【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微能源采集电路，尤其涉及一种电阻尼智能调节电路及调节方法。
技术介绍
1、随着电子技术的飞速发展，低功耗器件也大量涌现，但电子传感器件的能源供给一直阻碍着无线传感网络的建设和发展。目前，电子及传感设备的能源供给大都依赖于传统的化学电池供电，然而化学电池存在使用寿命短、需要频繁更换和环境污染等问题，为了摆脱受化学电池限制的缺陷供电模式，人们基于不同的原理开发了各种能量采集装置。
2、与其他能源相比，振动能量相对常见且易于收集，环境中存在着微小但频繁的振动能量，如机械设备的振动、交通运输中的振动以及自然环境中的风、水流等。传统上，这种微弱振动能量被认为是无法有效利用的能量资源，因为传统的能量转换技术需要较高的振动幅度才能产生足够的电能；然而电磁振动能量采集器的出现改变了这一现状，它利用了电磁感应定律和微小振动能量的特性，通过将环境振动转化为电能，结构简单且输出稳定所以受到了广泛关注。
3、电磁振动能量采集器采集振动能量时，电阻尼的存在会在振动系统中引入阻尼力，减少振动的幅度，对能量收集效果产生阻碍，降低能量的传输效率，在一定的负载阻抗条件下甚至会导致采集器停止振动，所以为了持续输出电能需要能源管理电路实现控制，而如何智能调节电阻尼来提高电磁振动能量采集器的能量转换效率成为了收集微弱振动能量的关键问题。
技术实现思路
1、为克服目前电磁振动能量采集器采集微弱能量时，由于电阻尼的存在使得振动受阻，采集效率不高的技术缺陷，本专利技术提供了一种电阻尼智能调
2、本专利技术提供了一种电阻尼智能调节电路，包括电磁振动能量采集器、能源管理电路、电子开关器件、储能电容以及检测与控制电路组件，能源管理电路包括全桥整流电路和稳压电路，电子开关器件由发光二极管和光电三极管组成，检测与控制电路组件包括相连接的单片机和ad采集模块，电磁振动能量采集器一端接地另一端与全桥整流电路相连，全桥整流电路的一个输出端与光电三极管的集电极相连，全桥整流电路的另一个输出端与稳压电路相连，光电三极管的发射极连接至储能电容的一端，储能电容的另一端接地，稳压电路的输出端通过检测与控制电路组件连接至发光二级管的正极相连，发光二极管的负极接地，光电三极管的发射极与储能电容之间还连接有电阻，ad采集模块用于实时采集电阻以及稳压电容的电流和电压，ad采集模块采集的数据通过spi通信实时回传至单片机。
3、本专利技术中，电磁振动能量采集器负责将环境中的微振动能转换为电能，从环境中汲取能量为后续电路供电；全桥整流电路负责将电磁振动能量采集器输出的交流电转换为直流电；稳压电路负责将经过整流电路转换的直流电转化为主控芯片所需要的合适的电压；电子开关器件负责控制电能对储能电容供电电路的通断来智能调节电阻尼；监测与控制电路对电子开关器件进行控制，不断调节电阻尼保证电容储能做功达到最大值，选用不同的储能电容储能时，监测与控制电路根据负载阻抗的变化，智能调节占空比实现最优工作点的阻抗匹配。单片机选择功耗极低的stm32f103最小系统单片机。电子开关器件是以光为媒介来传输电信号的器件，当pwm脉冲方波高电平信号加到发光二极管led上，led发光，光电三极管接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，实现了“电-光-电”的转换及传输。电子开关器件断开时，电磁振动能量采集器和储能电容之间的供电回路断开，此状态下无电阻尼；电子开关器件导通时，电磁振动能量采集器和储能电容之间的供电回路导通，此状态下电阻尼根据负载的变化而变化。通过高频pwm脉冲方波的高低电平控制电子开关器件的导通与关断，等效于调节整体系统的电阻尼。
4、本专利技术还公开了一种电阻尼智能调节方法，是基于本专利技术所述一种电阻尼智能调节电路实现的，该方法为：
5、通过单片机输出的pwm脉冲方波的高低电平控制电子开关器件的导通与关断，初始状态时，将pwm脉冲方波占空比设置为0等同于开路，单片机首先给pwm脉冲方波占空比一个1%的增量，ad采集模块将实时采集到的储能电容充电时的电压和电流发送至单片机，单片机经过数据处理与计算首先计算得到功率p，再对x个pwm周期内的功率进行积分得到做功值，当前做功值记为w(i)，改变占空比之前的做功值记为w(i-1)，若w(i)与 w(i-1)相等，则说明此时的工作点位置尚未达到最优工作点，应继续以1%的增量提高pwm脉冲方波的占空比，并更新当前状态做功值，若w(i)与 w(i-1)不相等，则继续比较w(i)与 