基于无线电能量收集的无电池传感器、方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于无线电能量收集的无电池传感器、方法及系统，属于低功耗电路技术领域。本发明专利技术提供了一种基于无线电能量收集技术的无电池传感器的设计，通过能量收集电路和超级电容进行无线电能量收集，并在收集到足够多的电能时给主控单片机、传感器以及无线收发器进行供电，完成数据的传送。能够收集网关发射出来的无线电能对传感器设备内各部位供电，采用超级电容进行收集能量的存储，大大增加了设备的充电循环次数，解决了现有技术中存在的传感器需要多次更换电池，维护成本高的问题。维护成本高的问题。维护成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于无线电能量收集的无电池传感器、方法及系统


[0001]本专利技术涉及低功耗电路
，尤其涉及基于无线电能量收集的无电池传感器、方法及系统。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]随着互联网技术的快速发展，物联网传感器技术已经成为了一项重要的技术，开始应用于更广泛的领域，包括家庭自动化、健康监测、交通管理等。也在许多行业中得到了广泛应用。例如，它可以用于智能城市、农业、医疗保健、能源管理等领域，为人们的生活带来了极大的方便。
[0004]然而电池耗尽或出现故障时，传感器无法工作，导致传感器暂时失效，或者无法收集数据。目前市面上的基于太阳能电池板以及基于温差发电片的物联网传感器，一定程度上可以解决电池耗尽的问题。然而太阳能电池需要接受充足的光照才能正常产生足够的电能，且现有技术的太阳能电池板的发电效率与其温度成反比；温差发电片需要两个持续性的温度差的区域才能产生足够的电能，而物联网传感器的大部分应用场景无法满足上述要求，难以有效补充传感器节点电池的电能。
[0005]同时由于电池使用寿命的的限制，传感器节点的电池需要定期更换，大大增加了节电设备的维护成本，尤其是处在难以接近位置的传感器节点。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术实施例的目的是提供基于无线电能量收集的无电池传感器、方法及系统，通过能量收集电路和超级电容进行无线电能量收集，并在收集到足够多的电能时给主控单片机、传感器以及无线收发器进行供电，完成数据的传送。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了基于无线电能量收集的无电池传感器；
[0009]基于无线电能量收集的无电池传感器，包括天线、切换开关、无线收发器、能量收集电路、超级电容、稳压器、控制单元和传感器；
[0010]所述天线与所述切换开关的控制端电连接，所述切换开关的的常闭端与所述能量收集电路电连接，用于对天线收集的无线电能进行整流处理和最大功率点调整，所述能量收集电路与所述超级电容电连接，所述超级电容用于存储整流处理和最大功率点调整后的无线电能，所述超级电容与所述稳压器电连接，所述稳压器用于根据所述超级电容存储的电量信息和阈值，为所述无线收发器、所述控制单元和所述传感器供电；
[0011]所述控制单元与所述稳压器连接，用于获取所述超级电容存储的电量信息，根据所述超级电容存储的电量信息和阈值，发出控制信号至切换开关，以使切换开关的常开端闭合，常闭端断开；
[0012]所述切换开关的常开端与所述无线收发器电连接，所述无线收发器与所述控制单
元通信连接，所述控制单元与所述传感器通信连接，用于将传感器采集的数据传输至物联网网关。
[0013]进一步的，所述能量收集电路包括整流电路和MPPT充电电路；
[0014]所述整流电路用于对无线电能进行整流，所述MPPT充电电路根据整流后的电压对整流后的电流进行最大功率点调整。
[0015]进一步的，还包括下拉电阻，所述下拉电阻的第一端与所述控制单元电连接，所述下拉电阻的第一端与所述切换开关的控制端电连接，所述下拉电阻的第二端接地。
[0016]进一步的，所述无线收发器包括信号调理单元、第一调制解调单元、模数转换单元和第二调制解调单元；信号调理单元用于对输入的模拟信号进行滤波、放大处理，第一调制解调单元用于对处理后的模拟信号进行下变频处理，模数转换单元用于将下变频处理后的模拟信号进行数字量化，转换为数字信号，第二调制解调单元用于进行频率偏移调制解调，对数字信号进行数字载波处理。
[0017]进一步的，所述天线为无源天线，所述无线收发器为单工收发器，所述开关为固态单刀双掷开关，所述控制单元为主控单片机，所述稳压器为升降压式稳压器。
[0018]进一步的，所述天线和所述无线收发器的无线射频频率一致。
[0019]进一步的，当电量信息小于阈值时，所述控制单元还用于分别发出休眠指令至所述传感器和所述无线收发器；
[0020]当电量信息大于阈值时，所述控制单元还用于发出第一唤醒指令至所述无线收发器，所述无线收发器获取地址命令包并传输至所述控制单元，所述控制单元判断所述地址命令包是否有效，若有效，所述控制单元发出第二唤醒指令至所述传感器。
