一种面向水系统的低功耗物联网感测元技术方案

本实用新型专利技术涉及物联网传感器技术领域，具体涉及一种面向水系统的低功耗物联网感测元，包括若干个传感器、若干个传感器接口、存储器、电源模块、通信模块和MCU，若干个传感器接口、存储器、电源模块和通信模块均与MCU连接，若干个传感器分别与一个传感器接口连接，传感器为检测水系统参数的传感器；本实用新型专利技术的实质性效果是：通过改进的电源模块延长传感器工作时间供以及传感器内部供电电压的稳定性，提高传感器的可靠性。

A Low Power Sensor Element for Water System in the Internet of Things

【技术实现步骤摘要】
一种面向水系统的低功耗物联网感测元
本技术涉及物联网传感器
，具体涉及一种面向水系统的低功耗物联网感测元。
技术介绍
当前数字传感器普遍采用有线通讯、外接电源供电的方式，存在布线困难、维护麻烦等缺点。将其测量数据转为4G无线信号进行传输并且使用内置电池供电则可以很好的解决以上问题。但通过电池代替有源电源，会造成传感器组的续航时间过短的问题。目前的传感器组采用的电源模块通常为通用电源模块，缺乏专为物联网传感器设计的电源模块。不能有效的降低传感器功耗，延长传感器组的工作时长。中国专利CN102353402A，公开日2012年2月15日，一种物联网环境传感器，包括传感器单元、对传感器单元所检测信息进行分析处理的微处理器、与微处理器相接的无线通信模块一以及分别对传感器单元、微处理器和无线通信模块一进行供电的电源模块，传感器单元与微处理器相接，微处理器与无线通信模块一相接；微处理器通过无线通信模块一和与无线通信模块一相配合使用的无线通信模块二与接入互联网的联网计算机进行双向通信，无线通信模块二与联网计算机相接。本专利技术设计合理、安装布设及使用操作简便且使用效果好，能真正发挥物联网的效用和价值，有效解决现有物联网环境用传感器存在的布设及使用操作不便、不能直接连接到互联网上进行监测与报警、使用效果较差等问题。但其不能解决物联网传感器续航时间短的技术问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：当前的物联网传感器缺乏有效的电池管理模块，导致传感器工作时间短、供电电压不稳定的技术问题。提出了一种带有新型电源模块的具有更长工作时长和更稳定工作电压的面向水系统的低功耗物联网感测元。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案为：一种面向水系统的低功耗物联网感测元，包括若干个传感器、若干个传感器接口、存储器、电源模块、通信模块和MCU，所述若干个传感器接口、存储器、电源模块和通信模块均与MCU连接，所述若干个传感器分别与一个传感器接口连接，所述传感器为检测水系统参数的传感器；所述传感器接口包括传感器电压信号输出电路，所述传感器电压信号输出电路包括电感H3、电感H4、电感H9、电容C3、电容C4、电容C9、电容C14、电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R13和集成运算放大器A1，所述电感H3第一端与传感器信号电压输出端AIN+连接，电感H3第二端通过电阻R1与集成运算放大器A1同相输入端连接，电感H3第二端通过电容C3接地，集成运算放大器A1供电正极与直流电压+VAI连接，集成运算放大器A1供电负极与直流电压-VA连接，集成运算放大器A1输出端与集成运算放大器A1反相输入端以及电阻R9第一端连接，电阻R9第二端与电阻R13第一端、电容C9以及电感H9第一端连接，电感H9第二端与端口AI-C连接，端口AI-C与MCU的传感器信号电压接收端连接，电感H9第二端通过电容C14接地，电阻R2、电阻R13以及电容C9第二端均接地，电阻R2第一端通过电容C4接地，电阻R2第一端通过电感H4与端口AIN-连接，端口AIN-为传感器接地端连接。所述传感器包括但不限于雨量、水位、流量、水温、流速以及PH值传感器。作为优选，所述电源模块包括稳压供电电路，所述稳压供电电路为所述MCU、存储器以及通信模块供电，所述稳压供电电路包括电阻R72、电阻R73、电阻R75、电阻R78、电阻R81、电容C74、电容C76、电容C85、二极管D11、二极管D12、电感L5和芯片U14，所述电容C74第一端接地，电容C74第二端与直流电源VCC、电容R72第一端和电感L5第一端连接，电阻R72第二端与电阻R73第一端和芯片U14的FB引脚连接，电阻R73第二端接地，电感L5第二端与二极管D11阴极、电容C78第一端和芯片U14的SW引脚连接，二极管D11阳极接地，芯片U14的COMP引脚依次经过电容C76和电阻R75接地，电容C78第二端与二极管D12阴极以及芯片U14的BST引脚连接，二极管D12阳极与V5IN端、电容C85第一端以及芯片U14的VIN引脚连接，电容C85第二端接地，U14的FREQ引脚通过电阻R81接地，U14的GND引脚接地，芯片U14的EN引脚通过电阻R78与MCU的控制信号端连接，所述V5IN端为稳压供电电路的输出端。