一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法

1.本发明属于能量收集领域，具体涉及一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法。


背景技术：

2.近年来，环境中微弱能量的收集由于具有收集方便、来源广泛等优点得到了极大关注，目前微弱能量的收集是国际上的研究热点之一。然而传统的微能量收集电路不能实时切断电源供电，不能实现按需供给，并且系统首次进入工作状态时间过长，这样大大增加了dc-dc电路的能量损耗，导致能量利用率低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法，当能量源供电中断时，通过储能电容采集到的电能为耗电元件按时按需供电，避免电能不足时启动负载并消耗额外电能，解决了能量利用率低和电路供电不稳定的问题。
4.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
5.本发明第一方面提供了一种定时输出电能的微能量收集系统，包括储能电容a、储能电容b和储能电容c；单向导通电路的输出端和储能电容a电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接能量源；
6.所述储能电容a分别与储能电容b、储能电容c电性连接，所述储能电容b和储能电容c并联设置；单片机对所述储能电容b和储能电容c的电压取样；，所述单片机控制选择电路选择储能电容b和储能电容c放电；
7.单向导通电路、定时器电路、电子开关电路、dc-dc电路、施密特触发缓冲器和电容b依次电性连接；所述定时器电路在设定时间结束后启动，单片机可通过给予关断信号控制定时器，施密特触发缓冲器由超级电容b上的电压控制。
8.优选的，所述储能电容b的容值小于储能电容c的容值。
9.优选的，所述单向导通电路和储能电容a之间电路上设有流控稳压电路a；所述储能电容a与储能电容b之间电路上设有流控稳压电路b；所述储能电容a与储能电容c之间电路上设有流控稳压电路c；所述流控稳压电路a、流控稳压电路b和流控稳压电路c为场效晶体管。
10.优选的，所述单片机为stm32单片机；所述定时器电路中的定时器为芯片tpl5110ddct；所述施密特触发缓冲器为芯片sn74aup1g17dbvr；所述选择电路为芯片ts5a3160dbvr；所述dc-dc电路内设有芯片tps61220dckr；所述芯片tps61220dckr作用于提升直流电压。
11.优选的，所述芯片tps61220dckr由施密特触发器和定时器电路双重控制。
12.优选的，所述单片机与储能电容b之间电路上设有取样电路a；所述单片机与储能电容c之间电路上设有取样电路b；
13.所述取样电路a和取样电路b包括依次电性连接第一电阻、第二电阻和场效晶体管；所述第一电阻、第二电阻之间的电路上设有接单片机支路和接地支路；所述接地支路上设有保护电容；所述场效晶体管的栅极与单片机电性连接；所述场效晶体管的漏极与第二电阻电性连接；所述场效晶体管的源极接地；所述场效晶体管的源极和所述场效晶体管的栅极之间通过第三电阻电性连接。
14.本发明第二方面提供了一种微能量收集系统的控制方法，包括：
15.能量源对储能电容a、储能电容b和储能电容c进行充电；单片机对所述储能电容b和储能电容c的电压取样；
16.在输入电压达到施密特触发缓冲器上限阈值电压输出高电平的情况下，定时器电路在每设定时间段内控制dc-dc电路使能，单片机每次完成工作后通过定时器控制dc-dc电路停止工作；
17.当能量源供电中断时，储能电容a优先放电；储能电容a放电后，根据所述储能电容b和储能电容c的电压，单片机控制选择电路选择储能电容b和储能电容c放电；当储能电容a、储能电容b和储能电容c的电压小于相应阈值时，微能量收集系统停止工作。
18.优选的，能量源供电恢复后依次对储能电容a、储能电容b和储能电容c进行充电。
19.优选的，根据所述储能电容b和储能电容c的电压，单片机控制选择电路选择储能电容b和储能电容c放电的方法包括：
20.当所述储能电容b和储能电容c的电压均大于相应阈值时，所述单片机通过选择电路优先选择容值较小的储能电容b放电；
21.当储能电容b放电后电压小于相应阈值时，所述单片机通过选择电路、选择储能电容c放电。
22.本发明第三方面提供了一种发电系统，包括用于产生直流电的太阳能电池板和所述微能量收集系统；所述太阳能电池板与所述微能量收集系统中单向导通电路的输入端电性连接；所述微能量收集系统中为耗电元件持续稳定供电。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果：