[0021]第二方面，本专利技术提供了上述基于无线电能量收集的无电池传感器的工作方法；
[0022]基于无线电能量收集的无电池传感器的工作方法，包括：
[0023]当超级电容存储的电量信息小于稳压器的电压阈值时，天线通过切换开关与能量收集电路连接，能量收集电路对天线收集的无线电能进行整流处理和最大功率点调整，并传输至超级电容；
[0024]稳压器获取超级电容的电量信息，将电量信息与预设的电压阈值进行比较；当电量信息大于预设阈值时，稳压器进行稳压输出，为无线收发器、控制单元和传感器供电；
[0025]当电量信息大于预设的电压阈值时，控制单元将下拉电阻置为高电平，使天线通过切换开关与无线收发器连接；无线收发器通过天线与物联网网关通信，控制单元将传感器采集的数据通过无线收发器传输至物联网网关。
[0026]进一步的，无线收发器获取物联网网关发出的地址命令包，并传输至控制单元；所述控制单元判断所述地址命令包是否有效，若有效，所述控制单元发出第二唤醒指令至所述传感器，并获取所述传感器采集的数据；
[0027]当所述控制单元判断所述数据有效时，将所述数据打包为带有本机地址的数据包，并将该数据包通过无线收发器发送至物联网网关。
[0028]第三方面，本专利技术提供了基于无线电能量收集的无电池传感器系统；
[0029]基于无线电能量收集的无电池传感器系统，包括物联网网关、多个基于无线电能量收集的无电池传感器和云端服务器，多个基于无线电能量收集的无电池传感器分别与所述物联网网关通信，所述物联网网关与所述云端服务器通信。
[0030]本专利技术提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0031]1、本专利技术提供的技术方案，通过收集物联网网关发射出来的无线电能对节点设备内各部位供电，免除了采用太阳能、温差能等传统能量收集手段的设备对光照、温度差等特殊环境的需求，同时增强了节点设备的可用时间段的可预测性。
[0032]2、本专利技术提供的技术方案，采用超级电容进行收集能量的存储，大大增加了设备的充电循环次数，延长了设备的运行寿命，进而减少了设备的维护成本。
[0033]3、本专利技术提供的技术方案，传感器节点采用数字传感器，大大减少了设备的功耗，相比较于模拟传感器，传感器的精度更高，抗电磁干扰能力更强。
附图说明
[0034]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0035]图1是本专利技术实施例提供的基于无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无线电能量收集的无电池传感器，其特征在于，包括天线、切换开关、无线收发器、能量收集电路、超级电容、稳压器、控制单元和传感器；所述天线与所述切换开关的控制端电连接，所述切换开关的的常闭端与所述能量收集电路电连接，用于对天线收集的无线电能进行整流处理和最大功率点调整，所述能量收集电路与所述超级电容电连接，所述超级电容用于存储整流处理和最大功率点调整后的无线电能，所述超级电容与所述稳压器电连接，所述稳压器用于根据所述超级电容存储的电量信息和阈值，为所述无线收发器、所述控制单元和所述传感器供电；所述控制单元与所述稳压器连接，用于获取所述超级电容存储的电量信息，根据所述超级电容存储的电量信息和阈值，发出控制信号至切换开关，以使切换开关的常开端闭合，常闭端断开；所述切换开关的常开端与所述无线收发器电连接，所述无线收发器与所述控制单元通信连接，所述控制单元与所述传感器通信连接，用于将传感器采集的数据传输至物联网网关。2.如权利要求1所述的基于无线电能量收集的无电池传感器，其特征在于，所述能量收集电路包括整流电路和MPPT充电电路；所述整流电路用于对无线电能进行整流，所述MPPT充电电路根据整流后的电压对整流后的电流进行最大功率点调整。3.如权利要求1所述的基于无线电能量收集的无电池传感器，其特征在于，还包括下拉电阻，所述下拉电阻的第一端与所述控制单元电连接，所述下拉电阻的第一端与所述切换开关的控制端电连接，所述下拉电阻的第二端接地。4.如权利要求1所述的基于无线电能量收集的无电池传感器，其特征在于，所述无线收发器包括信号调理单元、第一调制解调单元、模数转换单元和第二调制解调单元；信号调理单元用于对输入的模拟信号进行滤波、放大处理，第一调制解调单元用于对处理后的模拟信号进行下变频处理，模数转换单元用于将下变频处理后的模拟信号进行数字量化，转换为数字信号，第二调制解调单元用于进行频率偏移调制解调，对数字信号进行数字载波处理。5.如权利要求1所述的基于无线电能量收集的无电池传感器，其特征在于，所述天线为无源天线，所述无线收发器为单工收发器，所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，
申请(专利权)人：泰山学院，
类型：发明
国别省市：