一种无线充电传感器节点制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无线充电传感器节点，该节点主要由ＰＣＢ天线、射频前端模块、微处理器模块、传感器模块、无线射频模块组成；ＰＣＢ天线与射频前端模块相连，射频前端模块通过稳压子模块与微处理器模块相连，微处理器模块通过ＩＯ端口与传感器模块相连，通过ＳＰＩ接口与无线射频模块连接；该传感器节点不仅可以进行无线充电，同时可以采集各种传感器数据并且通过无线射频芯片发送出去。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种综合射频识别无线充电功能和传感器节点获取传感数据功 能的无需电池供电的新型无线传感节点。
技术介绍
半导体技术、计算机技术的发展使无线传感器网络(Wireless Sensor Network—WSN)和射频识别(Radio Frequency IDendification—RFID)得到了很大的研究 和应用。传感器网络主要由传感器节点组成，通过对传感器节点的合理布置来完成对某一 特定传感参数的监测。传感器节点大致由传感器、微处理器、无线射频模块三部分组成，其 中传感器把采集到的传感信号传送给微处理器处理，处理完后通过无线射频模块把数据发 送给另外的节点或者上位机。射频识别技术主要由两部分组成——读写器和标签。标签本 身不携带电池，而是通过接收转换读写器发射的甚高频电磁波信号来供电，从而摆脱了电 池的束缚，与此同时，标签只携带了自身的ID信息，并且标签与读写器之间的通信距离很 短。
技术实现思路
为了克服现有传感器节点需要电池供电和无源电子标签携带信息简单且通信距 离短的不足，本技术提供了一种无线充电传感器节点。该传感器节点不仅可以进行无 线充电，同时可以采集各种传感器数据并且通过无线射频芯片发送出去。本技术解决其技术问题所采用的技术方案一种无线充电传感器节点，该节点主要由PCB天线、射频前端模块、微处理器模 块、传感器模块、无线射频模块组成；PCB天线与射频前端模块相连，射频前端模块通过稳 压子模块与微处理器模块相连，微处理器模块通过IO端口与传感器模块相连，通过SPI接 口与无线射频模块连接。本技术通过印制板天线接收、转换读写器发射的925MHz左右的射频信号，由 检波管和电容组成的倍压整流电路把微弱信号放大，然后存储在大容量低漏电流的储能电 容Cmax中，Cmax的端电压为Vout。Vout通过低功耗的稳压芯片Ul输出稳定电压Vreg，整 个节点都由Vreg供电。微控制器UO利用通用10 口与传感器模块相连，同时微处理器的10 口给传感器模块提供电源，微控制器UO通过SPI接口与无线射频模块连接。本节点采用的微控制器芯片可以选择TI公司的MSP430F2274，其第2、3引脚接 32KHz外部低速晶振，第38、39引脚接供电电压Vreg，第6、7、8引脚作为ADC模拟输入通道 连接电压传感器、光强传感器、温度传感器的模拟量输出，第9、10、11、12引脚是微控制器 的SPI接口，连接无线射频芯片U7，第15、16、17引脚连接电压传感器、光强传感器、温度传 感器的电源引脚，第20、21、22引脚分别连接发光二极管LED3、LED2、LED1，第30、31引脚连 接无线射频芯片U7。所述的无线射频芯片可以采用TI公司的CC2500，其第12、13引脚通过巴伦平衡非平衡转换器及阻抗匹配电路与2. 4GHz的贴片天线E2相连，第1、2、3、6、7、20引脚与微处 理器UO连接，第8、10引脚与沈.OMHz的晶振连接，第4、9、11、14、15、18引脚通过场效应管 Q5与微处理器UO相连。本技术具有的有益效果是1)、微处理器采用超低功耗的MSP430F2274，它的供电电压可以低至1.8V，并且提 供了多种低功耗模式，有效地降低了整个节点对能量的消耗。2)、印制板天线和检波管组成的倍压整流电路将甚高频段的电磁波信号转换成电 能并存储起来，从而完成了能量转换与传输，摆脱了传统节点对于电池的依赖。附图说明图1是本技术的整体结构框图；图2是本技术的射频前端模块电路原理图；图3是本技术的微处理器模块电路原理图；图4是本技术的传感器模块电路原理图；图5是本技术的无线射频模块电路原理图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术做进一步说明。