传感器网络自供电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种传感器网络自供电系统，包括能量转换器、开关电感式整流电路、直流充电电路、第一电容、超级电容、电压检测电路、逻辑判断电路和电子开关切换电路，能量转换器连接开关电感式整流电路，开关电感式整流电路连接直流充电电路，直流充电电路连接第一电容、超级电容、逻辑判断电路和电子开关切换电路，电压检测电路连接传感器网络和逻辑判断电路，逻辑判断电路连接电子开关切换电路，电子开关切换电路连接第一电容和超级电容，第一电容和超级电容连接传感器网络；通过采集传感器网络周围的振动能量转化为电能，根据传感器网络中所需的电流控制电子开关切换电路在第一电容和超级电容之间进行切换进行供电，无需更换电池设备，高效节能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器供电领域，特别是涉及一种传感器网络自供电系统。
技术介绍
由于人类的发展过度消耗地球的化石能源，全世界都面临着能源短缺和环境恶化的问题，在此背景下，可再生能源和清洁能源技术备受关注。诸如与太阳能、风能、振动能和热能等相关的家电设备和技术都得到了很大的发展，但清洁能源技术在无线传感器领域还是一门新兴技术。随着人类社会的发展，人们的日常生活越来越离不开传感器网络，而传统的传感器大多都还是使用不可再生的普通的化学电池，每年为这些设备更换电源要花费很多资源和资金，而且还可能造成环境污染等问题。另外，有部分传感器被安放在人烟稀少或者极端环境的地区，为这些地区的传感器更换电源无疑会给技术工人增加不少难度和安全隐患。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种无需使用电池的传感器网络自供电系统。一种传感器网络自供电系统，包括能量转换器、开关电感式整流电路、直流充电电路、第一电容、超级电容、电压检测电路、逻辑判断电路和电子开关切换电路，所述能量转换器连接所述开关电感式整流电路，所述开关电感式整流电路连接所述直流充电电路，所述直流充电电路连接所述第一电容、所述超级电容、所述逻辑判断电路和所述电子开关切换电路，所述电压检测电路连接所述传感器网络和所述逻辑判断电路，所述逻辑判断电路连接所述电子开关切换电路，所述电子开关切换电路连接所述第一电容和所述超级电容，所述第一电容和所述超级电容连接传感器网络；所述能量转换器用于将获取的振动能量转化为交流脉冲电能并输出至所述开关电感式整流电路；所述开关电感式整流电路用于对所述交流脉冲电能进行整流得到直流电并输出至所述直流充电电路；所述直流充电电路用于对所述直流电进行升压，将升压后的直流电存储至所述第一电容和所述超级电容；所述电压检测电路用于检测所述传感器网络所需电流的大小，所述逻辑判断电路用于根据所述电压检测电路检测的所述传感器网络所需电流的大小，控制所述电子开关切换电路在所述第一电容和所述超级电容间进行切换给所述传感器网络供电。上述传感器网络自供电系统，通过能量转换器将获取的振动能量转化为交流脉冲电能，开关电感式整流电路将交流脉冲电能转化为直流电，直流充电电路用于将微弱的直流电升压到传感器网络的需求电压，将电能存储到第一电容和超级电容中，电压检测电路检测传感器网络的电流大小，并传输至逻辑判断电路，逻辑判断电路根据传感器网络中电流的大小控制电子开关切换电路在第一电容和超级电容之间进行切换给传感器网络进行供电，通过采集传感器网络周围的振动能量为其提供工作电源，节约资源和成本，无需更换电池设备，高效节能。附图说明图1为一实施例中传感器网络自供电系统的结构示意图；图2为一实施例中八木天线型压电陶瓷悬臂梁结构的俯视图；图3为一实施例中八木天线型压电陶瓷悬臂梁结构的仰视图；图4为一实施例中八木天线型压电陶瓷悬臂梁结构的侧视图；图5为一实施例中开关电感式整流电路的原理图；图6为一实施例中直流充电电路、第一电容和超级电容的原理图；图7为一实施例中电压检测电路、逻辑判断电路和电子开关切换电路的原理图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。