力发电机分别将太阳能和风能转换为电能，分别存于太阳能存储模块和风能存储模块，所存电能达到最大，输出至储能电容。同时中心处理器根据光伏电池输出电压使光伏电池工作于最大功率点，同时中心处理器根据风力发电机的当前功率调整风力发电机转速，使风力发电机工作于最大功率点。本实用新型专利技术同时收集光能和风能，为无线传感器网络提供能源，持续可靠工作。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器的混合能量收集装置
本技术属于无线传感
，具体涉及一种无线传感器的混合能量收集装置。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展，微机电系统，片上系统，无线通信和低功耗嵌入式的普及，无线传感器网络的应用范围变得越来越广泛。能源是无线传感器网络所必需的,也成为无线传感器网络的研究的核心问题之一。现有的无线传感器能量收集方式均为单一方式，如有些方案是用光伏电池收集太阳能为无线传感器节点供电，另一些方案则是用风力发电机收集风能供电。为了让无线传感器网络持续正常工作，就需要采取有效的方法源源不断地为各节点供应能量。目前的无线传感器供电装置只能由单一的某种环境能源收集能量，当节点所处环境的此能源缺乏(如夜间光伏电池只能停止工作)，该节点就无法不停顿地可靠工作。我们生活的环境中存在大量的形式各样的能源。例如风能和太阳能是人类较早利用的可再生能源，同时也是地球上最为丰富的自然能源。全世界风能资源总量达到了全年2×1012kw，而太阳每秒钟照射到地球的能量相当于500万吨煤的能量供给。不同的环境条件下自然能源存在的情况不同，如果节点能在其当前所处的环境中从不同的自然能源中收集获得所需的能量，即可最大程度地保证节点长期稳定工作。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种无线传感器的混合能量收集装置，包括太阳能收集子系统和风能收集子系统，还有中心处理器、脉冲宽度调制器(PWM)和储能电容。中心处理器控制太阳能收集子系统和风能收集子系统，收集的太阳能和风能存储于储能电容为无线传感器节点供电。同时中心处理器根据光伏电池的输出电压使光伏电池工作于最大功率点。风力发电机收集到的风能转换为电能储存于风能存储模块中。当风能存储模块所存能量达到最大，输出至储能电容储存。同时中心处理器根据风力发电机的当前功率调整风力发电机转速，使风力发电机工作于最大功率点。本技术设计的一种无线传感器的混合能量收集装置，包括太阳能收集子系统和风能收集子系统，还有中心处理器、脉冲宽度调制器(PWM)和储能电容。所述风能收集子系统包括风力发电机、整流器、升压变换器、风能储存器，风力发电机输出端安装有电流传感器、电压传感器和转速传感器，电流传感器、电压传感器和转速传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器连接风力发电机控制其转速，风力发电机输出的电能经过整流器和升压变换器接入风能存储模块，风能存储模块经风能二极管接入储能电容。当所述风能存储模块收集的能量达到最大值，风能二极管导通，风能存储模块内的能量输出至储能电容储存；所述太阳能收集子系统包括光伏电池、具有MPPT(MaximumPowerPointTracking最大功率点跟踪)的升压变换器和太阳能存储模块；光伏电池输出端安装有光伏电池电压传感器，光伏电池电压传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器连接具有MPPT的升压变换器控制光伏电池的输出电压，光伏电池输出的电能经过具有MPPT的升压变换器接入太阳能存储模块，太阳能存储模块再经太阳能二极管接入储能电容。当所述太阳能存储模块收集的能量达到阈值，太阳能二极管导通，太阳能存储模块内的能量输出至储能电容储存。所述储能电容连接可充电的锂电池，最终本能量收集装置多余的能量存储于可充电锂电池。本技术设计的一种无线传感器的混合能量收集装置运行时所述无线传感器的混合能量收集装置与无线传感器网络的某个节点安置于某固定点。当本装置的安装点有光时太阳能收集子系统工作，光伏电池将太阳光的能量转换为电能储存于太阳能存储模块中。当太阳能存贮模块所存贮的电能达到其最大值时，太阳能二极管导通，太阳能存贮模块存贮的电能输出至储能电容储存。同时中心处理器根据光伏电池的输出电压获得对光伏电池的控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器控制调整光伏电池的工作点电压，使光伏电池工作于最大功率点。当本装置的安装点有风时风能收集子系统工作，其中的风力发电机收集到的风能转换为电能储存于风能存储模块中。当所述风能存储模块收集的能量达到其最大值，风能二极管导通，风能存储模块内的能量输出至储能电容储存。同时中心处理器根据风力发电机的当前功率获得风力发电机参考转速，控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器控制风力发电机转速，使风力发电机工作于最大功率点。