一种自供电模块化无线传感网络节点制造技术

本发明专利技术涉及一种自供电模块化无线传感网络节点，包括壳体，壳体内部设置有控制模块，壳体外部可拆卸地连接有能量收集模块、无线传输模块和多个传感模块；能量收集模块包括第一容置腔，第一容置腔内设置有第一压电梁和第二压电梁，第一压电梁包括高频悬臂梁，第二压电梁包括低频悬臂梁，高频悬臂梁和低频悬臂梁上均粘贴有压电元件；高频悬臂梁和低频悬臂梁呈间隔设置，低频悬臂梁用于在振动运动中与高频悬臂梁发生碰撞，使得高频悬臂梁产生电压输出。本发明专利技术可以高效俘获振动能量而实现稳定高效的自供电；整体结构简单且集成度高，各模块采用可拆卸设计，更便于安装和更换，大大降低了使用和维护成本。使用和维护成本。使用和维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种自供电模块化无线传感网络节点


[0001]本专利技术涉及无线传感网络节点
，尤其是指一种自供电模块化无线传感网络节点。

技术介绍

[0002]无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)由部署在监测区域内大量的微型传感节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，是物联网的重要组成部分，其主要功能是感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给控制中心。大部分无线传感器网络是采用电池供电，工作环境复杂且数量大，更换电池困难，节点的使用寿命有限，并且电源电压对节点的传感、处理、无线通讯等性能有较大的影响，例如电源电压下降会同时降低敏感性和加速度计的带宽。为了延长传感器网络的工作周期，现有技术中出现了基于太阳能和风能的能量供给系统，实现了在有阳光和有风环境下为无线传感节点供电的目的，但是在黑夜或者密闭环境中也无法使用，无法满足供电需求。而机械能在自然环境中普遍存在，如海浪、机械、生物运动、车辆振动等，因此通过振动微能源收集技术，将机械装备自身产生机械能(如冲击、旋转、振动)转换为电能，为低功耗传感节点供电，是打破供电方式限制的有效方案。
[0003]但是现有的通过振动能源来实现供电的无线传感网络节点结构复杂，无法高效俘获振动能量且制造成本较高，且节点中各个模块通常采用一体化设置，一旦其中某个模块受损整个节点就报废了，使用和维护成本较高。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中通过振动能源来实现供电的无线传感网络节点无法高效俘获振动能量、使用和维护成本较高的缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种自供电模块化无线传感网络节点，包括壳体，所述壳体内部设置有控制模块，所述壳体外部可拆卸地连接有能量收集模块、无线传输模块和多个传感模块；所述能量收集模块用于给所述控制模块供电，所述无线传输模块和传感模块均与所述控制模块电连接；
[0006]所述能量收集模块包括第一容置腔，所述第一容置腔内设置有第一压电梁和第二压电梁，所述第一压电梁包括第一支撑框架，所述第一支撑框架上连接有高频悬臂梁，所述第二压电梁包括第二支撑框架，所述第二支撑框架上连接有低频悬臂梁，所述高频悬臂梁和低频悬臂梁上均粘贴有压电元件；
[0007]所述高频悬臂梁的共振频率大于所述低频悬臂梁的共振频率；所述高频悬臂梁和低频悬臂梁呈间隔设置，所述低频悬臂梁用于在振动运动中与高频悬臂梁发生碰撞，使得高频悬臂梁产生电压输出。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述能量收集模块包括第一底座，所述第一底座上连接有第一盖体，所述第一盖体和所述第一底座之间形成所述第一容置腔，所述第一容置腔
中设置有垫片，所述垫片上具有开口。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，多个传感模块中至少存在一个倾角传感模块和一个加速度传感模块，所述倾角传感模块和加速度传感模块均包括第二容置腔，所述第二容置腔中均设置有第二压电梁，所述倾角传感模块、加速度传感模块和能量收集模块中的第二压电梁呈相互垂直设置。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述倾角传感模块和加速度传感模块均包括第二底座，所述第二底座上连接有第二盖体，所述第二盖体和所述第二底座之间形成所述第二容置腔。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述壳体的上部和下部均连接有所述能量收集模块。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，全部所述传感模块和所述无线传感模块围绕所述壳体的轴线布置。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述多个传感模块中至少存在温湿度传感模块、气体传感模块、压力传感模块中的一种或多种。