专利名称:基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在于，包括涡轮叶片、直流发电机、第一防回流保护模块、风能DC/DC模块；手动摇杆、交流发电机、第二防回流保护模块、机械能AC/DC模块；太阳能电池板、第三防回流保护模块、太阳能DC/DC模块、充电电池、智能控制模块；将太阳能、风能两种绿色能源结合，为不同环境的节点提供了更多的选择方案；改善了传统节点更换电池不方便，使用寿命短，适应性较差的技术问题。
【专利说明】基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种农田信息采集节点供电装置，特别涉及了基于多种绿色能源 的农田信息采集节点供电装置。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，农田信息采集节点寿命延长的方式多采用两种方法：1.电源设计考 虑的是低功耗。由于负载的功耗与电压的平方成正比，因此在保证系统可靠工作时尽量选 用较低的工作电压。降低功耗的方式从硬件和软件两个方向发展，硬件方面主要是以降低 元器件的耗电量以及提升电池的电量，软件方面多是以控制节点的工作状态达到节电的效 果，例如控制节点进入睡眠状态，但是传感器节点一般工作在无人值守的状态，利用电池供 电，即使工作在低功耗模式下，节点的使用寿命也非常有限。2.到目前为止，对于供电装置 的研宄已经从传统的能源向新兴的能源转化，经过多年的研宄积累，已有了丰硕的成果， 利用能量收集技术从周围环境源源不断的收集能量并将其转化成电能，不过更多的研宄都 是围绕单一的能源采集与转化，常用的环境能源有太阳能、振动能、风能、温差热能等，但这 些单一能源往往各有优缺点，有的受到气候条件限制而无法持续稳定地供能，这对于无线 网络的使用条件有了很大的限制。
【发明内容】
[0003] 本实用型新的目的在于：为农田信息采集节点提供绿色长效能源的供电装置，实 现了采集节点的长寿命使用，将太阳能、风能两种绿色能源结合，为不同环境的节点提供了 更多的选择方案；改善了传统节点更换电池不方便，使用寿命短，适应性较差的技术问题， 同时电池的智能充电也完成了系统电池的自动监控技术，保证了电池的健康。
[0004] 为了实现以上目的，本实用新型的技术方案是：基于多种绿色能源的农田信息采 集节点供电装置，包括涡轮叶片、直流发电机、第一防回流保护模块、风能DC/DC模块；手动 摇杆、交流发电机、第二防回流保护模块、机械能AC/DC模块；太阳能电池板、第三防回流保 护模块、太阳能DC/DC模块、充电电池、智能控制模块；
[0005] 所述的涡轮叶片带动直流发电机发电，直流发电机的输出端连接第一防回流保护 模块的输入端，第一防回流保护模块的输出端连接风能DC/DC模块的输入端，风能DC/DC模 块的输出端连接充电电池的输入端；
[0006] 所述的手动摇杆带动交流发电机发电，交流发电机的输出端连接第二防回流保护 模块的输入端，第二防回流保护模块的输出端连接机械能AC/DC模块的输入端，机械能AC/ DC模块的输出端连接充电电池的输入端；
[0007] 所述的太阳能电池板的输出端连接第三防回流保护模块的输入端，第三防回流保 护模块的输出端连接太阳能DC/DC模块的输入端，太阳能DC/DC模块的输出端连接充电电 池的输入端；
[0008] 所述的智能控制模块的IO端口分别连接风能DC/DC模块、机械能AC/DC模块、太 阳能DC/DC模块的控制端；
[0009] 所述的智能控制模块同时监测充电电池的电量。
[0010] 更加优选的技术方案，所述的智能控制模块采用TI公司的锂电池充电芯片 BQ24103。
[0011] 更加优选的技术方案，所述的风能DC/DC模块选择稳压芯片LM2596。
[0012] 更加优选的技术方案，所述的太阳能DC/DC模块选择稳压芯片LM2940。
[0013] 更加优选的技术方案，所述的AC/DC模块通过整流桥堆实现。
[0014] 更加优选的技术方案，所述的智能控制模块通过检测充电电池的充电电压、充电 电流和放电电压、放电电流来计算充电电池的电量。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1)将不同的能源采集组合利用于 充电装置，解决了单一能源采集对于不同地域农田适应性较差的问题，同时解决了多种能 源同时采集的冲突问题。（2)软件芯片控制充电，硬件采用绿色能源收集，有效延长了了农 田节点的使用寿命。（3)本实用新型装置，操作简单，可以自由移动，方便安置在任意的农田 信息采集节点中。（4)本实用新型装置具有显著的环保作用，提高了能源利用率，降低了频 繁更换节点电源的工作，节约了劳动成本。
【附图说明】
[0016] 图1本实用新型方框流程图；
[0017] 图2太阳能，风能，机械能采集的电路图；
[0018] 图3LM2596风能DC/DC模块的电路图；
[0019] 图4以BQ24103为核心芯片的智能控制模块电路原理图；
[0020] 图5BQ24103提供的充电检测电路。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图，对本实用新型进一步的描述。