当所述储能电容连接可充电锂电池，所述储能电容的电能达到临界最大值时，向可充电锂电池充电，多余的能量存储于可充电锂电池。与现有技术相比，本技术一种无线传感器的混合能量收集装置的优点为：1、本装置使无线传感器能同时收集环境中最普遍存在的光能和风能，并均转换成电能存储于储能电容，解决无线传感器网络能源供应，尽最大可能保证无线传感器网络持续正常可靠工作；2、中心处理器控制调整光伏电池的输出电压，使光伏电池工作于最大功率点；3、中心处理器只需根据当前风力发电机的输出功率和电机转速，即可调节风力发电机转速，使其工作于最大功率点；4、本技术结构简单，控制方便，易于推广应用。附图说明图1为本无线传感器的混合能量收集装置实施例结构示意图。具体实施方式下面根据实施例和其附图进一步详细描述本技术方案。所述的示例在附图中示出，以下的实施例和参考附图的描述是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。本无线传感器的混合能量收集装置实施例如图1所示，包括太阳能收集子系统和风能收集子系统，还有中心处理器、脉冲宽度调制器(PWM)和储能电容。本例的中心处理器为MSP430芯片。本例风能收集子系统包括风力发电机、整流器、升压变换器、风能储存器，风力发电机输出端安装有电流传感器、电压传感器和转速传感器，电流传感器、电压传感器和转速传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器PWM，脉冲宽度调制器连接风力发电机控制其转速，风力发电机输出的电能经过整流器和升压变换器接入风能存储模块，风能存储模块经风能二极管接入储能电容。本例太阳能收集子系统包括光伏电池、具有MPPT(MaximumPowerPointTracking最大功率点跟踪)的升压变换器和太阳能存储模块；光伏电池输出端安装有光伏电池电压传感器，光伏电池电压传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器PWM，脉冲宽度调制器连接具有MPPT的升压变换器控制光伏电池的输出电压，光伏电池输出的电能经过具有MPPT的升压变换器接入太阳能存储模块，太阳能存储模块再经太阳能二极管接入储能电容。当所述太阳能存储模块收集的能量达到阈值，太阳能二极管导通，太阳能存储模块内的能量输出至储能电容储存。本例储能电容连接可充电的锂电池，最终本能量收集装置多余的能量存储于锂电池。上述实施例，仅为对本技术的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本技术并非限定于此。凡在本技术的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器的混合能量收集装置，包括太阳能收集子系统和风能收集子系统，其特征在于：还有中心处理器、脉冲宽度调制器和储能电容；所述风能收集子系统包括风力发电机、整流器、升压变换器、风能储存器，风力发电机输出端安装有电流传感器、电压传感器和转速传感器，电流传感器、电压传感器和转速传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器连接风力发电机控制其转速，风力发电机输出的电能经过整流器和升压变换器接入风能存储模块，风能存储模块经风能二极管接入储能电容；所述太阳能收集子系统包括光伏电池、具有MPPT的升压变换器和太阳能存储模块；光伏电池输出端安装有光伏电池电压传感器，光伏电池电压传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器连接具有MPPT的升压变换器控制光伏电池的输出电压，光伏电池输出的电能经过具有MPPT的升压变换器接入太阳能存储模块，太阳能存储模块再经太阳能二极管接入储能电容。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器的混合能量收集装置，包括太阳能收集子系统和风能收集子系统，其特征在于：还有中心处理器、脉冲宽度调制器和储能电容；所述风能收集子系统包括风力发电机、整流器、升压变换器、风能储存器，风力发电机输出端安装有电流传感器、电压传感器和转速传感器，电流传感器、电压传感器和转速传感器的输出信号线接入中心处理器的信号输入端，中心处理器的控制信号接入脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器连接风力发电机控制其转速，风力发电机输出的电能经过整流器和升压变换器接入风能存储模块，风能存储模块经风能二极管接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：何华光，刘人彰，叶进，李陶深，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：新型
国别省市：广西,45