一种基于无线传感器网络节点的电能设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于无线传感器网络节点的电能设备，该电能设备包括太阳能电池板、锂电池、充电管理单元、放电保护单元、直流转换单元、电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元、控制单元、显示单元以及键盘输入单元，充电管理单元分别与太阳能电池板、锂电池以及控制单元连接，该充电管理单元将收集到的能量存储在锂电池中，接收来自控制单元的控制指令，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接。该系统能够自动管理锂电池的充电过程并进行有效的能量储存，通过对电池电压的监测避免锂电池过度放电，以达到延长锂电池寿命的目的。

A power equipment based on wireless sensor network node

The utility model discloses an electric energy device based on a wireless sensor network node, which includes a solar panel, a lithium battery, a charge management unit, a discharge protection unit, a DC conversion unit, a current detection unit, a voltage detection unit, a analog to number conversion single element, a control unit, a display unit and a key. The charge management unit is connected with the solar battery board, the lithium battery and the control unit respectively. The charge management unit stores the collected energy in the lithium battery and receives the control instructions from the control unit. The discharge protection unit is connected with the lithium battery and the DC conversion unit respectively. The system can automatically manage the charging process of lithium battery and carry out effective energy storage. By monitoring the voltage of the battery, the overdischarge of lithium battery can be avoided in order to prolong the life of the lithium battery.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线传感器网络节点的电能设备
本技术涉及照明
，尤其涉及一种基于无线传感器网络节点的电能设备。
技术介绍
电源是嵌入式系统的重要组成部分，特别是对于野外布置的无线传感器网络节点来说，供电线路的铺设难度较大，采用电池供电时需要定期更换电池，在一定程度上增加了系统维护的成本。太阳能供电系统不仅解决了野外长时间无人监护的网络节点的供电问题，而且还具有供电持久、环保节能和便于维护等优点，具有良好的应用前景。太阳能供电系统设计的关键问题是通过太阳能电池板对锂电池进行充电，同时需要实时检测充电电压和充电电流，避免因过充而导致锂电池永久性损坏；此外还需要设计锂电池放电保护电路，对放电电压进行实时监测，防止过放电导致锂电池损坏。太阳能供电系统主要由太阳能电池板、可充电锂电池、充电控制器和放电保护电路组成。由于太阳能电池板的输出电压不稳定，传统的太阳能供电系统往往因为锂电池充放电管理不合理，导致锂电池使用寿命大大缩短。这已成为了急需解决的问题。
技术实现思路
本技术提出了一种，该系统能够自动管理锂电池的充电过程并进行有效的能量储存，通过对电池电压的监测避免锂电池过度放电，以达到延长锂电池寿命的目的。此外由于zigbee无线传感器网络节点所需电压为3.3V，而锂电池的工作电压一般在3.6～4.2V(正常放电电压为3.7V，充满电时的电压为4.2V)，所以需要DC-DC转换芯片产生所需要的工作电压。本技术所采用的技术方案如下：一种基于无线传感器网络节点的电能设备，该电能设备包括太阳能电池板、锂电池、充电管理单元、放电保护单元、直流转换单元、电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元、控制单元、显示单元以及键盘输入单元，其特征在于：充电管理单元分别与太阳能电池板、锂电池以及控制单元连接，该充电管理单元将收集到的能量存储在锂电池中，接收来自控制单元的控制指令，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；直流转换单元的输出端依次与电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元连接，模数转换单元与控制单元连接，将转换后的信号传输给所述控制单元；所述控制单元采用STM32F103芯片，该控制单元根据接收到的转换后的信号生成控制指令并发送给充电管理单元；所述电流检测单元的电流检测输入端通过5A/5mA(1000:1)的互感器做变比采样，S+、S-为电流输入端，通过互感器，次级电流缩小1000倍，次级电流流过CR701、CR702，检测采用完全差分输入方式，其中C706、C707主要做旁路滤波用于滤除杂讯干扰；所述电压检测单元的电路中R709电阻两端到参考地的电阻总阻值为1.601M欧姆，通过阻值分压得到相电压。优选地，所述充电管理单元采用CN6063芯片。优选地，所述放电保护单元采用电压检测芯片CN301。优选地，所述模数转换单元采用AD转换芯片ADC0804。本技术的技术方案所能获得的有益效果包括：zigbee无线传感器网络节点太阳能供电系统由太阳能电池板、充电控制电路和锂电池组成，采集光能并将其转换为电能存储在锂电池中。通过锂电池充电管理芯片CN3063组成充电控制电路对锂电池进行充电管理。利用超低功耗锂电池电压检测芯片CN301组成放电保护电路，最大限度地延长锂电池的寿命。由于电源能量来自太阳能，因此非常适合野外布置的zigbee无线传感器网络数据采集节点使用。附图说明图1为该太阳能电能设备的组成原理图；图2为充电管理单元的电路示意图；图3为放电保护单元的电路示意图；图4是电流检测单元的电路示意图；图5是电压检测单元的电路示意图；图6是模数转换单元的电路示意图。具体实施方式为了更好的说明本技术，现结合具体实施例以及说明书附图对技术方案作进一步的说明。虽然实施例中记载了这些具体的实施方式，然其并非用以限定本技术，任何所属
