一种可热自供电的无线传感器节点供能装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可热自供电的无线传感器节点供能装置，包括依次连接的热能转换装置、稳压滤波电路和供能模块，所述的热能转换装置与供能模块为所述的无线传感器节点提供能量，所述的供能模块包括依次连接的电平输出模块、电压判断模块和充放电模块，所述的电平输出模块产生的电平输入给电压判断模块，作为稳压滤波电路输出电压的参考电压阈值。相较于于采用电池供电的传感器节点，该实用新型专利技术具有更长的寿命，可长时间监测烟囱结构安全状况；而且该无线传感器网络节点电压源采用了电平输出模块，属于有源节点，能够忽略外界温度、工艺等外部因素对电源的影响，使得节点工作性能更加稳定和抗噪声能力更为显著。

A kind of wireless sensor node energy supply device with thermal self power supply

【技术实现步骤摘要】
一种可热自供电的无线传感器节点供能装置
本技术属于建筑安全监测
，涉及一种可热自供电的无线传感器节点供能装置。
技术介绍
随着建筑领域技术的发展，超高层建筑的数量和高度日益增加，其安全性越来越受到人们的重视。如果对建筑日常监管维护不力，那么会对建筑自身的安全产生不利影响，甚至会造成严重人员伤亡事故。随着无线传感器网络技术的出现和发展，人们利用该技术能够实现对超高层建筑进行实时监测，有利于建筑的日常安全维护。然而无线传感器节点的能量通常是有限，而且一般要将其部署在环境恶劣或者无法破坏的结构中，很难进行电池的更换，一旦节点能量耗尽，会对网络的运行带来不利影响，所以无线传感器节点能够实现自供电非常重要。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可热自供电的无线传感器节点供能装置，以解决现有传感器节点因能量有限且无法进行补充而无法长期工作的问题，实现对烟囱长期实时有效的监测。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种可热自供电的无线传感器节点供能装置，包括依次连接的热能转换装置、稳压滤波电路和供能模块，所述的热能转换装置与供能模块为所述的无线传感器节点提供能量，所述的供能模块包括依次连接的电平输出模块、电压判断模块和充放电模块，所述的电平输出模块产生的电平输入给电压判断模块，作为稳压滤波电路输出电压的参考电压阈值。具体地，所述的电平输出模块包括低电平VL模块和高电平VH模块，所述的稳压滤波电路输出电压为Vs，Vs小于等于VL时，热能转换装置产生的电压对充放电模块进行充电；Vs大于VL且小于等于VH时，充放电模块产生放电电压VD对节点进行供电；Vs大于VH时，热能转换装置产生的电压既对充放电模块进行充电又对节点进行供电。具体地，所述稳压滤波电路由电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电容C1、电容C2和稳压管D1连接组成，具体为：电阻R1分别与三极管Q1的基极与三极管Q1的集电极两端并联连接，电容C1与三极管Q1的基极串联连接，稳压管D1与电容C1并联连接，电容C2串联连接Q1的发射极，电阻R2与电容C2并联连接，电容C1、稳压管D1、电容C2和电阻R2的另一端均接地。具体地，所述的低电平VL模块由直流电源VCC1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q2、三极管Q3和运算放大器A1连接组成，具体为：电阻R3与电阻R4的公共端与直流电源VCC1连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的集电极串联连接，三极管Q2的基极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，电阻R3的另一端串联连接电阻R5，三极管Q3的基极与三极管Q3的集电极连接且公共端连接电阻R5的另一端，三极管Q3的发射极接地，运算放大器A1的同相端与电阻R4、三极管Q2的集电极连接，运算放大器A1的反相端在电阻R3、电阻R5连接，运算放大器A1输出端与直流电源VCC1连接；所述的高电平VH模块(32)由直流电源VCC2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、三极管Q4、三极管Q5和运算放大器A2连接组成，具体为：电阻R6与电阻R7的公共端与直流电源VCC2连接，电阻R7的另一端与三极管Q4的集电极串联连接，三极管Q4的基极连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极接地，电阻R6的另一端串联连接电阻R8，三极管Q5的基极与三极管Q5的集电极连接并且公共端连接电阻R8的另一端，三极管Q5的发射极接地，运算放大器A2的同相端与电阻R7、三极管Q4的集电极连接，运算放大器A2的反相端与电阻R6、电阻R8连接，运算放大器A2输出端与直流电源VCC2连接。进一步地，所述的电压判断模块由直流电源VCC3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、运算放大器A3、运算放大器A4、二极管D3和二极管D4连接组成，具体为：电阻R9的一端与所述的产生高电平VH模块的电平输出模块连接，电阻R9的另一端与运算放大器A3的反相输入端串联连接，运算放大器A3的同相输入端与运算放大器A4的反相输入端相连接的公共端与所述的稳压滤波电路的三极管Q1的发射极连接，电阻R10的一端与所述的产生低电平VL模块的电平输出模块连接，电阻R10的另一端与运算放大器A4的同相输入端连接，运算放大器A3输出端串联连接二极管D3的正极，直流电源VCC3与运算放大器A3连接，电阻R11两端分别与直流电源VCC3、二极管D3负极连接，运算放大器A4输出端与二极管D4的正极串联连接，二极管D3的负极与二极管D4的负极连接。具体地，所述的充放电模块由温控开关和超级电容连接组成。进一步地，所述的热能转换装置包括引线、保护套管、散热元件、热电偶丝、接线柱、导热件，所述引线的一端与热电偶丝连接，引线的另一端与所述的稳压滤波连接，所述的热电偶丝和引线的外部依次设置导热件、保护套管和散热元件，所述的引线通过接线柱进行固定和引出。进一步地，还包括依次连接的稳压管模块、微处理器模块、射频器模块和天线，所述的稳压管模块与电压判断模块连接。进一步地，所述的微处理器模块包括微处理器，所述的微处理器采用MSP430F133的单片机。进一步地，所述的射频器模块包括射频器，所述的射频器采用SX1278的芯片。本技术与现有技术相比具有以下的有益效果：通过热能捕获装置和供能模块为无线传感器节点提供能量，对比于采用电池供电的传感器节点，该技术具有更长的寿命，可长时间监测烟囱结构安全状况；而且该无线传感器网络节点电压源采用了电平输出模块，属于有源节点，能够忽略外界温度、工艺等外部因素对电源的影响，使得节点工作性能更加稳定和抗噪声能力更为显著。附图说明图1是本技术结构图；图2是本技术电路图；图3是微处理器模块下载电路图；图4是射频模块电路图；图5是热能收集装置图；图中各标号表示：1、热能转换装置；11、引线；12、保护套管；13、散热元件；14、热电偶丝；15、接线柱；16、导热件；2、稳压滤波电路；3、电平输出模块；31、低电平VL模块；32、高电平VH模块；4、电压判断模块；5、充放电模块；6、稳压管模块；7、微处理器模块；71、晶振单元；72、数据采集单元；73、复位单元；8、射频器模块；9、天线。以下结合说明书附图和具体实施方式对本技术做具体说明。具体实施方式以下给出本技术的具体实施例，需要说明的是本技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本技术的保护范围。本技术主要是一种可热自供电的无线传感器节点供能装置，包括依次连接的热能转换装置、稳压滤波电路和供能模块，热能转换装置与供能模块为无线传感器节点提供能量，供能模块包括依次连接的电平输出模块、电压判断模块和充放电模块，电平输出模块产生的电平输入给电压判断模块，作为稳压滤波电路输出电压的参考电压阈值。电平输出模块产生的电平包括高电平VH模块和低电平VL模块，所述的稳压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可热自供电的无线传感器节点供能装置，其特征在于，包括依次连接的热能转换装置(1)、稳压滤波电路(2)和供能模块，所述的热能转换装置(1)与供能模块为所述的无线传感器节点提供能量，/n所述的供能模块包括依次连接的电平输出模块(3)、电压判断模块(4)和充放电模块(5)，所述的电平输出模块(3)产生的电平输入给电压判断模块(4)，作为稳压滤波电路(2)输出电压的参考电压阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种可热自供电的无线传感器节点供能装置，其特征在于，包括依次连接的热能转换装置(1)、稳压滤波电路(2)和供能模块，所述的热能转换装置(1)与供能模块为所述的无线传感器节点提供能量，
所述的供能模块包括依次连接的电平输出模块(3)、电压判断模块(4)和充放电模块(5)，所述的电平输出模块(3)产生的电平输入给电压判断模块(4)，作为稳压滤波电路(2)输出电压的参考电压阈值。


