专利名称：有太阳能供电的家居监控无线传感器终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量值、或类似信号传输的构件，特别是涉及电信号传输装置，尤其有太阳能供电的家居监控无线传感器终端。
背景技术：
无线传感器网络智能家居中监控系统，是由部署在家居内部的大量无线传感器终端和有线网络组成。其中无线传感器终端负责信息采集和相互通信形成自组织网络。当某个传感器终端检测到信息时，数据沿着其它无线传感器终端逐跳地传输，经过多跳后路由到网络协调器，最后网络协调器通过互联网将数据传输到数据管理服务器。每个无线传感器终端都是一个集成信息采集、数据处理和无线通讯等功能的微系统。无线传感器网络具有可自组织组网、隐蔽性强、功耗低、免布线等特点，在智能家居监控领域有着得天独厚的技术优势。无线传感器终端通常采用容量有限的电池提供能量。但是，在无线智能家居监控系统里面，无线传感器网络具有终端数目庞大、分布区域广，所以利用人工更换电池、充电等方式来补充能量给用户带来很大的不便。当携带的能量耗尽时，无线传感器终端将无法完成预定的任务，这限制了传感器网络在无线智能家居监控系统领域的推广应用，要实现无线传感器网络在智能机家居监控系统的实用化，就必须解决这个能源瓶颈问题。利用太阳供电是一个解决方案。在室外，空旷的环境当中，太阳能给传感器终端供电的方案已经很多。但是这些方案当中只有当太阳光足够强才能发挥它们的作用，当太阳光强度不够或者不能直接照射在太阳能电池板上，现有技术的太阳能供电就会不足以满足传感器工作需要。在室内太阳能给电子设备供电的案例有存在，主要是用于无线鼠标、无线键盘和一些功耗极小的电子设备。目前太阳能给无线传感器终端供电的方案中，太阳能电池板的输出电压一般在3V至6V。但是在室内光线不足的情况下，太阳能电池板的输出电压不到 3V，因此，目前的太阳能供电方案无法向无线传感器终端提供可靠的电力供给。实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而设计生产一种有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，解决了现有技术中室内无法使用太阳能向无线传感器终端供电的问题。本实用新型为解决上述技术问题而提出的技术方案是，设计一种有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，应用于包括无线传感器终端和数据管理服务器的智能家居系统，所述无线传感器终端分布在家居各处，负责信息采集及与数据管理服务器进行数据交换；所述各无线传感器终端的供电模块包括太阳能电池板、锂聚合物电池、外接电源适配器和能源管理模块；所述太阳能电池板、锂聚合物电池、外接电源适配器分别电连接至所述能源管理模块，由该能源管理模块向所述无线传感器终端供电。所述太阳能电池板收集太阳光能量或者其他光能转换成电能传送能源管理模块， 经能源管理模块为所述锂聚合物电池充电，并向所述无线传感器终端供电；当所述太阳能电池板提供电力不足时，由外接电源适配器将交流市电转换成直流电传送至能源管理模块，向所述无线传感器终端供电；当所述太阳能电池板和外接电源适配器都无法提供电时，
4由所述锂聚合物电池为所述智能家居无线传感器节点供电。 所述太阳能电池板、锂聚合物电池和外接电源适配器是用连接器与所述能源管理模块电连接，该连接器包括接插件。所述能源管理模块包括充电切换电路、充电电路、供电切换电路和稳压电路；所述太阳能电池板和外接电源适配器分别连接至充电切换电路，由该充电切换电路选择所述太阳能电池板和外接电源适配器两者之一、向所述充电电路供电，并向与该充电电路相连接的锂聚合物电池充电；所述太阳能电池板和外接电源适配器分别连接供电切换电路，由该供电切换电路选择所述太阳能电池板和外接电源适配器两者之一、向所述稳压电路供电， 该稳压电路向与其相连接的所述无线传感器终端提供所需直流电力。所述充电切换电路包括场效应晶体管Ql和稳压二极管D3、电阻Rl和切换开关 Sl ；外接电源适配器的正极输出接所述晶体管Ql的栅极，并通电阻Rl接地；所述晶体管Ql 的漏极连接所述太阳能电池板的正极，其源极接切换开关Sl的动触点C ；所述稳压二极管 D3跨接在晶体管Ql的栅极和源极间，其阳极接栅极；所述切换开关Sl的两静触点A、B分别接入所述充电电路和供电切换电路。所述充电电路包括超低电压升压型转换器U3，该集成电路U3将所述充电切换电路送来的电能升压后送至所述供电切换电路为稳压电路供电，并同时向所述锂聚合物电池充电。所述供电切换电路包括场效应晶体管Q2和稳压二极管D5、电阻RO ；所述晶体管 Ql的栅极连接在所述切换开关Sl的静触点B，并经电阻RO接地，其漏极连接所述锂聚合物电池的正极；晶体管Ql的栅极和源极间跨接稳压二极管D5，稳压二极管D5的阳极接栅极； 所述晶体管Ql源极接所述稳压电路。