24.本发明中单向导通电路的输出端和储能电容a电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接能量源；所述储能电容a分别与储能电容b、储能电容c电性连接，当能量源供电中断时，通过储能电容a、储能电容b和储能电容c采集到的电能为耗电元件按时按需供电，避免电能不足时启动负载并消耗额外电能。
25.本发明中根据所述储能电容b和储能电容c的电压，单片机控制选择电路选择储能电容b和储能电容c放电；所述储能电容b的容值小于储能电容c的容值；利用大小电容的互补优势，通过容值较小的储能电容b实现快速响应完成放电；通过容值较大的储能电容c储存较多电能，待能量供应不足时长时间进行补充电能。
附图说明
26.图1为本发明实施例提供的一种定时输出电能的微能量收集系统的结构图；
27.图2为本发明实施例提供的一种定时输出电能的微能量收集系统的电路图；
28.图3为本发明实施例提供的单片机和耗能电路的结构图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
30.实施例一
31.如图1所示，一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，包括储能电容a、储能电容b和储能电容c；各储能电容在微能量源供电能力不足以维持负载工作时提供后备电能；单向导通电路的输出端和储能电容a电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接直流型微能量源；直流型微能量源的作用是将弱光太阳能转换为直流电源；单向导通电路的作用是避免储能电容a中的电能逆向流至直流型微能量源泄放，单向导通电路与第一流控稳压电路a直接连接；所述单向导通电路为超低漏电流的高速开关二极管。
32.所述储能电容a分别与储能电容b、储能电容c电性连接，所述储能电容b和储能电容c并联设置；所述储能电容b的容值为1f，储能电容c的容值为7f，利用大小电容的互补优势，通过容值较小的储能电容b实现快速响应完成放电；通过容值较大的储能电容c储存较多电能，待能量供应不足时长时间进行补充电能；单片机对所述储能电容b和储能电容c的电压取样；所述单片机控制选择电路选择储能电容b和储能电容c放电。
33.所述单向导通电路和储能电容a之间电路上设有流控稳压电路a；所述储能电容a与储能电容b之间电路上设有流控稳压电路b；所述储能电容a与储能电容c之间电路上设有流控稳压电路c；所述流控稳压电路a、流控稳压电路b和流控稳压电路c为场效晶体管，所述场效晶体管为mos管。
34.所述单片机与储能电容b之间电路上设有取样电路a，所述取样电路a作用于获取所述储能电容b的电压信号；所述单片机与储能电容c之间电路上设有取样电路b，所述取样电路b作用于获取所述储能电容c的电压信号。
35.单向导通电路、定时器电路、电子开关电路、dc-dc电路、施密特触发缓冲器和电容b依次电性连接；电子开关电路的作用是在定时器电路的控制下连通或断开dc-dc电路，电子开关电路以低导通电阻的pmos管构成；所述定时器电路、施密特触发缓冲器由单片机电性控制；施密特触发器电路控制dc-dc电路的使能端，减少电能损耗；施密特触发器电路以具有超低功耗，工作电压范围为0.8v～3.2v的施密特触发器芯片为核心构成；定时器电路用于每隔一定时间控制电子开关电路打开一次；dc-dc电路用于单片机应用电路提供稳定的直流电压。
36.如图2和图3所示为本发明的微能量收集系统的电路图，所述单片机为stm32单片机；定时器电路由超低功耗系统定时器芯片tpl5110ddct，电阻r4、r5，电容c5构成；单片机pb6引脚与定时器芯片done引脚相连，当单片机完成一次工作后，通过一次拉高使tps61220dckr停止工作；所述施密特触发缓冲器为芯片sn74aup1g17dbvr；所述选择电路为芯片ts5a3160dbvr。
37.电容c1、c2，电阻r1～r3，电感l1，mos管q1、q2和升压转换器芯片tps61220dckr构成dc-dc电路，所述芯片tps61220dckr作用于提升直流电压；当r4＝43千欧时，定时器电路每5分钟使能一次芯片tps61220dckr，通过调整r4阻值可以调整tps61220dckr被使能的时间间隔；所述芯片tps61220dckr由施密特触发器和定时器电路双重控制，施密特触发缓冲器芯片sn74aup1g17dbvr和超低功耗系统定时器芯片tpl5110ddct同时决定dc-dc电路是否
工作，有效避免了传统的微能量收集电路电能损耗大、能量利用率低的不利状态情况的发生。
