WSN节点的微能量收集系统技术方案

本发明专利技术提供一种WSN节点的微能量收集系统，它包括微能量收集模块、超级电容储能模块和电源管理模块。微能量收集模块包括太阳能收集模块、热能收集模块、振动能收集模块、电磁能收集模块，它们的输出端分别连接超级电容储能模块。太阳能收集模块用于收集并将太阳能转换为电能输出；热能收集模块用于收集并将热能转换为电能输出；振动能收集模块用于收集并将振动能转换为电能输出；电磁能收集模块用于收集并将电磁能转换为电能输出。上述微能量收集模块分别将太阳能、温差能、振动能和电磁能转化为合适的直流电压（电能）存储进超级电容储能模块。电源管理模块监测管理超级电容储能模块输出的电能，为WSN节点提供稳定的工作电压。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种WSN节点的微能量收集系统，它包括微能量收集模块、超级电容储能模块和电源管理模块。微能量收集模块包括太阳能收集模块、热能收集模块、振动能收集模块、电磁能收集模块，它们的输出端分别连接超级电容储能模块。太阳能收集模块用于收集并将太阳能转换为电能输出；热能收集模块用于收集并将热能转换为电能输出；振动能收集模块用于收集并将振动能转换为电能输出；电磁能收集模块用于收集并将电磁能转换为电能输出。上述微能量收集模块分别将太阳能、温差能、振动能和电磁能转化为合适的直流电压（电能）存储进超级电容储能模块。电源管理模块监测管理超级电容储能模块输出的电能，为WSN节点提供稳定的工作电压。【专利说明】WSN节点的微能量收集系统
本专利技术涉及能量收集转换领域，尤其是一种用于无线传感器网络节点的微能量收集系统。
技术介绍
当前微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了 WSN (无线传感器网络)的快速发展。WSN以其低成本、体积小、扩展性强和低能耗等优点，可广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监测、城市交通等领域。无线传感器网络是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变了人类与自然界的交互方式。人们可以通过WSN直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。外界环境的存在的能量包括太阳能、热能、振动能和电磁能等，其中太阳能电池可获得的太阳能的能量为数百mW/cm2，温差电池获得的热能在数十PW/cm2数量级，压电器件获得的振动能在数百KW/cm2，来自天线的RF能量在数百pW/cm2数量级。太阳能只能在白天才能收集，而晚上可以通过收集热能、振动能和电磁能获得电能，补充能量的供给。另一方面低功耗元器件的快速发展，促进了 WSN节点越来越低功耗，为微能量供电系统的实用性奠定了一定的基础。锂电池和超级电容是目前可循环利用的主要储能元件。锂电池的充放电次数较少，寿命短和工作温度范围较小。传统的WSN节点主要采用干电池或锂电池供电，需要定期的更换电池或充电，会造成巨大的时间浪费和人工成本，不适合大规模应用WSN，也从根本上限制了 WSN节点的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种WSN节点的微能量收集系统，能够收集外界环境中存在的多种微能量，使得WSN节点的供电时间延长；同时采用超级电容作为储能单元，可频繁充放电，延长WSN节点的使用寿命。本专利技术采用的技术方案是: 一种WSN节点的微能量收集系统，包括: 太阳能收集模块，收集并将太阳能转换为电能输出； 热能收集模块，收集并将热能转换为电能输出； 振动能收集模块，收集并将振动能转换为电能输出； 电磁能收集模块，收集并将电磁能转换为电能输出； 超级电容储能模块，分别与太阳能收集模块、热能收集模块、振动能收集模块、电磁能收集模块的输出端连接，存储上述微能量收集模块输出的电能； 电源管理模块，输入端与超级电容储能模块连接，输出端连接WSN节点，使得超级电容储能模块的电压达到或超过电压上阈值时，供电给WSN节点，超级电容储能模块的电压低于电压下阈值时，停止给WSN节点供电。