基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法及系统与流程

本发明涉及压电能源采集和智能控制，更具体地说，它涉及基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法及系统。

背景技术：

1、能量采集技术主要应用于智能电网、物联网中，能够将环境中各种形式的能量转换为电能，从而为无线网络传感器节点进行供电，解决传统电池供电方式中存在的储能有限、寿命短、难以更换等问题。而采用压电材料构成的压电发电机是目前应用最为广泛的能量转换装置。

2、目前，压电能量采集系统由压电发电机和电源管理电路两部分组成，压电发电机能够将不同形式的环境能量转换为电能并实现能量的输出。其中交流型的发电机输出交变且频率随外界环境能量的变换而变化的能量，无法直接为直流负载进行供能，此时需要电源管理电路作为接口电路，通过将压电发电机输出的电能进行提取、转移、变换、存储以及释放等过程，最终实现为直流负载的供电。而为了降低无线网络传感器的能耗的同时实现长期监测功能，无线网络传感器一般采用定时启动的方式运行；由于压电材料本身的特性，压电发电机均呈现电容源特性，即可将其等效为容性电源；环境中诸如振动、摩擦、电场、磁场等能量，绝大多数情况下呈现数百赫兹以内的低频且随机变化的特性，这就易导致利用压电能量采集向无线网络传感器供电存在能量浪费或供能不足的情况发生，整个无线网络传感器的控制系统运行稳定性较差。

3、因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法及系统是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法及系统，考虑匹配电路的实际输出功率情况和储能装置的实际soc状态来动态调控目标传感器的启动时间，可以依据压电能源采集的采集情况来自适应的控制目标传感器运行，在最大化利用压电采集能量的情况下，保证了整个目标传感器运行的合理性和稳定性。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，提供了基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，包括以下步骤：

4、实时采集压电能源采集器中匹配电路的最大输出功率和储能装置的soc值；

5、依据匹配电路的最大输出功率和/或储能装置的soc值生成触发信号；

6、依据触发信号控制目标传感器单次启动运行，以实现目标传感器在预设时间内完成单次数据采集。

7、进一步的，所述触发信号分为第一触发信号和第二触发信号；

8、将储能装置的soc值输入到限时函数中计算得到时间阈值，并在当前时刻与目标传感器上一次的启动时刻之间的动态时间间隔达到时间阈值时，生成第一触发信号；

9、以及，采用微积分算法计算匹配电路的最大输出功率在动态时间间隔内的累积压电采能，并在累积压电采能达到目标传感器单次启动运行所需的单元能耗时，生成第二触发信号。

10、进一步的，所述累积压电采能的计算公式具体为：

11、

12、其中，q表示累积压电采能；ti表示目标传感器上一次启动的启动时刻；ts表示当前时刻；p(t)表示最大输出功率随时间变化的函数。

13、进一步的，所述限时函数的表达式具体为：

14、

15、其中，t(α)表示储能装置的soc值为α时所对应的时间阈值；α表示储能装置的soc值；k表示第一函数系数；b表示第一常数值。

16、进一步的，所述限时函数的表达式具体为：

17、

18、t(α)＞0,a＞0,e＞0,c＞0

19、其中，t(α)表示储能装置的soc值为α时所对应的时间阈值；a表示第二函数系数；α表示储能装置的soc值；e表示第二常数值；c表示第三常数值。

20、进一步的，若所述储能装置的soc值超过soc上限阈值，则将第二函数系数调大；

21、其中，soc上限阈值大于第二常数值与第二函数系数的比值；

22、进一步的，若所述储能装置的soc值低于soc下限阈值，则将第二函数系数调小；

23、其中，soc下限阈值小于第二常数值与第二函数系数的比值。

24、第二方面，提供了基于压电能源采集的传感器自适应运行控制系统，包括：

25、数据采集模块，用于实时采集压电能源采集器中匹配电路的最大输出功率和储能装置的soc值；

26、信号生成模块，用于依据匹配电路的最大输出功率和/或储能装置的soc值生成触发信号；

27、启动控制模块，用于依据触发信号控制目标传感器单次启动运行，以实现目标传感器在预设时间内完成单次数据采集。

28、第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法。

29、第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、1、本发明提供的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，考虑匹配电路的实际输出功率情况和储能装置的实际soc状态来动态调控目标传感器的启动时间，可以依据压电能源采集的采集情况来自适应的控制目标传感器运行，在最大化利用压电采集能量的情况下，保证了整个目标传感器运行的合理性和稳定性；

32、2、本发明中的限时函数可以采用呈递减趋势的线性函数来确保目标传感器的启动时间间隔变化差异相对较小，保障了目标传感器可以较为稳定的运行；

33、3、本发明中的限时函数也可以采用呈递减趋势的非线性函数来应对压电能量采集突变的情况下，减少了压电能源采集中出现能量浪费的情况发生，也减少了目标传感器存在供能不足的情况发生；

34、4、本发明通过设置soc上限阈值和soc下限阈值作为警戒线，在有超过警戒线的情况发生时，可以合理调整限时函数，增强了目标传感器的启动运行控制的灵活性。

技术特征：

1.基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，所述触发信号分为第一触发信号和第二触发信号；

3.根据权利要求2所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，所述累积压电采能的计算公式具体为：

4.根据权利要求2所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，所述限时函数的表达式具体为：

5.根据权利要求2所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，所述限时函数的表达式具体为：

6.根据权利要求5所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，若所述储能装置的soc值超过soc上限阈值，则将第二函数系数调大；

7.根据权利要求5所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法，其特征是，若所述储能装置的soc值低于soc下限阈值，则将第二函数系数调小；

8.基于压电能源采集的传感器自适应运行控制系统，其特征是，包括：

9.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-7中任意一项所述的基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法。

技术总结
本发明公开了基于压电能源采集的传感器自适应运行控制方法及系统，涉及压电能源采集和智能控制技术领域，其技术方案要点是：实时采集压电能源采集器中匹配电路的最大输出功率和储能装置的SOC值；依据匹配电路的最大输出功率和/或储能装置的SOC值生成触发信号；依据触发信号控制目标传感器单次启动运行，以实现目标传感器在预设时间内完成单次数据采集。本发明考虑匹配电路的实际输出功率情况和储能装置的实际SOC状态来动态调控目标传感器的启动时间，可以依据压电能源采集的采集情况来自适应的控制目标传感器运行，在最大化利用压电采集能量的情况下，保证了整个目标传感器运行的合理性和稳定性。

技术研发人员：李云婧,邵华强,刘俊旭,李刚,孙宁,谢博,李峰,张文韬,白皓,刘大鹏,孙蓬勃,杨志庆,王璐,王珏,辛健,杜潇
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司烟台供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7