作为优选，所述电源模块包括精准参考电压电路，所述精准参考电压电路包括芯片U5、电容C35、电容C37、电容C39、电容C40、电容C41、电感H14和电感H15，芯片U5的VIN引脚以及电容C35第一端均与直流电源VCC连接，电容C35第二端以及芯片U5的GND引脚均接地，芯片U5的VOUT引脚与电容C37第一端以及电感H14第一端连接，电容C37第二端以及电感H15第一端均接地，电感H14第二端与电容C39第一端以及VREF+端连接，电容C39第二端与电感H15第二端以及VREF-端连接，电容C40以及电容C41均与电容C39并联，VREF+端和VREF-端为精准参考电压输出端，VREF+端和VREF-端均与MCU连接。作为优选，所述电源模块包括直流电压+VAI产生电路，所述直流电压+VAI产生电路包括电容C44、电容C45、电容C47、电容C57、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R86、电感H16、电感H17、MOS管Q5和三极管Q6，电容C44第一端与直流电源VCC以及电感H16第一端连接，电容C44第二端以及电感H17第一端均接地，电容C45与电容C44并联，电感H16第二端与电容C47第一端、电阻R48第一端以及MOS管Q5源极连接，电感H17第二端以及电容C47第二端连接并接地，电阻R48第二端与MOS管栅极以及电阻R50第一端连接，MOS管Q5漏极经电容C57接地，MOS管Q5漏极为直流电压+VAI输出端，MOS管Q5源极与漏极之间安装有防反二极管，所述防反二极管阳极与MOS管Q5漏极连接，电阻R50第二端与三极管Q6集电极连接，三极管Q6基极与电阻R49第二端以及电阻R86第一端连接，电阻R49第一端与MCU的使能信号端口APW12C连接，电阻R86第二端与三极管Q6发射极连接并接地。作为优选，所述电源模块包括直流电压-VA产生电路，所述直流电压-VA产生电路包括电阻R43、电阻R45、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R85、电容C49、电容C55、电容C58、电容C59、电容C60、电容C62、电感L2、电感L3、电感H22、二极管D1、三极管Q2和芯片U9，电阻R43第一端与MCU的使能信号端口APW12C连接，电阻R43第二端与电阻R85第一端和三极管Q2基极连接，电阻R85第二端以及三极管Q2集电极均接地，三极管Q2发射极与电阻R45第二端以及芯片U9的端连接，电阻R45第一端与直流电压+VD、电容C49第一端、电感L2第一端以及芯片U9的VIN端连接，电容C49第二端接地，电感L2第二端与电容C55第一端以及芯片U9的SW端连接，电容C55第二端与二极管D1阳极以及电感L3第一端连接，电感L3第二端与电容C59第二端、电阻R53第二端、电容C58第一端、电容C60第一端以及电感H22第一端连接，二极管D1阴极以及电容C59第一端均接地，电阻R53与电阻R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向水系统的低功耗物联网感测元，其特征在于，包括若干个传感器、若干个传感器接口、存储器、电源模块、通信模块和MCU，所述若干个传感器接口、存储器、电源模块和通信模块均与MCU连接，所述若干个传感器分别与一个传感器接口连接，所述传感器为检测水系统参数的传感器；所述传感器接口包括传感器电压信号输出电路，所述传感器电压信号输出电路包括电感H3、电感H4、电感H9、电容C3、电容C4、电容C9、电容C14、电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R13和集成运算放大器A1，所述电感H3第一端与传感器信号电压输出端AIN+连接，电感H3第二端通过电阻R1与集成运算放大器A1同相输入端连接，电感H3第二端通过电容C3接地，集成运算放大器A1供电正极与直流电压+VAI连接，集成运算放大器A1供电负极与直流电压‑VA连接，集成运算放大器A1输出端与集