所述稳压电路包括DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2，所述供电切换电路的场效应晶体管Q2的源极分别接在所述DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2的输入端， 并分别转换成5V和3. 3V的电压向所述无线传感器终端供电。所述场效应晶体管Ql和Q2是P沟道增强型场效应晶体管。本实用新型的有益效果是太阳能电池板能够将太阳能辐射转化为电能，为无线传感器终端供电，从而能延长无线传感器终端的使用寿命。当太阳能电池板功能充足时，可实现为传感器终端供电的同时为锂聚合物电池充电；当太阳能电池板功能不足时，由锂聚合物电池为传感器终端供电。当锂聚合物电池电量耗完而太阳能电池板无法及时为其充电时，还可以通过外接电源适配器为锂聚合物电池充电，同时外接电源适配器还可以为系统供电。这样，传感器终端在夜间、阴雨天也能连续工作。能源管理模块包含太阳能电池板、 锂聚合物电池、外接电源适配器和传感器终端指定的接口，即插即用，简单操作。
图1是本实用新型有太阳能供电的家居监控无线传感器终端优选实施例的逻辑结构示意图；图2是所述优先实施例的供电模块1的逻辑结构示意图；图3是所述优选实施例的能源管理模块14的充电切换电路141、充电电路142和供电切换电143的电路原理示意图；图4是所述优选实施例的稳压电路144的电路原理示意图。[0023]具体实施方式
下面，结合附图所示之优选实施例进一步阐述本实用新型。参见图1，本实用新型之优选实施例是，设计一种有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，应用于包括无线传感器终端2和数据管理服务器的智能家居系统，所述无线传感器终端2分布在家居各处，负责信息采集及与数据管理服务器进行数据交换；所述各无线传感器终端2的供电模块1包括太阳能电池板11、锂聚合物电池12、外接电源适配器13 和能源管理模块14 ；所述太阳能电池板11、锂聚合物电池12、外接电源适配器13分别电连接至所述能源管理模块14，由该能源管理模块14向所述无线传感器终端2供电。所述太阳能电池板11收集太阳光能量或者其他光能转换成电能传送能源管理模块14，经能源管理模块14为所述锂聚合物电池12充电，并向所述无线传感器终端2供电； 当所述太阳能电池板11提供电力不足时，由外接电源适配器13将交流市电转换成直流电传送至能源管理模块14，向所述无线传感器终端2供电；当所述太阳能电池板11和外接电源适配器13都无法提供电力时，由所述锂聚合物电池12为所述智能家居无线传感器节点 2 ^[共 ο所述太阳能电池板11、锂聚合物电池12和外接电源适配器13是用连接器与所述能源管理模块14电连接，该连接器包括接插件。参见图2，所述能源管理模块14包括充电切换电路141、充电电路142、供电切换电路143和稳压电路144。所述太阳能电池板11和外接电源适配器13分别连接至充电切换电路141，由该充电切换电路141选择所述太阳能电池板11和外接电源适配器13两者之一、向所述充电电路142供电，并向与该充电电路142相连接的锂聚合物电池12充电；所述太阳能电池板11和外接电源适配器13分别连接供电切换电路143，由该供电切换电路143选择所述太阳能电池板11和外接电源适配器13两者之一、向所述稳压电路144供电，该稳压电路 144向与其相连接的所述无线传感器终端2提供所需直流电力。参见图3，所述充电切换电路141包括场效应晶体管Ql和稳压二极管D3、电阻Rl 和切换开关Sl ；外接电源适配器13的正极输出接所述晶体管Ql的栅极，并通电阻Rl接地； 所述晶体管Ql的漏极连接所述太阳能电池板11的正极，其源极接切换开关Sl的动触点C ； 所述稳压二极管D3跨接在晶体管Ql的栅极和源极间，其阳极接栅极；所述切换开关Sl的两静触点A、B分别接入所述充电电路142和供电切换电路143。 所述充电电路142包括超低电压升压型转换器U3，该集成电路U3将所述充电切换电路141送来的电能升压后送至所述供电切换电路143为稳压电路144供电，并同时向所述锂聚合物电池12充电。本实例中，U3是能源收集芯片LTC3108，LTC3108升压拓扑结构可在低至20mV的输入电压条件下运作。太阳能电池板11的正极与LTC3108芯片外围电路的输入端连接，LTC3108的Vqut引脚输出端经过C7电容滤波或接锂聚合物电池12的正极。 太阳能电池板11光电转换的电能通过LTC3108向锂聚合物电池12充电。