一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统，包括磁电式微型振动发电机、能量变换模块、滤波模块、稳压模块和储能模块，能量变换模块包括全桥整流电路，二极管D4的负极以及二极管D1的正极均与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与稳压模块的输入端相连；磁电式微型振动发电机的两个接线端分别与二极管D1的负极和二极管D3的正极相连；电容C1的两端分别与二极管D1的正极以及二极管D2的正极相连；储能模块的电容C2与稳压模块的输出端相连。本发明专利技术利用设备自身产生的振动能转换为电能作为供电电源，节省了蓄电池的使用，使得运行的成本下降，同时解决了一些设备不能频繁停运更换电池的缺陷。

A power supply system of node vibration generator in wireless sensor network

The invention discloses a wireless sensor network node vibration generator power supply system, which includes a magnetoelectric micro vibration generator, an energy conversion module, a filter module, a voltage stabilizing module and an energy storage module. The energy conversion module includes a full bridge rectifier circuit, wherein the negative pole of diode D4 and the positive pole of diode D1 are connected with one end of resistance R1, and the other end of resistance R1 is connected with the voltage stabilizing module The input terminal is connected; the two terminals of magnetoelectric micro vibration generator are respectively connected with the negative pole of diode D1 and the positive pole of diode D3; the two ends of capacitance C1 are respectively connected with the positive pole of diode D1 and the positive pole of diode D2; the capacitance C2 of energy storage module is connected with the output terminal of voltage stabilizing module. The invention uses the vibration energy generated by the device itself to be converted into the electric energy as the power supply, saves the use of the battery, reduces the operation cost, and solves the defect that some devices can not be frequently stopped to replace the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统
本专利技术涉及大型机械的故障诊断领域，特别涉及到一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统。
技术介绍
无线传感器网络节点的供电电源目前主要有蓄电池供电和太阳能光伏供电系统两种形式。蓄电池供电系统发展比较成熟，目前主流的应用是化学电池和锂电子电池作为无线传感器网络节点的供电电源，但是无法避免要定期更换电池的麻烦。太阳供电系统应用不是很广泛，一方面是因为太阳能供电系统转化效率低，另外一方面太阳能供电系统容易受到环境的影响。蓄电池供电系统使用寿命短，更换供电电池系统需要耗费人力、财力以及设备停运带来的经济损失，且一些特殊的应用场合不便频繁更换蓄电池，这样给系统运行带来很大的不便。太阳能供电系统应用场景比较单一，且只能应用在有光照的场景中，且售价较高，太阳能的转化率低，再加上阴天情况影响，使得太阳能供电系统无法成为非常可靠的供电电源。无线传感器在工业中已经开始普遍使用，在大型设备的故障诊断领域中也有应用，应用在故障诊断领域中的无线传感器网络节点的供电电源普遍使用蓄电池供电，蓄电池存在使用寿命短，需要定期停运设备更换蓄电池，且有的故障诊断场合不易更换蓄电池，这严重的影响了无线传感器在故障诊断领域中的大规模推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统，以解决上述问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统，包括磁电式微型振动发电机、能量变换模块、滤波模块、稳压模块和储能模块，所述能量变换模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述滤波模块包括电阻R1和电容C1，二极管D4的负极以及二极管D1的正极均与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与稳压模块的输入端相连，二极管D4的正极与二极管D3的正极相连，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连，二极管D3的负极与二极管D2的正极相连；磁电式微型振动发电机的两个接线端分别与二极管D1的负极和二极管D3的正极相连；电容C1的两端分别与二极管D1的正极以及二极管D2的正极相连；储能模块包括电容C2，电容C2与稳压模块的输出端相连。进一步的，所述稳压模块包括直流变换器芯片，直流变换器芯片的型号为ICL7663，电阻R1与直流变换器芯片的VIN+引脚相连，二极管D2的正极与直流变换器芯片的SHDN引脚相连，电容C2的一端与直流变换器芯片的VOUT1引脚相连，电容C2的另一端与直流变换器芯片的GND引脚相连。进一步的，还包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1和MOS管Q2，电阻R2的一端与直流变换器芯片的SENSE引脚相连，电阻R3的一端与直流变换器芯片的VSET引脚以及电阻R2的另一端相连，电阻R3的另一端以及电阻R4的一端均与直流变换器芯片的GND引脚相连，电阻R4的另一端与直流变换器芯片的VOUT2引脚相连；三极管Q1的基极分别与电阻R5和电阻R6的一端相连，电阻R5的另一端以及三极管Q1的集电极均与直流变换器芯片的SENSE引脚相连，电阻R6的另一端以及MOS管的栅极均与三极管Q1的发射极相连，MOS管Q2的源极与直流变换器芯片的GND引脚相连，电阻R7的两端分别与三极管Q1的集电极以及MOS管Q2的漏极相连。