一种无线传感器节点动态电源路径管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无线传感器节点动态电源路径管理系统，换能电路、单向导通电路A、超级电容、取样电路顺次连接；超级电容分别与电子开关电路A、单向导通电路B连接；电子开关电路A、锂电池充电电路、锂电池、电子开关电路B、升/降压电路顺次连接；升/降压电路分别与基准电路、比较电路A、比较电路B以及后级负载电路直接连接；电子开关电路B与单向导通电路B直接连接；单向导通电路B与升/降压电路直接连接；取样电路分别与比较电路A及比较电路B直接连接；比较电路A与电子开关电路A直接连接；比较电路B与电子开关电路B直接连接；基准电路分别与比较电路A、比较电路B直接连接。本实用新型专利技术能够根据换能电路自动调整电源路径。型能够根据换能电路自动调整电源路径。型能够根据换能电路自动调整电源路径。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器节点动态电源路径管理系统


[0001]本技术属于无线传感网电源
，具体涉及一种无线传感器节点动态电源路径管理系统。

技术介绍

[0002]无线传感网具有免布线优势，有着高度的使用灵活性，成为迅速崛起的一项研究领域，稳定的电能供给是无线传感网技术要解决的首要问题。大多情况下，环境能量源难以保证其稳定性、持续性以及足够的功率，使用储能器件则成为无线传感器节点持续稳定工作的重要乃至唯一保障措施。尽管可选择的小体积储能器件品类众多，如电解电容、超级电容、锂电池、镍氢电池、镍镉电池等，但综合储能密度、循环寿命特性、自放电特性等因素，在当前无线收发系统的功耗控制水平下，锂电池因其较高的储能密度、较低的自放电、相对可用的循环寿命、充放电无记忆特性、普及带来的低成本优势等，成为较为平衡的选择。然而在无线传感网这样的应用场景中，锂电池循环寿命有限的缺点也变得更为凸显，由于环境能量源往往缺乏持续性、稳定性，锂电池必然会经常处于边充电边放电的不利状态，这种状态严重损耗了锂电池有限的循环寿命，导致的不利后果必然是需要更加频繁的更换锂电池，造成维护成本的提升。
[0003]超级电容在循环寿命上则存在着巨大优势，但因储能密度不够高、自放电相对较快，不足以保证能量源长时间中断情况下无线传感器节点的供电，往往不能成为优选对象。锂电池与超级电容如能优势互补，则必然能有效延长储能器件的寿命，降低运维成本。因此，设计一种能够合理协调锂电池与超级电容充放电关系的无线传感器节点动态电源路径管理系统，将有效增加无线传感器节点的电池更换时间间隔，降低无线传感网的运维成本，具有较高的经济价值和实用价值。

