一種多能源模式供電的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于一種無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，具體而言，是一種可以利用太陽能、風能和市電三種多能源模式進行充電和供電的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡由于其接線少、便于布置和成本低等優(yōu)點廣泛用于工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測和物聯(lián)網(wǎng)等領域。目前，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點大多采用一定容量的電池供電方式進行使用，通常經(jīng)過一段時間消耗后難免要更換電池或者選取市電方式給其充電，特別是在荒郊野外的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測領域，由于缺乏市電，或連接市電充電的條件十分有限，大量無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在電池電量用完時需要更換，造成了工作的極大不便?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點所處的環(huán)境有較為豐富的光照和風力條件，因此充分利用這些新能源資源進行發(fā)電給其供電電池充電，可以較好的解決無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的供電和功耗問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種可以同時利用太陽能、風能和市電供電的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，在無便利市電充電條件下，通過太陽能發(fā)電或風力發(fā)電給鋰電池充電實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的不間斷工作，具有清潔無污染、高效、使用壽命長的優(yōu)點，以克服上述的不足，為實現(xiàn)上述目的。本發(fā)明包括多能源轉(zhuǎn)換單元、節(jié)點單元和監(jiān)控單元，其特點是:
[0004]多能源轉(zhuǎn)換單元利用太陽能電池組回收太陽能進行發(fā)電，依次經(jīng)過太陽能控制器和第一 DC/DC的電能變換后與鋰電池相連給其充電；利用風輪機和發(fā)電機回收風能進行發(fā)電，依次經(jīng)過整流器整流和第二 DC/DC的電能變換后與鋰電池相連給其充電；通過市電接口與交流市電相連，依次經(jīng)過整流電路和穩(wěn)壓電源電路后與防鋰電池反接充電管理電路相連對鋰電池進行充電，節(jié)點單元通過第一電源模塊電路與鋰電池的輸出端相連，對鋰電池的輸出進行電壓變換后給Zigbee核心模塊供電，監(jiān)控單元監(jiān)測整個系統(tǒng)的參數(shù)，調(diào)節(jié)太陽能和風能的電能變換與輸出，以及控制太陽能、風能和市電三種能源的接入與斷開。
[0005]多能源轉(zhuǎn)換單元:利用太陽能電池回收太陽能進行發(fā)電，利用風輪機發(fā)動機進行風力發(fā)電，并對太陽能、風能和市電進行電能變換給無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的蓄電池充電；
[0006]節(jié)點單元:利用電源模塊電路將經(jīng)過變換后的多能源轉(zhuǎn)換單元的輸出端進行電壓調(diào)節(jié)給Zigbee核心模塊供電，并與無線傳感器網(wǎng)絡中的協(xié)調(diào)器節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點進行通信；
[0007]監(jiān)控單元:檢測各種電壓和電流參數(shù)，調(diào)節(jié)太陽能和風能發(fā)電的電能，并根據(jù)實際情況控制太陽能、風能和市電的接入與斷開。
[0008]上述多能源轉(zhuǎn)換單元包括太陽能電池組、太陽能控制器、電壓傳感器V1、開關K1、電流傳感器Al、第一 DC/DC、鋰電池、風輪機、發(fā)電機、整流器、電壓傳感器V2、開關K2、電流傳感器A2、第二 DC/DC、市電接口、開關K3、整流電路、穩(wěn)壓電源電路、防鋰電池反接充電管理電路；太陽能電池組的輸出端與太陽能控制器的輸入端相連，太陽能控制器的輸出端與電壓傳感器Vl并聯(lián)后依次與開關Kl和電流傳感器Al串聯(lián)，然后與第一 DC/DC的輸入端相連；風輪機與發(fā)電機相連，發(fā)電機的交流輸出端與整流器的輸入端相連，整流器的輸出端與電壓傳感器V2并聯(lián)后依次與開關K2和電流傳感器A2串聯(lián)，然后與第二 DC/DC的輸入端相連；市電接口與開關K3串聯(lián)后與整流電路的輸入端相連，整流電路的輸出端與穩(wěn)壓電源電路的輸入端相連，穩(wěn)壓電源電路的輸出端與防鋰電池反接充電管理電路的輸入端相連；第一 DC/DC、第二 DC/DC和防鋰電池反接充電管理電路的輸出端并聯(lián)后再與鋰電池的正負極相連。