在一个实施例中，如图1所示，一种传感器网络自供电系统，包括能量转换器110、开关电感式整流电路120、直流充电电路130、第一电容C1、超级电容C5、电压检测电路140、逻辑判断电路150和电子开关切换电路160，能量转换器110连接开关电感式整流电路120，开关电感式整流电路120连接直流充电电路130，直流充电电路130连接第一电容C1、超级电容C5、逻辑判断电路150和电子开关切换电路160，电压检测电路140连接传感器网络和逻辑判断电路150，逻辑判断电路150连接电子开关切换电路160，电子开关切换电路160连接第一电容C1和超级电容C5，第一电容C1和超级电容C5连接传感器网络；能量转换器110用于将获取的振动能量转化为交流脉冲电能并输出至开关电感式整流电路120；开关电感式整流电路120用于对交流脉冲电能进行整流得到直流电并输出至直流充电电路130；直流充电电路130用于对直流电进行升压，将升压后的直流电存储至第一电容C1和超级电容C5；电压检测电路140用于检测传感器网络所需电流的大小，逻辑判断电路150用于根据电压检测电路140检测的传感器网络所需电流的大小，控制电子开关切换电路160在第一电容C1和超级电容C5间进行切换给传感器网络供电。具体地，第一电容C1是普通的存储电容，充放电较快，超级电容C5能量密度大，充放电时间较慢。具体地，传统的能量转换器用于将获取的振动能量转化为交流脉冲电能的方式有三种，分别是静电式、电磁式和压电式，由于静电式需要额外电源供电，电磁式体积过大等因素的限制，因此压电式的能量转换器110更适合应用于传感器网络的自供电系统，压电式的能量转换器110是通过压电材料的“压电效应”，将环境中的各种振动能收集转换为电能。进一步地，所谓“压电效应”是指某些介质在受到机械压力时，哪怕这种压力像声波振动那样微小，都会产生压缩或伸长等形状变化，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。上述传感器网络自供电系统，通过能量转换器110将获取的振动能量转化为交流脉冲电能，开关电感式整流电路120将交流脉冲电能转化为直流电，直流电充电电路用于将微弱的直流电升压到传感器网络的需求电压，将电能存储到第一电容C1和超级电容C5中，电压检测电路140检测传感器网络的电流大小，并传输至逻辑判断电路150，逻辑判断电路150根据传感器网络中电流的大小控制电子开关切换电路160在第一电容C1和超级电容C5之间进行切换给传感器网络进行供电，通过采集传感器网络周围的振动能量为其提供工作电源，节约资源和成本，无需更换电池设备，高效节能。在一个实施例中，如图2、图3、图4所示，能量转换器110为八木天线型压电陶瓷悬臂梁结构能量转换器110，包括支架和水平八木天线型金属基板，水平八木天线型金属基板包括安装于支架的三组悬臂梁，各悬臂梁之间相互平行。各悬臂梁均对称设置于支架，各悬臂梁设置有背地面和相对于背地面的向地面，各悬臂梁的背地面设置有压电陶瓷晶片，各悬臂梁的向地面的纵长方向两侧设置有质量块。具体地，水平八木天线型金属基板可以是不锈钢、黄铜或铝。通常，环境振动频率在100HZ以下，因此三组悬臂梁的长度比例为3：2：1较为合适，长度分别是21mm，14mm，7mm。进一步地，质量块的重量为15g，在外界环境振动下质量块也跟着振动，从而带动悬臂梁的垂直振动，悬臂梁上的压电陶瓷晶片跟着发生形变，通过压电效应把振动能量转换为交流脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器网络自供电系统，其特征在于，包括能量转换器、开关电感式整流电路、直流充电电路、第一电容、超级电容、电压检测电路、逻辑判断电路和电子开关切换电路，所述能量转换器连接所述开关电感式整流电路，所述开关电感式整流电路连接所述直流充电电路，所述直流充电电路连接所述第一电容、所述超级电容、所述逻辑判断电路和所述电子开关切换电路，所述电压检测电路连接传感器网络和所述逻辑判断电路，所述逻辑判断电路连接所述电子开关切换电路，所述电子开关切换电路连接所述第一电容和所述超级电容，所述第一电容和所述超级电容连接所述传感器网络；所述能量转换器用于将获取的振动能量转化为交流脉冲电能并输出至所述开关电感式整流电路；所述开关电感式整流电路用于对所述交流脉冲电能进行整流得到直流电并输出至所述直流充电电路；所述直流充电电路用于对所述直流电进行升压，将升压后的直流电存储至所述第一电容和所述超级电容；所述电压检测电路用于检测所述传感器网络所需电流的大小，所述逻辑判断电路用于根据所述电压检测电路检测的所述传感器网络所需电流的大小，控制所述电子开关切换电路在所述第一电容和所述超级电容间进行切换给所述传感器网络供电。

【技术特征摘要】