参见图3，所述充电电路142不仅仅是在太阳能电池板11可以向锂聚合物电池12充电，外接电源适配器13 也可以通过该充电电路142向，但是本电路设计主要目的是以太阳能电池板11向锂聚合物电池12充电为核心设计电路。 所述供电切换电路143包括场效应晶体管Q2和稳压二极管D5、电阻RO ；所述晶体管Ql的栅极连接在所述切换开关Sl的静触点B，并经电阻RO接地，其漏极连接所述锂聚合物电池12的正极；晶体管Ql的栅极和源极间跨接稳压二极管D5，稳压二极管D5的阳极接栅极；所述晶体管Ql源极接所述稳压电路144。本例所述场效应晶体管Ql和Q2是P沟道增强型场效应晶体管。参见图3，所述能源管理模块14的主要工作状态是(1)外接电源适配器13接入到连接器J1，太阳能电池板接入到连接器J2，两者均正常供电，切换开关Sl的动触点C端和静触点A导通时充电切换电路141的晶体管Ql由接同外接电源适配器13送至正向电压，令该晶体管Ql漏源极不导通，此时太阳能电池板11不向充电电路142供电，外接电源适配器提供的直流电能通过超低电压升压型转换器U3及外围电路为锂聚合物电池Bl充电和为稳压电路144供电。由于接在晶体管Q13栅极电压V0UT2 电压为低电压，晶体管Q13的漏源极间导通，即供电切换电路143的VOUTl与VOUT导通。(2)外接电源适配器13接入到连接器J1，太阳能电池板接入到连接器J2，两者均正常供电，切换开关Sl的动触点C和静触点B端通时充电切换电路141的晶体管Ql由接同外接电源适配器13送至正向电压，令该晶体管Ql漏源极不导通，此时太阳能电池板11 不向充电电路142供电，此时充电电路142没有工作；外接电源适配器提供的直流电能直接供电切换电路143的Q2的栅极，令晶体管Q2漏源极不导通，其直接向稳压电路供电。(3)外接电源适配器13接入到连接器J1，太阳能电池板接入到连接器J2，两者均不正常工作(即没有电压输出)；切换开关Sl动触点C和静触点B导通时此时外接电源适配器13和太阳能电池11都没有电压输出，充电切换电路141无电能输出到所述充电电路142和供电切换电路143 ；此时所述供电切换电路143的Q2的栅极为低电位，令晶体管Q2漏源极导通，锂聚合物电池12为稳压电路144供电。因此，在本实例的电路初始设定时，设定情况如下太阳能电池板11 一直接入到 J2端，切换开关Sl的动触点C和静触点A导通；如果在无线传感器终端附近有市电电源接口而且方便外接电源适配器13连接，此时外接电源适配器13可以直接接入到市电(此种情况是特殊情况，一般无线终端周围是没有市电接入的)。所以，整个电路的工作状况是当光度足够时，太阳能电池板11通过充电电路142 为锂聚合物电池13充电同时为稳压电路144供电，当太阳能电池板11无法输出足够的能量为锂聚合物电池充电时，锂聚合物电池为稳压电路供电。参见图4，所述稳压电路144包括DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2，所述供电切换电路143的场效应晶体管Q2的源极分别接在所述DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2的输入端，并分别转换成5V和3. 3V的电压向所述无线传感器终端2供电，也即该无线传感器终端2传感器工作需要的5V电压和无线传感器管理节点需要的3. 3V电压。本实施例中，稳压电路144的DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2是用ST公司的L6920D。L6920D的管脚说明如表1所示。表1L6920D管脚说明
权利要求1.一种有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，应用于包括无线传感器终端(2)和数据管理服务器的智能家居系统，所述无线传感器终端(2)分布在家居各处，负责信息采集及与数据管理服务器进行数据交换；其特征在于所述各无线传感器终端(2)的供电模块(1)包括太阳能电池板(11)、锂聚合物电池 (12)、外接电源适配器(13)和能源管理模块(14)；所述太阳能电池板(11)、锂聚合物电池 (12)、外接电源适配器(13)分别电连接至所述能源管理模块(14)，由该能源管理模块(14) 向所述无线传感器终端(2)供电；所述太阳能电池板(11)收集太阳光能量或者其他光能转换成电能传送能源管理模块 (14)，经能源管理模块(14)为所述锂聚合物电池(12)充电，并向所述无线传感器终端(2) 供电；当所述太阳能电池板(11)提供电力不足时，由外接电源适配器(13)将交流市电转换成直流电传送至能源管理模块(14 )，向所述无线传感器终端(2 )供电；当所述太阳能电池板(11)和外接电源适配器(13)都无法提供电力时，由所述锂聚合物电池(12 )为所述智能家居无线传感器节点(2 )供电。