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述能量收集模块、无线传输模块和传感模块均通过螺栓和所述壳体相连接。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述控制模块包括整流储能模块和信号采集控制模块，所述整流储能模块用于将能量收集模块输出的交流电转换成直流电并进行存储，所述整流储能模块用于给信号采集控制模块供电，全部所述传感模块均于所述信号采集控制模块电连接，所述信号采集控制模块用于将将传感模块产生的信号传输至无线传输模块，并由无线传输模块传输至电脑终端。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述高频悬臂梁的顶面和顶面均粘贴有压电元件。
[0017]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0018]本专利技术所述的自供电模块化无线传感网络节点，可以高效俘获振动能量而实现稳定高效的自供电；整体结构简单且集成度高，能量收集模块、无线传输模块和传感模块均采用可拆卸设计，更便于安装和更换，大大降低了使用和维护成本。
附图说明
[0019]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0020]图1是本专利技术的自供电模块化无线传感网络节点的结构示意图；
[0021]图2是图1所示的网络节点的爆炸分解示意图；
[0022]图3是图2中倾角传感模块的爆炸分解示意图；
[0023]图4是图2中能量收集模块的爆炸分解示意图；
[0024]图5是图2中加速度传感模块的爆炸分解示意图；
[0025]图6是图2中温湿度传感模块的爆炸分解示意图；
[0026]图7是图2中无线传输模块的爆炸分解示意图；
[0027]图8是图2中控制模块的爆炸分解示意图；
[0028]图9是高频悬臂梁和低频悬臂梁的碰撞示意图；
[0029]图10是三轴传感示意图；
[0030]图11是图1所示的网络节点各模块的连接示意图；
[0031]说明书附图标记说明：1、壳体；2、控制模块；21、整流储能模块；22、稳压模块；23、信号采集控制模块；3、能量收集模块；31、第一容置腔；32、第一底座；33、第一盖体；34、垫片；341、开口；35、第一压电梁；351、第一支撑框架；352、高频悬臂梁；36、第二压电梁；361、第二支撑框架；362、低频悬臂梁；4、无线传输模块；41、第四盖体；42、第四底座；43、无线传输电路板；5、倾角传感模块；51、第二容置腔；52、第二底座；53、第二盖体；6、加速度传感模块；7、温湿度传感模块；71、第三盖体；72、第三底座；73、温湿度传感电路板。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0033]参照图1
‑
图2所示，本实施例公开了一种自供电模块化无线传感网络节点，包括壳体1，壳体1内部设置有控制模块2，壳体1外部可拆卸地连接有能量收集模块3、无线传输模块4和多个传感模块；
[0034]其中，能量收集模块3用于产生电能并给控制模块2供电，无线传输模块4和传感模块均与控制模块2电连接；传感模块用于采集传感信号并传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自供电模块化无线传感网络节点，其特征在于：包括壳体，所述壳体内部设置有控制模块，所述壳体外部可拆卸地连接有能量收集模块、无线传输模块和多个传感模块；所述能量收集模块用于给所述控制模块供电，所述无线传输模块和传感模块均与所述控制模块电连接；所述能量收集模块包括第一容置腔，所述第一容置腔内设置有第一压电梁和第二压电梁，所述第一压电梁包括第一支撑框架，所述第一支撑框架上连接有高频悬臂梁，所述第二压电梁包括第二支撑框架，所述第二支撑框架上连接有低频悬臂梁，所述高频悬臂梁和低频悬臂梁上均粘贴有压电元件；所述高频悬臂梁的共振频率大于所述低频悬臂梁的共振频率；所述高频悬臂梁和低频悬臂梁呈间隔设置，所述低频悬臂梁用于在振动运动中与高频悬臂梁发生碰撞，使得高频悬臂梁产生电压输出。2.根据权利要求1所述的自供电模块化无线传感网络节点，其特征在于：所述能量收集模块包括第一底座，所述第一底座上连接有第一盖体，所述第一盖体和所述第一底座之间形成所述第一容置腔，所述第一容置腔中设置有垫片，所述垫片上具有开口。3.根据权利要求1所述的自供电模块化无线传感网络节点，其特征在于：多个传感模块中至少存在一个倾角传感模块和一个加速度传感模块，所述倾角传感模块和加速度传感模块均包括第二容置腔，所述第二容置腔中均设置有第二压电梁，所述倾角传感模块、加速度传感模块和能量收集模块中的第二压电梁呈相互垂直设置。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会聪，黄曼娟，冯孝为，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：