如图1所示，描述了该新型节点的整体结构组成。它主要由PCB天线、射频前端模 块、微处理器模块、传感器模块、无线射频模块组成。PCB天线与射频前端模块相连，射频前 端模块收集能量并通过稳压子模块连接到微处理器模块，微处理器模块通过IO端口与传 感器模块相连，通过SPI接口与无线射频模块连接。PCB天线收集到的射频能量通过射频前端模块的整流转换后被储存在储能电容 Cmax中，在稳压子模块的作用下，射频前端模块最后输出稳定的电压Vreg，Vreg为整个传 感器节点提供能量。微处理器模块中的微控制器可以选用TI公司的MSP430F2274，负责整 个节点的控制工作，同是也要进行各种数据的处理，是整个节点的核心。传感器模块完成特 定传感器参数的采集，并输入至微控制器进行处理。无线射频模块的射频芯片可以选用TI 公司的2. 4GHz的无线收发器CC2500，通过无线的方式接收或者发送数据。如图2所示，是射频前端模块的电路连接。射频前端模块主要由天线Antenna、可 变电容CV、电感Li、检波管Dl D7、电容Cl C14、二极管D8、储能电容Cmax、稳压二极管 ED、稳压芯片U1、电容C15组成，其中检波管Dl D7可以选用Agilent公司的零偏置肖特 基检波管HSMS485，稳压芯片Ul可以选用ON Semiconductor公司的稳压器NCP583SQ18。 可变电容CV的一端与天线Antenna、电感Ll的一端连接，可变电容CV的另一端与地连接， 电感Ll的另一端与电容(1工3、05工7、09、(11、(13的一端连接，检波管Dl的1脚与地连 接，检波管Dl的2脚与检波管D2的1脚、电容C2的一端连接，检波管D2的2脚与检波管 D3的1脚、电容C4的一端连接，检波管D3的2脚与检波管D4的1脚、电容C6的一端连接， 检波管D4的2脚与检波管D5的1脚、电容C8的一端连接，检波管D5的2脚与检波管D6 的1脚、电容ClO的一端连接，检波管D6的2脚与检波管D7的1脚、电容C12的一端连接， 检波管D7的2脚与电容C14的一端、二极管D8的正端连接，电容C2、C4、C6、C8、CIO、C12、C14的另一端与地连接，二极管D8的负端与储能电容Cmax的一端、稳压二极管ED的负端、 稳压芯片Ul的1脚和4脚连接，储能电容Cmax的另一端与地连接，稳压二极管ED的正端 与地连接，稳压芯片Ul的3脚与电容C15的一端连接，电容C15的另一端与地连接，稳压芯 片Ul的2脚与地连接。在射频前端模块中，稳压芯片Ul的3脚输出稳定电压Vreg，储能电 容Cmax的端电压为Vout。如图3所示，描述了微处理器模块的电路连接情况。微处理器模块主要由微控制 器U0、电阻R0、晶振Y1、发光二极管LEDl LED3、电阻Rl R3、场效应管Ql Q3、电压检 测器U2、电平转换芯片U3、接插件P1、接插件P2组成，其中微处理器UO可以选用TI公司 的MSP430F2274芯片。微控制器UO的第1、4、13脚连接到地，UO的第2、3脚连接到32KHz 的辅助时钟晶振Yl，UO的第5脚与电阻RO的一端相连，电阻RO的另一端与Vreg相连，微 控制器UO的第6脚连接到图4中电压传感器U6的2脚、电容C20的一端，UO的第7脚连 接到图4中光传感器U5的第6脚、电容C19的一端，UO的第8脚连接到图4中温度传感器 U4的第3脚、电容C16本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线充电传感器节点，其特征在于：该节点主要由ＰＣＢ天线、射频前端模块、微处理器模块、传感器模块、无线射频模块组成；其中，所述ＰＣＢ天线与射频前端模块相连，射频前端模块通过稳压子模块与微处理器模块相连，微处理器模块通过ＩＯ端口与传感器模块相连，通过ＳＰＩ接口与无线射频模块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈积明，江发昌，程鹏，贺诗波，孙优贤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]