[0022] 如图1 :基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，包括涡轮叶片、直流发 电机、第一防回流保护模块、风能DC/DC模块；手动摇杆、交流发电机、第二防回流保护模 块、机械能AC/DC模块；太阳能电池板、第三防回流保护模块、太阳能DC/DC模块、充电电池、 智能控制模块；所述的涡轮叶片带动直流发电机发电，直流发电机的输出端连接第一防回 流保护t旲块的输入端，弟一防回流保护t旲块的输出端连接风能DC/DC t旲块的输入端，风能 DC/DC模块的输出端连接充电电池的输入端；所述的手动摇杆带动交流发电机发电，交流 发电机的输出端连接第二防回流保护模块的输入端，第二防回流保护模块的输出端连接机 械能AC/DC模块的输入端，机械能AC/DC模块的输出端连接充电电池的输入端；所述的太阳 能电池板的输出端连接第三防回流保护模块的输入端，第三防回流保护模块的输出端连接 太阳能DC/DC模块的输入端，太阳能DC/DC模块的输出端连接充电电池的输入端；所述的智 能控制模块的IO端口分别连接风能DC/DC模块、机械能AC/DC模块、太阳能DC/DC模块的 控制端；所述的智能控制模块同时监测充电电池的电量。
[0023] 其中，所述的智能控制模块采用TI公司的锂电池充电芯片BQ24103。所述的风能 DC/DC模块选择稳压芯片LM2596。所述的太阳能DC/DC模块选择稳压芯片LM2940。所述 的AC/DC模块通过整流桥堆实现。所述的智能控制模块通过检测充电电池的充电电压、充 电电流和放电电压、放电电流来计算充电电池的电量。
[0024] 图2,电能采集模块具有三个能量源：风能、机械能、太阳能。有风时风力带动叶片 旋转使涡轮发电机M2的转子做切割磁力线的运动，从而产生感应电动势；
[0025] 无风时使用手动装置使涡轮发电机Ml的转子做切割磁力线的运动，从而产生感 应电动势；BTl为太阳能电池板，可将太阳能高效转化为电能。在制作实物过程中为了保证 每个能量采集正常工作，还另外加了发光二极管以判别独自能量采集是否正常工作。在装 置运行时，由于存在装置关断后的回流问题，此问题会危害到发电机以及太阳能电池板的 使用寿命，为了更好的保证装置的寿命，特别在发光二极管之前加入了单向导通的二极管 保证系统不会因回流过大直接损害到核心发电模块。
[0026] 风能部分原理
[0027] 当风吹向风力机的叶片时，风力机的主要作用是将风能转化为机械能，风力机的 机械输出功率可用式子表示为：
【权利要求】
1. 基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在于，包括涡轮叶片、直流 发电机、第一防回流保护模块、风能DC/DC模块；手动摇杆、交流发电机、第二防回流保护模 块、机械能AC/DC模块；太阳能电池板、第三防回流保护模块、太阳能DC/DC模块、充电电池、 智能控制模块； 所述的涡轮叶片带动直流发电机发电，直流发电机的输出端连接第一防回流保护模块 的输入端，第一防回流保护模块的输出端连接风能DC/DC模块的输入端，风能DC/DC模块的 输出端连接充电电池的输入端； 所述的手动摇杆带动交流发电机发电，交流发电机的输出端连接第二防回流保护模块 的输入端，第二防回流保护模块的输出端连接机械能AC/DC模块的输入端，机械能AC/DC模 块的输出端连接充电电池的输入端； 所述的太阳能电池板的输出端连接第三防回流保护模块的输入端，第三防回流保护模 块的输出端连接太阳能DC/DC模块的输入端，太阳能DC/DC模块的输出端连接充电电池的 输入端； 所述的智能控制t旲块的1〇端口分别连接风能DC/DC t旲块、机械能AC/DC t旲块、太阳能 DC/DC模块的控制端； 所述的智能控制模块同时监测充电电池的电量。2. 根据权利要求1所述的基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在 于，所述的智能控制模块采用TI公司的锂电池充电芯片BQ24103。3. 根据权利要求1所述的基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在 于，所述的风能DC/DC模块选择稳压芯片LM2596。4. 根据权利要求1所述的基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在 于，所述的太阳能DC/DC模块选择稳压芯片LM2940。5. 根据权利要求1所述的基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在 于，所述的AC/DC模块通过整流桥堆实现。6. 根据权利要求1所述的基于多种绿色能源的农田信息采集节点供电装置，其特征在 于，所述的智能控制模块通过检测充电电池的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流来 计算充电电池的电量。
【文档编号】H02J7-00GK204304516SQ201420771541
【发明者】林相泽, 谢宇辰 [申请人]南京农业大学