中具有通常知识者，在不脱离本技术的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本技术的保护范围当视权利要求书所界定者为准。该基于无线传感器网络节点的电能设备的组成原理图如图1所示。该电能设备包括太阳能电池板、锂电池、充电管理单元、放电保护单元、直流转换单元、电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元、控制单元、显示单元以及键盘输入单元，充电管理单元分别与太阳能电池板、锂电池以及控制单元连接，该充电管理单元将收集到的能量存储在锂电池中，接收来自控制单元的控制指令，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；直流转换单元的输出端依次与电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元连接，模数转换单元与控制单元连接，将转换后的信号传输给所述控制单元；所述控制单元采用STM32F103芯片，该控制单元根据接收到的转换后的信号生成控制指令并发送给充电管理单元；电流检测输入端通过5A/5mA(1000:1)的互感器做变比采样，S+、S-为电流输入端，通过互感器，次级电流缩小1000倍，次级电流流过CR701、CR702，检测采用完全差分输入方式，其中C706、C707主要做旁路滤波用于滤除杂讯干扰；是电压检测模块的电路示意图。电压检测电路中R709电阻两端到参考地的电阻总阻值为1.601M欧姆，通过阻值分压得到相电压。控制单元使用的是“增强型”STM32F103。增强型系列时钟频率能达到72MHz，是同类产品中性能最高的，以其高性能、低成本在众多MCU中占有举足轻重的地位。由于使用入式系统将为整个硬件电路的设计带来极大简化，如不再考虑过压保护电路、过流保护电路。此外，STM32F103不但速度快，内部的资源极为丰富。以STM32F103为核心控制模块，可设定输出电压，对电路进行过压保护，还可对电流实时采样，以实现任意比例电流，同时具有过流保护功能。当进入自我保护后的保护状态一旦解除，STM32F103可使硬件系统自己启动并重新工作。通过系统的检测、比对、微调，输出电压可实现相对的恒定。CPU扫描键盘部分，目的在于获取人为设定的电流比例。液晶显示器则主要显示当前输出电压，以及每个模块的输出电流和比例大小。该电能设备中，太阳能电池板产生的能量通过充电管理单元被存储在锂电池中，同时对锂电池提供充电保护，防止过充；由于电池放电时其端电压会逐渐降低，因此需要放电保护单元对放电电压进行监测，当电池电压下降到一定程度时切断放电电路，避免锂电池过放电。由于应尽可能少地消耗电池能量，必须提高电源的转换效率，因此设计了一个具有高效率的直流转换单元为节点上的负载提供稳定的电压。该电能设备各个单元电路的设计主要采用集成IC外加少量阻容器件的形式实现。系统设计的思路是：首先估算系统总功耗，然后选择合适的锂电池，进而根据锂电池的容量来选择所需的太阳能电池板；根据太阳能电池板和锂电池的充电电压、充电电流等参数，可以选择合适的充电管理IC来设计充电控制电路；最后根据锂电池输出电压和zigbee无线传感器网络节点所需的工作电压来设计合适的DC-DC变换电路。充电管理单元的电路示意图如图2所示。充电管理单元连接着太阳能电池板和锂电池，主要功能是将收集到的能量有效地存储在锂电池中，同时提供对锂电池充电过程中的过压、过流保护，防止因过充对锂电池造成的损害。CN6063芯片可以用于太阳能电池供电的单节锂电池充电管理芯片。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络节点的电能设备，该电能设备包括太阳能电池板、锂电池、充电管理单元、放电保护单元、直流转换单元、电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元、控制单元、显示单元以及键盘输入单元，其特征在于：充电管理单元分别与太阳能电池板、锂电池以及控制单元连接，该充电管理单元将收集到的能量存储在锂电池中，接收来自控制单元的控制指令，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；直流转换单元的输出端依次与电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元连接，模数转换单元与控制单元连接，将转换后的信号传输给所述控制单元；所述控制单元采用STM32F103芯片，该控制单元根据接收到的转换后的信号生成控制指令并发送给充电管理单元；所述电流检测单元的电流检测输入端通过5A/5mA(1000:1)的互感器做变比采样，S+、S‑为电流输入端，通过互感器，次级电流缩小1000倍，次级电流流过第一电阻(CR701)、第二电阻(CR702)，检测采用完全差分输入方式，其中第一电容(C706)、第二电容(C707)主要做旁路滤波用于滤除杂讯干扰；所述电压检测单元的电路中R709电阻两端到参考地的电阻总阻值为1.601M欧姆，通过阻值分压得到相电压。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络节点的电能设备，该电能设备包括太阳能电池板、锂电池、充电管理单元、放电保护单元、直流转换单元、电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元、控制单元、显示单元以及键盘输入单元，其特征在于：充电管理单元分别与太阳能电池板、锂电池以及控制单元连接，该充电管理单元将收集到的能量存储在锂电池中，接收来自控制单元的控制指令，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；直流转换单元的输出端依次与电流检测单元、电压检测单元、模数转换单元连接，模数转换单元与控制单元连接，将转换后的信号传输给所述控制单元；所述控制单元采用STM32F103芯片，该控制单元根据接收到的转换后的信号生成控制指令并发送给充电管理单元；所述电流检测单元的电流检测输...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍敏，
申请(专利权)人：特斯联北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11