一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统技术方案

本发明专利技术属于能量采集技术领域，具体涉及一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统；该电路系统包括：自供电传感器、开关网络电路、采能电路、控制单元、传感电路和通信模块；自供电传感器输出端与开关网络电路连接；开关网络电路分别与采能电路、控制单元和传感电路连接；采能电路输出端分别与控制单元、通信模块、传感电路连接；传感电路输出端与通信模块连接；本发明专利技术通过控制单元的电平信号，有效控制采能单元和传感电路的工作时序，既能为通信模块提供采样信号，又能为其稳定供能，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统


[0001]本专利技术属于能量采集
，具体涉及一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统。

技术介绍

[0002]物联网(IoT)是一种基于互联网和RFID技术发展的网络，实现了“物与物”、“人与物”之间信息获取、融合、传播和共享。无线传感网络(WSN)是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。由于无线传感网络容错性强、自适应能力好、动态性高等众多优势，其在物联网中的应用日益广泛，包括网络接入、农情监测、能量均衡、医疗监控、智能家居等方面。从传感网应用的角度看，物联网是由传感器、数据处理单元和通信单元等节点通过自组织的方式构成的无线网络。
[0003]近年来，随着微纳技术的飞速进步，各种电子器件和传感器件不断向“微体积”、“低功耗”方向发展。随着无线技术的发展，由“微体积”、“低功耗”电子器件组成的无线传感器节点不断涌现。目前，电子设备的能源供给大都依赖于传统的有线供电或化学电池。有线电源的能源供给稳定，但在对适用环境的要求较高；电池供电相比于有线电源，虽避免了布线的繁杂，在空间上具有一定的灵活性，但电池的供电寿命有限，需要定时更换或充电，无法做到长期有效供能。由于分布式网络的空间分布特点，上述传统供电方式已经无法满足用电设备的需求，电子设备器件的供能问题亟待解决。
[0004]能量采集技术可将环境中的杂散能量转化为电能输出进而驱动低功耗电子设备工作，是实现无线传感器节点长期免维护的一项关键技术。实际工程中，可被利用的能量广泛存在，例如在电力线周围，存在低能量密度的电场能量；在工厂机床、传送带等机械设备上存在电压较高、电流较低的振动能量和摩擦能量。参考以往能量采集器技术的研究，针对不同的应用场景，需要设计相应的结构来捕获不同的能量。然而，由于杂散能量的来源存在不稳定性，能量采集器输出的电能也并不是线性、稳定的，因此需要针对不同的能量采集器设计相应的能量管理电路，将其输出的交流电转换为稳定的直流电为无线传感器节点供能。
[0005]能量采集器不仅可以供能，通过电路调制并进行采样和分析后，其输出的电信号也可以在一定程度上反映用电设备的环境状态或运行状态。因此，能量采集器也可以作为自供电传感器投入使用。进一步，正因为“一种设备两个功能”，其相应的电路设计也将更为巧妙和周全以同时满足稳定供能和准确传感。
[0006]综上所述，亟需一种能同时实现准确测量电场和稳定供能两个功能的电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种电源管理与测量一体化物联网自供
电无线传感电路系统，该电路系统包括：自供电传感器、开关网络电路、采能电路、控制单元、传感电路和通信模块；
[0008]自供电传感器输出端与开关网络电路连接；开关网络电路分别与采能电路、控制单元和传感电路连接；采能电路输出端分别与控制单元、通信模块、传感电路连接；传感电路输出端与通信模块连接。
[0009]优选的，开关网络电路包括第一MOSFET开关和第二MOSFET开关；第一MOSFET开关连接自供电传感器和采能电路，第二MOSFET开关连接自供电传感器和传感电路。
[0010]优选的，采能电路包括储能电路、放电电路和第三MOSFET开关；储能电路通过第三MOSFET开关与放电电路连接；储能电路输出端与控制单元连接，放电电路输出端分别与控制单元和通信模块连接。
[0011]进一步的，放电电路为DC
‑
DC buck稳压电路。
[0012]进一步的，储能电路包括整流电路和储能单元；整流电路输出端与储能单元输入端连接。
[0013]进一步的，整流电路由4个肖特基势垒二极管构成，储能单元为储能电容。