w(i-1)的大小，若w(i)>w(i-1)，则说明此时的工作点位置尚未达到最优工作点，应继续以1%增量提高pwm脉冲方波的占空比，并更新当前状态做功值；相反，若w(i)＜w(i-1)，说明此时的工作点位置已经超过最优工作点，此时应以1%减量降低pwm脉冲方波的占空比，保留原状态做功值以供下次比较；以1%减量降低pwm脉冲方波的占空比后，以0.1%增量提高pwm脉冲方波的占空比，以相同的方法采集实时功率积分并和改变占空比之前的做功值比较，实现第二轮的最优工作点追踪；以0.1%减量降低pwm脉冲方波的占空比后，以0.01%增量提高pwm脉冲方波的占空比，以相同的方法采集实时功率积分并和改变占空比之前的做功值比较，实现第三轮的最优工作点追踪，之后维持此状态工作。
6、电阻为一个小阻值电阻，本身功耗极低，高速ad采集模块实时采集电阻两端的电压，与电阻值相除得到实时负载电流。同时高速ad采集模块实时采集储能电容两端负载电压，将实时负载电流和实时负载电压两者相乘得到负载的实时功率。经过积分运算得出给定时间内电磁振动能量采集器的做功值，单片机根据做功值再结合本专利技术所述电阻尼智能调节方法输出pwm脉冲方波对电子开关器件进行控制。电子开关器件的发光二极管正极与检测与控制电路相连用于接收单片机发出的pwm脉冲方波，发光二极管负极接地，光电三极管集电极与整流后的负极相连，光电三极管发射极与储能电容相连。
7、选用不同的储能电容对电磁能量采集器采集的能量进行储能时，由于储能电容负载阻抗不同，电阻尼对振动能量采集器的阻碍效果也不同，此时本专利技术所述方法可以根据阻抗变化智能调节占空比，实现最优工作点的阻抗匹配。最优工作点的追踪使电子开关器件占空比自适应于电容负载，将电阻尼对供电电路的阻碍效果降到最小，提高了储能的效率，同时提高了能源收集的效率。
8、优选的，x为10。即每次采集电压电流后，在十个pwm脉冲周期内对功率进行积分计算。
9、本专利技术提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：电磁能源管理电路通过本专利技术所述方法比较前后时间间隔输出做功，单片机根据做功的变化调节开关占空比，实现最优工作点的追踪；电磁振动能量采集器选用不同的电容储能时，储能电容阻抗不同导致电阻尼的阻碍效果不同，智能匹配相应的开关占空比，实现最优工作点的阻抗匹配；最优工作点的追踪使电子开关器件占空比自适应于电容负载，将电阻尼对供电电路的阻碍效果降到最小，提高了储能的效率，同时提高了能源收集的效率。
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1.一种电阻尼智能调节电路，其特征在于，包括电磁振动能量采集器、能源管理电路、电子开关器件、储能电容以及检测与控制电路组件，能源管理电路包括全桥整流电路和稳压电路，电子开关器件由发光二极管和光电三极管组成，检测与控制电路组件包括相连接的单片机和AD采集模块，电磁振动能量采集器一端接地另一端与全桥整流电路相连，全桥整流电路的一个输出端与光电三极管的集电极相连，全桥整流电路的另一个输出端与稳压电路相连，光电三极管的发射极连接至储能电容的一端，储能电容的另一端接地，稳压电路的输出端通过检测与控制电路组件连接至发光二级管的正极相连，发光二极管的负极接地，光电三极管的发射极与储能电容之间还连接有电阻，AD采集模块用于实时采集电阻以及稳压电容的电流和电压，AD采集模块采集的数据通过SPI通信实时回传至单片机。
2.一种电阻尼智能调节方法，其特征在于，是基于权利要求1所述一种电阻尼智能调节电路实现的，该方法为：
3.根据权利要求2所述的一种电阻尼智能调节方法，其特征在于，x为10。
【技术特征摘要】
1.一种电阻尼智能调节电路，其特征在于，包括电磁振动能量采集器、能源管理电路、电子开关器件、储能电容以及检测与控制电路组件，能源管理电路包括全桥整流电路和稳压电路，电子开关器件由发光二极管和光电三极管组成，检测与控制电路组件包括相连接的单片机和ad采集模块，电磁振动能量采集器一端接地另一端与全桥整流电路相连，全桥整流电路的一个输出端与光电三极管的集电极相连，全桥整流电路的另一个输出端与稳压电路相连，光电三极管的发射极连接至储能电容的一端，储能电容的...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯晓娟，何剑，张若阳，耿文平，武慧，穆继亮，丑修建，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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