专利名称：无线传感器供电的弱光伏电池模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种弱光伏电池模块，特别涉及一种为无线传感器来供电的弱光伏太阳能电池模块。
背景技术：
与传统的无线网络不同，无线传感器网络的能耗问题是其普遍应用必须解决的首要问题。在工业环境中，无线传感器网络一般由大量位置基本固定的传感器节点构成，节点体积小、成本低，节点的供电、计算和存储能力非常有限，并且无线传感器网络的传感器节点往往布置在一些特殊区域，在应用中很难频繁更换电池。因此，在无线传感器网络的应用中除考虑QoS外，更为重要的是如何节省能量以便延长网络的生存时间，最终实现数据传输和电源供电的全无线目标。显然，最大限度地降低仪表的功耗，是无线仪表开发的核心问题之一。只有真正低功耗的无线变送器才能真正实现免维护的长时间工作。一般WSN低功耗的实现，涉及到多方面的因素，包括无线网络协议的低功耗设计(如降低无线发射的占空比、全网无线节点的同步休眠和唤醒等等)，牵涉整个系统的采样频率、终端节点中传感器部分的低功耗设计以及射频部分的低功耗设计等。无线变送器的低功耗设计、网络优化管理以及应用优化是保证整个无线系统达到低功耗的三个不可或缺的方面。此外，充分采用利用环境条件(如机械振动、温差、光照、PH值差等)的超低功率 (ULP, ultra-low power)发电措施，向无线传感器网络的节点供电，也是近年来WSN发展研究的一个热点。据估计，利用工业中振动或运动所产生的电能约为IOOyW /cm2，利用工业中的温差所产生的电能约为1 一IOmW/ cm2，利用室外光照所产生的电能约为IOmW/ cm2，利用室内光照所产生的电能约为IOyW/ cm2。在实际工业环境下，在室内利用弱光光伏电池向低功耗的无线传感器节点供电，是一条相当显示可行的技术措施。
发明内容本实用新型是针对目前无线传感器网络的传感器节点的能耗大的问题，提出了一种无线传感器供电的弱光伏电池模块，利用弱光光伏电池向低功耗的无线传感器节点供电，节省能量以便延长网络的生存时间。本实用新型的技术方案为一种无线传感器供电的弱光伏电池模块，包括弱光光电传感器、电压放大电路、充电控制电路，电源管理电路、充电电池组、输入输出电路，弱光光电传感器接收室内光照通过能量转换将光能转换成电能通过电压放大电路放大后送入充电控制电路，充电控制电路在电源管理电路的能源管理控制下来对充电电池组进行能量的存储，并通过输出输入电路将充电电池组电量给无线传感器供电。所述电源管理电路接收无线传感器的的I/O线控制信号和弱光光电传感器输出信号，经过处理后输出控制信号到充电控制电路控制充电。所述充电电池组分别为两个50 μ Ah的充电电池。本实用新型的有益效果在于本实用新型无线传感器供电的弱光伏电池模块，利用室内光照所产生的电能约为IOyW/ cm2。在实际工业环境下，在室内利用弱光光伏电池向低功耗的无线传感器节点供电，实现利用环境条件的超低功率发电措施来维持无线传感器的正常工作，保证传感器射频通讯的性能，保证通讯的距离和通讯质量。
图1为本实用新型无线传感器供电的弱光伏电池模块原理框图；图2为本实用新型无线传感器供电的弱光伏电池模块中的电源管理电路的原理图；图3为本实用新型无线传感器供电的弱光伏电池模块中的供电接口的原理图。
具体实施方式
如图1所示弱光伏电池模块的原理框图，弱光伏电池模块包括弱光光电传感器、 电压放大电路、充电控制电路，电源管理电路、充电电池组、输入输出电路。弱光光电传感器接收室内光照通过能量转换将光能转换成电能通过电压放大电路放大后送入充电控制电路，充电控制电路在电源管理电路的能源管理控制下来对充电电池组进行能量的存储，并通过输出输入电路将充电电池组电量给无线传感器供电。如图2所示为弱光伏电源管理电路原理图，其中有两个信号接口非常重要，第一个CHARGE是控制输出线，在两种情况下输出低电平一是当传感器的输出量特别低的时候，它为低电平用来指示电池已经充满，两个充电电池分别为50yAh，一共IOOyAh的容量；二当传感器输出量足够供应电池充电时，不管电池的充电状态如何输出低电平。该管脚可以通过高电平告诉MCU电能的总量不够用。第二个是BATOFF控制输入管脚，被无线传感器的的I/O线控制，当传感器的输出量非常低或者载荷非常高的时候，该管脚会为高电平的时候，将弱光伏充电电池和供电端口断开，这时所有的其他的电源都可以用来供应载荷。 低电平的时候太能电池正常供电。如图3所示为弱光伏模块的供电接口的原理图，其Jl、J5接口为弱光伏模块与无线传感器的中央处理主芯片接口。其中Jl的6脚与J5的1脚相连是无线传感器的中央处理主芯片用来接受弱光伏电池模块的电能状态信号的；其中Jl的1脚与J5的2脚相连是无线传感器的中央处理主芯片用来控制弱光伏电池模块的通断控制的；其中Jl的5脚与 J5的5脚相连是无线传感器的用来接受弱光伏电池模块提供的的3. 5VDC电压输出；其中 Jl的2脚与J5的4脚相连并接地；其中J5的3脚用来接受弱光伏电池组电压信号。弱光伏电池组VCAP电压初始值输出通过使用普通的低通RC滤波器C2，可以过滤的平均电压，获得一个线性输出V0UT，从而保证输出电压线性度。
权利要求1.一种无线传感器供电的弱光伏电池模块，其特征在于，包括弱光光电传感器、电压放大电路、充电控制电路，电源管理电路、充电电池组、输入输出电路，弱光光电传感器接收室内光照通过能量转换将光能转换成电能通过电压放大电路放大后送入充电控制电路，充电控制电路在电源管理电路的能源管理控制下来对充电电池组进行能量的存储，并通过输出输入电路将充电电池组电量给无线传感器供电。
2.根据权利要求1所述无线传感器供电的弱光伏电池模块，其特征在于，所述电源管理电路接收无线传感器的的I/O线控制信号和弱光光电传感器输出信号，经过处理后输出控制信号到充电控制电路控制充电。
3.根据权利要求1所述无线传感器供电的弱光伏电池模块，其特征在于，所述充电电池组分别为两个50 μ Ah的充电电池。
专利摘要本实用新型涉及一种无线传感器供电的弱光伏电池模块，弱光光电传感器接收室内光照通过能量转换将光能转换成电能通过电压放大电路放大后送入充电控制电路，充电控制电路在电源管理电路的能源管理控制下来对充电电池组进行能量的存储，并通过输出输入电路将充电电池组电量给无线传感器供电。利用室内光照所产生的电能约为10μW/cm2。在实际工业环境下，在室内利用弱光光伏电池向低功耗的无线传感器节点供电，实现利用环境条件的超低功率发电措施来维持无线传感器的正常工作，保证传感器射频通讯的性能，保证通讯的距离和通讯质量。
文档编号H02J7/00GK201947004SQ201020670518
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者卞爱民, 彭瑜, 林琦彬, 涂煊, 郑丽国 申请人:上海工业自动化仪表研究院