[0014]优选的，控制单元包括微功率充电电容、自举电容、电压监测电路和MOSFET开关控制电路；微功率充电电容输出端与自举电容输入端连接，自举电容输出端与电压监测电路输入端连接，电压监测电路输出端与MOSFET开关控制电路输入端连接。
[0015]优选的，传感电路包括带通滤波电路和转压电路；带通滤波电路输出端与转压电路输入端连接，转压电路输出端与通信模块连接。
[0016]优选的，通信模块包括采样单元、存储控制器和发射接收器；采样单元输出端与存储控制器输入端连接，存储控制器输出端与发射接收器输入端连接。
[0017]本专利技术的有益效果为：与传统的电源管理电路仅包括采能电路的功能即整流、储能和放电功能相比，本专利技术设计的电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统增加了控制单元，通过其产生的电平信号，有效控制采能单元和传感电路的工作时序。本专利技术通过一个电路实现了两个功能，即将传感和采能两种电路有效结合并实现分时工作，相互独立，互不干扰，既能为通信模块提供采样信号，又能为其稳定供能，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0018]图1为本专利技术中电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统整体结构示意图。
[0019]图2为本专利技术中电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统的一种优选实施例的结构示意图。
[0020]图3为本专利技术中电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统的工作逻辑流程图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]传统的电源管理电路仅包括采能电路的功能即整流、储能和放电，如果要实现无线传感功能则需要结合传统电源管理电路再次设计新的电路，不仅增加了工作量，电路的时序问题也很难解决。为解决上述问题，本专利技术提出了一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统，如图1所示，所述电路系统包括：自供电传感器、开关网络电路、采能电路、控制单元、传感电路和通信模块；
[0023]自供电传感器输出端与开关网络电路连接；开关网络电路分别与采能电路、控制单元和传感电路连接；采能电路输出端分别与控制单元、通信模块、传感电路连接；传感电路输出端与通信模块连接。
[0024]开关网络电路包括第一MOSFET开关和第二MOSFET开关；第一MOSFET开关连接自供电传感器和采能电路，第二MOSFET开关连接自供电传感器和传感电路。
[0025]采能电路包括储能电路、放电电路和第三MOSFET开关；储能电路通过第三MOSFET开关与放电电路连接；储能电路输出端与控制单元连接，放电电路输出端分别与控制单元和通信模块连接。
[0026]优选的，第一MOSFET开关为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统，其特征在于，包括：自供电传感器、开关网络电路、采能电路、控制单元、传感电路和通信模块；自供电传感器输出端与开关网络电路连接；开关网络电路分别与采能电路、控制单元和传感电路连接；采能电路输出端分别与控制单元、通信模块、传感电路连接；传感电路输出端与通信模块连接。2.根据权利要求1所述的一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统，其特征在于，开关网络电路包括第一MOSFET开关和第二MOSFET开关；第一MOSFET开关连接自供电传感器和采能电路，第二MOSFET开关连接自供电传感器和传感电路。3.根据权利要求1所述的一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统，其特征在于，采能电路包括储能电路、放电电路和第三MOSFET开关；储能电路通过第三MOSFET开关与放电电路连接；储能电路输出端与控制单元连接，放电电路输出端分别与控制单元和通信模块连接。4.根据权利要求3所述的一种电源管理与测量一体化物联网自供电无线传感电路系统，其特征在于，放电电路为DC
‑
DC buck稳压电路。5.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳佳，张金雨，袁强静，王平，洪承镐，
申请(专利权)人：重庆邮电大学工业互联网研究院，
类型：发明
国别省市：