进一步地，所述太阳能收集模块包括太阳能电池、第一 DC/DC转换电路、防倒流二极管Dl ;太阳能电池的输出端连接第一 DC/DC转换电路的输入端，第一 DC/DC转换电路的输出端连接防倒流二极管Dl的阳极，防倒流二极管Dl的阴极连接超级电容储能模块。进一步地，所述热能收集模块包括温差电池、电容C2、第二 DC/DC转换电路、防倒流二极管D2 ;温差电池的输出端连接电容C2的一端和第二 DC/DC转换电路的输入端，电容C2的另一端接地，第二 DC/DC转换电路的输出端连接防倒流二极管D2的阳极，防倒流二极管D2的阴极连接超级电容储能模块。电容C2为小容量超级电容，容量取值为I?3F。进一步地，所述振动能收集模块包括悬臂梁压电陶瓷、电容C3、第三DC/DC转换电路、防倒流二极管D3 ;悬臂梁压电陶瓷的输出端连接电容C3的一端和第三DC/DC转换电路的输入端，电容C3的另一端接地，第三DC/DC转换电路的输出端连接防倒流二极管D3的阳极，防倒流二极管D3的阴极连接超级电容储能模块。电容C3为小容量超级电容，容量取值为I?3F。进一步地，所述电磁能收集模块包括收集线圈、电容C4、第四DC/DC转换电路、防倒流二极管D4 ;收集线圈的输出端连接电容C4的一端和第四DC/DC转换电路的输入端，电容C4的另一端接地，第四DC/DC转换电路的输出端连接防倒流二极管D4的阳极，防倒流二极管D4的阴极连接超级电容储能模块。电容C4为小容量超级电容，容量取值为I?3F。进一步地，电源管理模块包括电压判断电路和稳压电路；电压判断电路的输入端连接超级电容储能模块，输出端连接稳压电路的输入端；稳压电路的输出端连接WSN节点； 电压判断电路，包括电压监测芯片U1，U1的型号为CN1185，电压监测芯片Ul的VDD端接超级电容储能模块、二极管D5的阳极、二极管D6的阳极、电阻R8的一端；电阻Rl、R2、R3、R4串联，该串联支路的电阻Rl的那一端接超级电容储能模块，该串联支路的电阻R4的那一端接地；电阻Rl和R2连接的节点接电压监测芯片Ul的INl端，电阻R2和R3连接的节点接电压监测芯片Ul的IN2端，电阻R3和R4连接的节点接电压监测芯片Ul的IN3端，电压监测芯片Ul的IN4端接地；电压监测芯片Ul的GND端接地；电压监测芯片Ul的OUTl端接NMOS管Ql的源极，NMOS管Ql的漏极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接二极管D5的阴极，并作为电压判断电路的输出端用于连接稳压电路；NM0S管Ql的栅极接电阻R8的另一端和电压监测芯片Ul的0UT3端；电压监测芯片Ul的0UT2端通过电阻R7接二极管D6的阴极。本专利技术的优点在于:可同时获得环境的太阳能、热能、振动能和电磁能等微能量，白天可主要依靠太阳能供电，晚上可以利用热能、振动能和电磁能弥补太阳能的不足，实现24小时能量供给的不间断，保证WSN节点可以长期稳定工作，充分利用了外界环境的存在的微能量；用超级电容作储能单元，可频繁充放电，延长WSN节点的使用寿命。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的具体电原理图。图3为本专利技术的电压判断电路原理图。【具体实施方式】下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示: 本专利技术所提供的WSN节点的微能量收集系统，它包括微能量收集模块、超级电容储能模块和电源管理模块。微能量收集模块包括太阳能收集模块、热能收集模块、振动能收集模±夹、电磁能收集模块，它们的输出端分别连接超级电容储能模块。太阳能收集模块用于收集并将太阳能转换为电能输出；热能收集模块用于收集并将热能转换为电能输出；振动能收集模块用于收集并将振动能转换为电能输出；电磁能收集模块用于收集并将电磁能转换为电能输出。上述微能量收集模块分别将太阳能、温差能(热能)、振动能和RF能(电磁能)转化为合适的直流电压(电能)存储进超级电容储能模块。电源管理模块监测管理超级电容储能模块输出的电能，为WSN节点提供稳定的工作电压，具体来说，电源管理模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李秘，丁时栋，李贵柯，赵柏秦，吴南健，
申请(专利权)人：无锡中科智联科技研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：