38.单向导通电路由单向二极管d1构成；储能电容a由超级电容c8构成，储能电容b由超级电容c6构成，储能电容c由超级电容c9构成；流控稳压电路a为pmos管q3，根据微能量源输出能力自动调节栅源电压；流控稳压电路b为mos管q4；流控稳压电路c为mos管q7。
39.所述取样电路a包括依次电性连接第一电阻r6、第二电阻r8和场效晶体管q5；所述取样电路b包括依次电性连接第一电阻r7、第二电阻r9和场效晶体管q6；所述第一电阻r6、r7和第二电阻r8、r9之间的电路上设有接单片机支路和接地支路；所述取样电路a中的接地支路上设有保护电容c11，所述取样电路b中的接地支路上设有保护电容c10；所述场效晶体管q5、q6的栅极与单片机电性连接；所述场效晶体管q5、q6的漏极与第二电阻电性连接；所述场效晶体管q5、q6的源极接地；所述场效晶体管q5的源极和所述场效晶体管q5的栅极之间通过第三电阻r11电性连接、所述场效晶体管q6的源极和所述场效晶体管q6的栅极之间通过第三电阻r10电性连接。
40.实施例二
41.一种微能量收集系统的控制方法，本实施例提供的微能量收集控制方法可以应用于实施例一所述的微能量收集系统，微能量收集控制方法包括：
42.当dc-dc电路未启动时，单片机不能获得电能，处于闲置状态，减少电能消耗。
43.能量源依次对储能电容a、储能电容b和储能电容c进行充电；单片机对所述储能电容b和储能电容c的电压取样；
44.所述施密特触发缓冲器和定时器共同对dc-dc电路进行控制，dc-dc电路工作的条件为：所述施密特触发缓冲器和定时器同时对dc-dc电路使能；在dc-dc电路启动瞬间，dc-dc电路的输入电能来自选择器com端。
45.当输入电压达到施密特触发缓冲器上限阈值电压时，施密特触发缓冲器输出高电平对dc-dc电路使能；当输入电压达到施密特触发缓冲器的下限阈值电压时，施密特触发缓冲器输出低电平使dc-dc电路停止工作。
46.定时器电路在每设定时间段内控制dc-dc电路使能，当r4＝43千欧时，定时器电路每5分钟使能一次芯片tps61220dckr，通过调整r4阻值可以调整tps61220dckr被使能的时间间隔；单片机每次完成工作后通过拉高定时器的done引脚电压控制dc-dc电路停止工作。
47.当能量源供电中断时，储能电容a放电；储能电容a放电后，根据所述储能电容b和储能电容c的电压，单片机控制选择电路选择储能电容b和储能电容c放电的方法包括：
48.当所述储能电容b和储能电容c的电压均大于相应阈值时，所述单片机通过选择电路优先选择容值较小的储能电容b放电；当储能电容b放电后电压小于相应阈值时，所述单片机通过选择电路、选择储能电容c放电；利用大小电容的互补优势，通过容值较小的储能电容b实现快速响应完成放电；通过容值较大的储能电容c储存较多电能，待能量供应不足时长时间进行补充电能；
49.若储能电容b储能不够供电路工作一次，所述单片机通过选择电路优先选择容值较大的储能电容c供电；
50.当储能电容a、储能电容b和储能电容c的电压小于相应阈值时，微能量收集系统停止工作，能量源供电恢复后继续依次为储能电容a、储能电容b和储能电容c充电。
51.实施例三
52.一种发电系统，包括用于产生直流电的弱光太阳能电池板和实施例一所述微能量收集系统；所述弱光太阳能电池板与所述微能量收集系统中单向导通电路的输入端电性连接；所述微能量收集系统中为耗电元件按时按需供电。
53.测试用例与领域词典管理主要包括查询、新增、删除、修改与导入导出操作；关键词抽取主要是抽取历史测试用例关键词作为测试用例的附加信息，提取测试人员输入数据关键词与历史关键词进行匹配，加快测试用例推荐速率；测试用例聚类主要是对历史测试用例进行聚类得到测试用例包，以此方式降低测试用例推荐的计算量；测试用例推荐是所述系统最终目的，使用最优的属性权值与测试文本向量相似度获取最终的相似度值，排序后推荐给测试人员。
54.测试人员在前台页面输入项目领域信息、软件类型，根据测试需求输入文本，后台经过文本向量化、关键词提取、相似度计算等处理，系统输出相关测试用例辅助测试人员测试用例设计，测试人员可选定某条测试用例进行修改利用。
55.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
56.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
57.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
58.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。