成运算放大器A1反相输入端以及电阻R9第一端连接，电阻R9第二端与电阻R13第一端、电容C9以及电感H9第一端连接，电感H9第二端与端口AI‑C连接，端口AI‑C与MCU的传感器信号电压接收端连接，电感H9第二端通过电容C14接地，电阻R2、电阻R13以及电容C9第二端均接地，电阻R2第一端通过电容C4接地，电阻R2第一端通过电感H4与端口AIN‑连接，端口AIN‑为传感器接地端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种面向水系统的低功耗物联网感测元，其特征在于，包括若干个传感器、若干个传感器接口、存储器、电源模块、通信模块和MCU，所述若干个传感器接口、存储器、电源模块和通信模块均与MCU连接，所述若干个传感器分别与一个传感器接口连接，所述传感器为检测水系统参数的传感器；所述传感器接口包括传感器电压信号输出电路，所述传感器电压信号输出电路包括电感H3、电感H4、电感H9、电容C3、电容C4、电容C9、电容C14、电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R13和集成运算放大器A1，所述电感H3第一端与传感器信号电压输出端AIN+连接，电感H3第二端通过电阻R1与集成运算放大器A1同相输入端连接，电感H3第二端通过电容C3接地，集成运算放大器A1供电正极与直流电压+VAI连接，集成运算放大器A1供电负极与直流电压-VA连接，集成运算放大器A1输出端与集成运算放大器A1反相输入端以及电阻R9第一端连接，电阻R9第二端与电阻R13第一端、电容C9以及电感H9第一端连接，电感H9第二端与端口AI-C连接，端口AI-C与MCU的传感器信号电压接收端连接，电感H9第二端通过电容C14接地，电阻R2、电阻R13以及电容C9第二端均接地，电阻R2第一端通过电容C4接地，电阻R2第一端通过电感H4与端口AIN-连接，端口AIN-为传感器接地端连接。2.根据权利要求1所述的一种面向水系统的低功耗物联网感测元，其特征在于，所述电源模块包括稳压供电电路，所述稳压供电电路包括电阻R72、电阻R73、电阻R75、电阻R78、电阻R81、电容C74、电容C76、电容C85、二极管D11、二极管D12、电感L5和芯片U14，所述电容C74第一端接地，电容C74第二端与直流电源VCC、电容R72第一端和电感L5第一端连接，电阻R72第二端与电阻R73第一端和芯片U14的FB引脚连接，电阻R73第二端接地，电感L5第二端与二极管D11阴极、电容C78第一端和芯片U14的SW引脚连接，二极管D11阳极接地，芯片U14的COMP引脚依次经过电容C76和电阻R75接地，电容C78第二端与二极管D12阴极以及芯片U14的BST引脚连接，二极管D12阳极与V5IN端、电容C85第一端以及芯片U14的VIN引脚连接，电容C85第二端接地，U14的FREQ引脚通过电阻R81接地，U14的GND引脚接地，芯片U14的EN引脚通过电阻R78与MCU的控制信号端连接，所述V5IN端为稳压供电电路的输出端。3.根据权利要求1或2所述的一种面向水系统的低功耗物联网感测元，其特征在于，所述电源模块包括精准参考电压电路，所述精准参考电压电路包括芯片U5、电容C35、电容C37、电容C39、电容C40、电容C41、电感H14和电感H15，芯片U5的VIN引脚以及电容C35第一端均与直流电源VCC连接，电容C35第二端以及芯片U5的GND引脚均接地，芯片U5的VOUT引脚与电容C37第一端以及电感H14第一端连接，电容C37第二端以及电感H15第一端均接地，电感H14第二端与电容C39第一端以及VREF+端连接，电容C39第二端与电感H15第二端以及VREF-端连接，电容C40以及电容C41均与电容C39并联，VREF+端和VREF-端为精准参考电压输出端，VREF+端和VREF-端均与MCU连接。4.根据权利要求1或2所述的一种面向水系统的低功耗物联网感测元，其特征在于，所述电源模块包括直流电压+VAI产生电路，所述直流电压+VAI产生电路包括电容C44、电容C45、电容C47、电容C57、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R86、电感H16、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国平，舒何渊，朱振华，濮东杰，殷建军，
申请(专利权)人：浙江禹控科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33