技术实现思路

[0004]本技术针对现有技术中的不足，提供一种无线传感器节点动态电源路径管理系统，目的在于为无线传感器节点提供一种能够合理协调锂电池与超级电容充放电关系、能够有效减少锂电池处于边充电边放电不利状态、有效发挥超级电容循环寿命优势、达到有效增加无线传感器节点的电池更换时间间隔、降低无线传感网运维成本的动态电源路径管理系统。
[0005]为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种无线传感器节点动态电源路径管理系统，包括换能电路、单向导通电路A、单向导通电路B、电子开关电路A、电子开关电路B、超级电容、取样电路、锂电池充电电路、锂电池、基准电路、比较电路A、比较电路B、升/降压电路；
[0006]所述换能电路、单向导通电路A、超级电容、取样电路顺次连接；所述超级电容还分别直接与电子开关电路A、单向导通电路B连接；所述电子开关电路A、锂电池充电电路、锂电池、电子开关电路B、升/降压电路顺次连接；所述升/降压电路分别与基准电路、比较电路A、
比较电路B以及后级负载电路直接连接；所述电子开关电路B与单向导通电路B直接连接；所述单向导通电路B与升/降压电路直接连接；所述取样电路分别与比较电路A及比较电路B直接连接；所述比较电路A与电子开关电路A直接连接；所述比较电路B与电子开关电路B直接连接；所述基准电路分别与比较电路A、比较电路B直接连接。
[0007]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0008]进一步地，所述换能电路用于将环境能量转换为直流电源；所述单向导通电路A用于避免超级电容中的电能向换能电路泄放；
[0009]所述单向导通电路B用于避免锂电池向超级电容充电，进而造成锂电池的自循环充放电；
[0010]所述超级电容用于预储能，根据换能电路供电能力不同，在比较电路A输出信号控制下，选择性向锂电池充电电路供电；
[0011]所述取样电路用于获取超级电容的电压信号，将超级电容电压转换为适应于升/降压电路供电电压条件下比较电路A与比较电路B容许范围内的输入信号电压；
[0012]所述基准电路用于产生高低不同的上限基准电压和下限基准电压，分别用作比较电路A和比较电路B的比较电压基准，上限基准电压大于下限基准电压；
[0013]所述比较电路A用于比较超级电容取样后的电压是否达到上限基准电压；所述比较电路B的作用是比较超级电容取样后的电压是否低于下限基准电压；
[0014]所述电子开关电路A用于在比较电路A的控制下连通或断开锂电池充电电路电源；所述电子开关电路B的作用是在比较电路B的控制下连通或断开锂电池对升/降压电路的供电；
[0015]所述升/降压电路用于为负载、基准电路、比较电路A和比较电路B提供稳定的直流电压。
[0016]进一步地，所述换能电路包括太阳能电池；单向导通电路A、单向导通电路B分别包括一个二极管；取样电路包括串联电阻R1和R2；升/降压电路包括电容C4、C5和低压差线性稳压芯片XC6206P332MR；基准电路包括串联电阻R6、R7和R8，电阻R6与R7的公共端输出上限基准电压，电阻R7与R8的公共端输出下限基准电压；比较电路A包括微功耗比较器RS8901；比较电路B包括微功耗比较器RS8901；电子开关电路A包括电阻R3和PMOS管Q1；电子开关电路B包括电阻R5和PMOS管Q2；锂电池充电电路包括电阻R4、电容C2和C3、锂电池充电芯片XT4054。
[0017]进一步地，当超级电容C1的取样电压高于上限基准电压时，比较电路A输出低电平，使得电子开关电路A导通，超级电容C1对锂电池充电；当超级电容C1的取样电压低于下限基准电压时，比较电路B输出低电平，使得电子开关电路B导通，锂电池对升/降压电路供电。
[0018]进一步地，电子开关电路A能够在微功耗比较器RS8901输出信号控制下导通或断开，导通时超级电容C1对锂电池充电；电子开关电路B能够在微功耗比较器RS8901输出信号控制下导通或断开，导通时锂电池对升/降压电路供电。
[0019]进一步地，该电源路径管理系统根据换能电路输出能力不同，划分为以下四种工作流程：
[0020]1)换能电路无输出时，超级电容取样电压始终低于下限基准电压，电子开关电路A
常断，电子开关电路B常开，升/降压电路及其负载所需电能仅由锂电池提供；
[0021]2)换能电路有输出，但不足以单独为升/降压电路及其负载提供足够电能时，电子开关电路A常断，电子开关电路B常开，超级电容电压基本保持等于锂电池电压与单向导通电路B导通压降之和，升/降压电路及其负载由锂电池与换能电路共同供电；
[0022]3)换能电路供电能力足够为升/降压电路及其负载提供电能，但不足以同时为锂电池持续充电时，超级电容的取样电压维持在下限基准电压与上限基准电压之间，电子开关电路B常断，电子开关电路A间歇性打开，将多余电能间歇性储存至锂电池；
[0023]4)换能电路供电能力足够为升/降压电路及其负载，以及锂电池充电同时供电时，超级电容的取样电压维持在上限基准电压之上，电子开关电路A处于常开，电子开关电路B处于常断状态，升/降压电路及其负载由超级电容单独供电，且锂电池处于持续充电状态。
[0024]本技术的有益效果是：采用本技术的无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器节点动态电源路径管理系统，其特征在于，包括换能电路、单向导通电路A、单向导通电路B、电子开关电路A、电子开关电路B、超级电容、取样电路、锂电池充电电路、锂电池、基准电路、比较电路A、比较电路B、升/降压电路；所述换能电路、单向导通电路A、超级电容、取样电路顺次连接；所述超级电容还分别直接与电子开关电路A、单向导通电路B连接；所述电子开关电路A、锂电池充电电路、锂电池、电子开关电路B、升/降压电路顺次连接；所述升/降压电路分别与基准电路、比较电路A、比较电路B以及后级负载电路直接连接；所述电子开关电路B与单向导通电路B直接连接；所述单向导通电路B与升/降压电路直接连接；所述取样电路分别与比较电路A及比较电路B直接连接；所述比较电路A与电子开关电路A直接连接；所述比较电路B与电子开关电路B直接连接；所述基准电路分别与比较电路A、比较电路B直接连接。2.根据权利要求1所述的无线传感器节点动态电源路径管理系统，其特征在于，所述换能电路用于将环境能量转换为直流电源；所述单向导通电路A用于避免超级电容中的电能向换能电路泄放；所述单向导通电路B用于避免锂电池向超级电容充电，进而造成锂电池的自循环充放电；所述超级电容用于预储能，根据换能电路供电能力不同，在比较电路A输出信号控制下，选择性向锂电池充电电路供电；所述取样电路用于获取超级电容的电压信号，将超级电容电压转换为适应于升/降压电路供电电压条件下比较电路A与比较电路B容许范围内的输入信号电压；所述基准电路用于产生高低不同的上限基准电压和下限基准电压，分别用作比较电路A和比较电路B的比较电压基准，上限基准电压大于下限基准电压；所述比较电路A用于比较超级电容取样后的电压是否达到上限基准电压；所述比较电路B的作用是比较超级电容取样后的电压是否低于下限基准电压；所述电子开关电路A用于在比较电路A的控制下连通或断开锂电池充电电路电源；所述电子开关电路B的作用是在比较电路B的控制下连通或断开锂电池对升/降压电路的供电；所述升/降压电路用于为负载、基准电路、比较电路A和比较电路B提供稳定的直流电压。3.根据权利要求1所述的无线传感器节点动态电源路径管理系统，其特征在于，所述换能电路包括太阳能电池；单向导通电路A、单向导通电路B分别包括一个二极管；取样电路包括串联电阻R1和R2；升/降压电路包括电容C4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，张加宏，顾芳，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：