1.一种传感器网络自供电系统，其特征在于，包括能量转换器、开关电感式整流电路、直流充电电路、第一电容、超级电容、电压检测电路、逻辑判断电路和电子开关切换电路，所述能量转换器连接所述开关电感式整流电路，所述开关电感式整流电路连接所述直流充电电路，所述直流充电电路连接所述第一电容、所述超级电容、所述逻辑判断电路和所述电子开关切换电路，所述电压检测电路连接传感器网络和所述逻辑判断电路，所述逻辑判断电路连接所述电子开关切换电路，所述电子开关切换电路连接所述第一电容和所述超级电容，所述第一电容和所述超级电容连接所述传感器网络；所述能量转换器用于将获取的振动能量转化为交流脉冲电能并输出至所述开关电感式整流电路；所述开关电感式整流电路用于对所述交流脉冲电能进行整流得到直流电并输出至所述直流充电电路；所述直流充电电路用于对所述直流电进行升压，将升压后的直流电存储至所述第一电容和所述超级电容；所述电压检测电路用于检测所述传感器网络所需电流的大小，所述逻辑判断电路用于根据所述电压检测电路检测的所述传感器网络所需电流的大小，控制所述电子开关切换电路在所述第一电容和所述超级电容间进行切换给所述传感器网络供电。2.根据权利要求1所述的传感器网络自供电系统，其特征在于，能量转换器为八木天线型压电陶瓷悬臂梁结构能量转换器，包括支架和水平八木天线型金属基板，所述水平八木天线型金属基板包括安装于所述支架的三组悬臂梁，各悬臂梁之间相互平行。3.根据权利要求2所述的传感器网络自供电系统，其特征在于，各所述悬臂梁均对称设置于所述支架，各所述悬臂梁设置有背地面和相对于所述背地面的向地面，各所述悬臂梁的背地面设置有压电陶瓷晶片，各所述悬臂梁的向地面的纵长方向两侧设置有质量块。4.根据权利要求1所述的传感器网络自供电系统，其特征在于，所述开关电感式整流电路包括第一级开关电感电路和第二级开关电感电路，所述第一级开关电感电路连接所述能量转换器和所述第二级开关电感电路，所述第二级开关电感电路连接所述直流充电电路。5.根据权利要求4所述的传感器网络自供电系统，其特征在于，所述第一级开关电感电路包括第一电阻、第二电阻、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一电感；所述第一电阻的一端连接所述能量转换器，所述第一电阻的另一端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述能量转换器；所述第一开关管的第一端连接所述第一二极管和所述第二电容的公共端，所述第一开关管的控制端连接所述能量转换器，所述第一开关管的第二端连接所述第三开关管的控制端，所述第三开关管的第一端连接所述第三二极管的阴极，所述第三开关管的第二端连接所述第五二极管的阴极和所述第二级开关电感电路，第三二极管的阳极连接所述能量转换器，所述第五二极管的阳极连接所述第六二极管的阴极，所述第六二极管的阳极连接所述第四开关管的第一端和所述第二级开关电感电路，所述第四开关管的第二端连接所述第四二极管的阳极，所述第四开关管的控制端连接所述第二开关管的第一端，所述第四二极管的阴极连接所述能量转换器，所述第二开关管的控制端连接所述能量转换器，所述第二开关管的第二端连接所述第二二极管的阳极，，所述第二二极管的阴极连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述能量转换器，所述第三电容的一端连接所述第二二极管的阳极，所述第三电容的另一端连接所述能量转换器，所述第一电感的一端连接所述第五二极管和所述第六二极管的公共端，另一端连接所述能量转换器。6.根据权利要求4所述的传感器网络自供电系统，其特征在于，所述第二级开关电感电路包括第三电阻，第七二极管、第八二极管，第五开关管、第六开关管、第四电容和第二电感；所述第三电阻的一端连接所述第一级开关电感电路，所述第三电阻的另一端连接所述第七二极管的阳极，所述第七二极管的阴极连接所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端连接所述第一级开关电感电路，所述第五开关管的控制端连接所述第一级开关电感电路，所述第五开关管的第一端连接所述第七二极管和所述第四电容的公共端，所述第五开关管的第二端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宏伟，高荣岗，叶涛，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44