进一步的，所述磁电式微型振动发电机的型号为PMG17。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过振动发电机将大型机械上的振动能转化为电能，通过设计可靠性高、输出功率效率高的功率调节电路，构成一整套完整的无线传感器网络节点的自供电系统，具有以下优点：1、本套供电系统区别于传统的自供电系统，不需要添加蓄电池储能系统，只要设备处于运行中就会有源源不断的电能供应，设备停运时故障诊断系统也随之停止监测，无线传感器也无需再进行供电；2、故障诊断领域中一些设备中不易更换蓄电池而不得不使用有线有源传感器，本套供电系统借助于设备本身运行中产生的振动能转化为电能作为供电电源，无需更换电池，因而可以使用无线传感器来监测设备，使得设备的维护更加便捷，同时也拓宽了无线传感器在故障诊断领域中的应用范围；3、本套供电系统解决了无线传感器网络节点由于供电问题而无法大规模的在故障诊断领域中推广使用的瓶颈。本专利技术通过设计无线传感器网络节点振动发电机供电系统，应用在大型设备的故障诊断领域，作为大型设备故障诊断用的无线网络传感器网络节点的供电电源，利用设备自身产生的振动能转换为电能作为供电电源，节省了蓄电池的使用，使得运行的成本下降，同时解决了一些设备不能频繁停运更换电池的缺陷。附图说明图1为本专利技术所述的无线传感器网络节点振动发电机供电系统的框图。图2为整体功率调节电路。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。参见图1和图2，本专利技术所述的一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统，本专利技术首先需要选用输出电流大、功率密度大、适合高频环境的磁电式微型振动发电机作为机械能和电能的转换模块，可选用型号为PMG17的磁电式微型振动发电机。其次需要设计合适的功率调节电路，功率调节电路包括能量变换模块、滤波模块、稳压模块、储能模块及电压比较模块。无线网络传感器网络节点需要一个稳定的直流电源，而微型振动发电机输出的是较小电压的交流电，所以功率调节电路首先要将发电机的输出电能进行整流滤波，得到稳定的直流电压，本专利技术采用桥型全波整流电路作为滤波电路。能量变换模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4。二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成的全波整流电路。微型振动发电机发出的电能收集方法一般有两种方法：一种是采用超级电容器；另外一种是采用能够重复充放电的锂离子电池。超级电容器具有很大的放电电流，这一点与无线传感器的瞬时功率大的特点相符合，因此储能器采用超级电容器。滤波模块包括电阻R1和电容C1，二极管D4的负极以及二极管D1的正极均与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与稳压模块的输入端相连。二极管D4的正极与二极管D3的正极相连，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连，二极管D3的负极与二极管D2的正极相连。磁电式微型振动发电机的两个接线端分别与二极管D1的负极和二极管D3的正极相连。电容C1的两端分别与二极管D1的正极以及二极管D2的正极相连。储能模块包括电容C2，电容C2与稳压模块的输出端相连，电容C2即为储能电容器。由DC/DC电压转换器输出给发射模块提供的电压达到工作电压的要求，但是由于发射发送数据时启动电流较大，DC/DC输出的电流达不到要求，因此这里采用储能模块来给发射模块供电，而储能模块不能在充电初就给发射模块供电，这样放电电压达不到要求，所以要在储能模块充满电以后再给发射模块供电。稳压模块包括直流变换器芯片U2，直流变换器芯片的型号为ICL7663。电阻R1与直流变换器芯片的VIN+引脚相连，二极管D2的正极与直流变换器芯片的SHDN引脚相连。电容C2的一端与直流变换器芯片的VOUT1引脚相连，电容C2的另一端与直流变换器芯片的GND引脚相连。微型发电机的输出电压或者负载电流变化导致整流滤波输出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统，其特征在于：包括磁电式微型振动发电机、能量变换模块、滤波模块、稳压模块和储能模块，所述能量变换模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述滤波模块包括电阻R1和电容C1，二极管D4的负极以及二极管D1的正极均与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与稳压模块的输入端相连，二极管D4的正极与二极管D3的正极相连，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连，二极管D3的负极与二极管D2的正极相连；磁电式微型振动发电机的两个接线端分别与二极管D1的负极和二极管D3的正极相连；电容C1的两端分别与二极管D1的正极以及二极管D2的正极相连；储能模块包括电容C2，电容C2与稳压模块的输出端相连。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络节点振动发电机供电系统，其特征在于：包括磁电式微型振动发电机、能量变换模块、滤波模块、稳压模块和储能模块，所述能量变换模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述滤波模块包括电阻R1和电容C1，二极管D4的负极以及二极管D1的正极均与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与稳压模块的输入端相连，二极管D4的正极与二极管D3的正极相连，二极管D1的负极与二极管D2的负极相连，二极管D3的负极与二极管D2的正极相连；磁电式微型振动发电机的两个接线端分别与二极管D1的负极和二极管D3的正极相连；电容C1的两端分别与二极管D1的正极以及二极管D2的正极相连；储能模块包括电容C2，电容C2与稳压模块的输出端相连。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络节点振动发电机供电系统，其特征在于：所述稳压模块包括直流变换器芯片，直流变换器芯片的型号为ICL7663，电阻R1与直流变换器芯片的VIN+引脚相连，二极管D2的正极与直流变换器芯片的SHDN引脚相连，电容C2的一端与直流变换器芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：余同，刘军，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31