2.按照权利要求1所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于 所述太阳能电池板(11)、锂聚合物电池(12)和外接电源适配器(13)是用连接器与所述能源管理模块(14)电连接，该连接器包括接插件。
3.按照权利要求1或2所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于所述能源管理模块(14)包括充电切换电路(141)、充电电路(142)、供电切换电路 (143)和稳压电路(144)；所述太阳能电池板(11)和外接电源适配器(13)分别连接至充电切换电路(141)，由该充电切换电路(141)选择所述太阳能电池板(11)和外接电源适配器(13)两者之一、向所述充电电路(142)供电，并向与该充电电路(142)相连接的锂聚合物电池(12)充电；所述太阳能电池板(11)和外接电源适配器(13)分别连接供电切换电路(143)，由该供电切换电路(143)选择所述太阳能电池板(11)和外接电源适配器(13)两者之一、向所述稳压电路(144)供电，该稳压电路(144)向与其相连接的所述无线传感器终端(2)提供所需直流电力。
4.按照权利要求3所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于 所述充电切换电路(141)包括场效应晶体管Ql和稳压二极管D3、电阻Rl和切换开关Sl ；外接电源适配器(13)的正极输出接所述晶体管Ql的栅极，并通电阻Rl接地；所述晶体管Ql的漏极连接所述太阳能电池板(11)的正极，其源极接切换开关Sl的动触点C ；所述稳压二极管D3跨接在晶体管Ql的栅极和源极间，其阳极接栅极；所述切换开关Sl的两静触点A、B分别接入所述充电电路(142)和供电切换电路(143)。
5.按照权利要求3所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于 所述充电电路(142 )包括超低电压升压型转换器U3，该集成电路U3将所述充电切换电路(141)送来的电能升压后送至所述供电切换电路(143)为稳压电路(144)供电，并同时向所述锂聚合物电池(12)充电。
6.按照权利要求3所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于所述供电切换电路(143)包括场效应晶体管Q2和稳压二极管D5、电阻RO ；所述晶体管 Ql的栅极连接在所述切换开关Sl的静触点B，并经电阻RO接地，其漏极连接所述锂聚合物电池(12)的正极；晶体管Ql的栅极和源极间跨接稳压二极管D5，稳压二极管D5的阳极接栅极；所述晶体管Ql源极接所述稳压电路(144)。
7.按照权利要求3所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于所述稳压电路(144)包括DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2，所述供电切换电路 (143)的场效应晶体管Q2的源极分别接在所述DC/DC电压转换和稳定集成电路Ul和U2的输入端，并分别转换成5V和3. 3V的电压向所述无线传感器终端(2)供电。
8.按照权利要求4所述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于 所述场效应晶体管Ql是P沟道增强型场效应晶体管。
9.按照权利要求所6述的有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，其特征在于 所述场效应晶体管Q2是P沟道增强型场效应晶体管。
专利摘要一种有太阳能供电的家居监控无线传感器终端，应用于包括无线传感器终端(2)和数据管理服务器的智能家居系统，所述无线传感器终端(2)分布在家居各处，负责信息采集及与数据管理服务器进行数据交换；所述各无线传感器终端(2)的供电模块(1)包括太阳能电池板(11)、锂聚合物电池(12)、外接电源适配器(13)和能源管理模块(14)；所述太阳能电池板(11)、锂聚合物电池(12)、外接电源适配器(13)分别电连接至所述能源管理模块(14)，由该能源管理模块(14)向所述无线传感器终端(2)供电；本实用新型的有益效果是有效利用太阳能，并在其不足时采用外接电源和锂聚合物电池为传感器终端供电，以确保传感器终端在夜间、阴雨天也能连续工作。
文档编号H02N6/00GK202033660SQ20112003249
公开日2011年11月9日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者倪一清, 周华飞, 黄何涛 申请人:香港理工大学深圳研究院