[0009]上述節(jié)點單元包括第一電源模塊、Zigbee核心模塊、JTAG接口、串口接口、I/O擴展接口 ；第一電源模塊的輸入端與多能源轉(zhuǎn)換單元中的鋰電池輸出端相連，第一電源模塊的輸出端與Zigbee核心模塊的電源引腳相連；Zigbee核心模塊的JTAG引腳通過數(shù)據(jù)線與JTAG接口相連，Zigbee核心模塊的串行通信引腳通過數(shù)據(jù)線與串口接口相連，Zigbee核心模塊的I/O引腳通過數(shù)據(jù)線與I/O擴展接口相連實現(xiàn)對外輸出I/O信號和進行A/D采樣。
[0010]上述監(jiān)控單元包括第二電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、光敏電阻測光電路、CAN模塊、I/O輸出模塊、聲光報警電路、時鐘模塊、微控制器MCU;第二電源模塊的輸入端與多能源轉(zhuǎn)換單元中的鋰電池輸出端相連，第二電源模塊的輸出端與微控制器MCU的電源引腳相連；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與光敏電阻測光電路、電壓傳感器Vl和V2、電流傳感器Al和A2的信號輸出端相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與微控制器MCU相連；CAN模塊通過CAN總線與多能源轉(zhuǎn)換單元中的太陽能控制器、第一 DC/DC和第二 DC/DC相連進行通信；1/0輸出模塊與聲光報警電路以及多能源轉(zhuǎn)換單元中的開關K1~K3相連。
[0011]本實用新型的工作過程是:當鋰電池電壓低于額定值時，若監(jiān)控單元利用A/D轉(zhuǎn)換模塊和光敏電阻測光電路測試太陽光的光照強度大于所設定的最低值，監(jiān)控單元利用CAN模塊和CAN總線向太陽能控制器發(fā)送控制命令調(diào)節(jié)太陽能電池組的輸出電壓，當電壓傳感器Vl的值大于設定的第一 DC/DC可輸入電壓的最小閾值時，監(jiān)控單元利用I/O輸出模塊控制開關Kl導通，同時利用CAN模塊和CAN總線向第一 DC/DC發(fā)送輸出電壓控制命令使太陽能電池組處于最大功率輸出狀態(tài)。
[0012]當鋰電池電壓低于額定值時，若監(jiān)控單元基于A/D轉(zhuǎn)換模塊和光敏電阻測光電路測試太陽光的光照強度小于所設定的最低值，并且電壓傳感器V2的值大于設定的第二 DC/DC可輸入電壓的最小閾值，監(jiān)控單元利用I/O輸出模塊控制開關Κ2導通，同時利用CAN模塊和CAN總線向第二 DC/DC發(fā)送目標輸出電壓控制命令給鋰電池充電。
[0013]當鋰電池電壓低于額定值時，若監(jiān)控單元基于A/D轉(zhuǎn)換模塊和光敏電阻測光電路測試太陽光的光照強度小于所設定的最低值，并且電壓傳感器V2的值小于設定的第二 DC/DC可輸入電壓的最小閾值，監(jiān)控單元利用I/O輸出模塊控制開關Κ3導通，此時操作人員將市電接口與現(xiàn)場的交流市電相連經(jīng)過整流、穩(wěn)壓濾波后利用防鋰電池反接充電管理電路給鋰電池充電。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，由于本實用新型充分利用了太陽能和風能進行發(fā)電，可在無市電充電和供電條件下利用它們產(chǎn)生的電能進行變換后給無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的Zigbee核心模塊供電使其處于無間斷工作狀態(tài)，拓寬了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的電能供給渠道，延長了其供電時間，降低了對供電電池容量的依賴。該無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點綜合了太陽能、風能和市電三種能源供給模式，智能化程度高、清潔高效，適用于各種不便進行市電充電的無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測環(huán)境。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0017]本實用新型的主體部分由多能源轉(zhuǎn)換單元、節(jié)點單元和監(jiān)控單元構(gòu)成(如圖1所示)；其特點是:多能源轉(zhuǎn)換單元利用太陽能和風能發(fā)電給節(jié)點單元供電，或通過市電給鋰電池充電實現(xiàn)對節(jié)點單元的供電；節(jié)點單元將太陽能、風能和市電變換后的電能進行電源轉(zhuǎn)換后給其Zigbee核心模塊供電；監(jiān)控單元檢測各種參數(shù)，控制太陽能、風能和市電的電能變換、輸出端的接通與斷開。
[0018]多能源轉(zhuǎn)換單元如圖1所示，由太陽能電池組、太陽能控制器、電壓傳感器V1、開關Kl、電流傳感器Al、第一 DC/DC、鋰電池、風輪機、發(fā)電機、整流器、電壓傳感器V2、開關K2、電流傳感器A2、第二 DC/DC、市電接口、開關K3、整流電路、穩(wěn)壓電源電路、防鋰電池反接充電