2.如权利要求1所述的可热自供电的无线传感器节点供能装置，其特征在于，所述的电平输出模块(3)包括低电平VL模块(31)和高电平VH模块(32)，所述的稳压滤波电路(2)输出电压为Vs，
Vs小于等于VL时，热能转换装置(1)产生的电压对充放电模块(5)进行充电；
Vs大于VL且小于等于VH时，充放电模块(5)产生放电电压VD对节点进行供电；
Vs大于VH时，热能转换装置(1)产生的电压既对充放电模块(5)进行充电又对节点进行供电。


3.如权利要求1所述的可热自供电的无线传感器节点供能装置，其特征在于，所述稳压滤波电路(2)由电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电容C1、电容C2和稳压管D1连接组成，具体为：
电阻R1分别与三极管Q1的基极与三极管Q1的集电极两端并联连接，电容C1与三极管Q1的基极串联连接，稳压管D1与电容C1并联连接，电容C2串联连接Q1的发射极，电阻R2与电容C2并联连接，电容C1、稳压管D1、电容C2和电阻R2的另一端均接地。


4.如权利要求1所述的可热自供电的无线传感器节点供能装置，其特征在于，所述的低电平VL模块(31)由直流电源VCC1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q2、三极管Q3和运算放大器A1连接组成，具体为：
电阻R3与电阻R4的公共端与直流电源VCC1连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的集电极串联连接，三极管Q2的基极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，电阻R3的另一端串联连接电阻R5，三极管Q3的基极与三极管Q3的集电极连接且公共端连接电阻R5的另一端，三极管Q3的发射极接地，运算放大器A1的同相端与电阻R4、三极管Q2的集电极连接，运算放大器A1的反相端在电阻R3、电阻R5连接，运算放大器A1输出端与直流电源VCC1连接；
所述的高电平VH模块(32)由直流电源VCC2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、三极管Q4、三极管Q5和运算放大器A2连接组成，具体为：
电阻R6与电阻R7的公共端与直流电源VCC2连接，电阻R7的另一端与三极管Q4的集电极串联连接，三极管Q4的基极连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极接地，电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡继河，张朋，何宗峰，牛昌林，崔清，肖剑，
申请(专利权)人：甘肃第一建设集团有限责任公司，长安大学，
类型：新型
国别省市：甘肃;62