专利名称：传感器网络节点能量自供给方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器网络技术，尤其涉及一种传感器网络节点能量自供给方法和装置。
背景技术：
无线传感器网络(Wireless sensor network)为目前IT领域中研究的热点之一， 与传统网络系统相比，无线传感器网络大规模、随机布设、多跳通信方式、自组织和协同工作等特点使其在军事、工业、家居、环境等诸多领域都有广阔的应用前景。传感器节点是传感器网络的重要组成单元，其工作寿命影响着网络的存活时间。 目前大多数的传感器网络应用中都是使用干电池作为能量供给为节点供电，由于体积和成本要求的限制，节点所携带的电池能量有限，一旦安放后电池更换困难或无法更换。为了尽可能延长无线传感器网络节点工作时间，大部分系统都采用尽可能的降低节点各个单元的功率或者降低节点工作周期(Duty Cycle)的策略来降低节点消耗的能量。 这两种方法在一定程度上可以延长节点使用寿命，但是不能从根本上解决问题。如果传感器节点能够利用周围环境获取的能量，具有能量自供给能力，这样就可以克服上述节点能量单向递减的问题。目前普遍利用的环境能量主要包括太阳能、风能、热能和振动能等，其中太阳能具有易于获取、能量密度高和无污染等优点而被广泛的应用。太阳能电池板是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的装置，可以作为系统的能量采集单元。因此，如何设计合理高效的传感器网络能量自供给系统，以保证节点的能量供应并延长节点使用寿命，就成为需要解决的重要问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种传感器网络节点能量自供给方法和装置，提高传感器网络节点工作时间，即节点使用寿命。根据本发明一个方面，提供一种传感器网络节点能量自供给装置，包括能量存储单元；所述能量存储单元包括主能量存储单元和后备能量存储单元；和能量管理单元，适于检测主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态，并根据所述状态选择其中一个为能量消耗单元供电，当所述主能量存储单元的能量状态满足能量消耗单元的工作电压时， 选择主能量存储单元为能量消耗单元供电，当所述主能量存储单元的电压不满足能量消耗单元的工作电压而所述后备能量存储单元的能量状态满足能量消耗单元的工作电压时，选择后备能量存储单元为能量消耗单元供电。可选的，所述能量状态包括该单元提供、存储和消耗的能量值。可选的，通过主能量存储单元为后备能量存储单元充电。可选的，所述传感器网络节点能量自供给装置还包括能量采集单元，与能量存储单元连接，适于收集获取周围环境的能量并将收集到的能量传输给所述能量存储单元；所述能量管理单元还适于控制能量采集单元为主能量存储单元和后备能量存储单元充电。可选的，所述能量管理单元包括能量检测单元，适于检测能量采集单元、能量存储单元和能量消耗单元的能量状态；和能量控制单元和能量选择控制单元，适于根据所述状态选择性的接收来自主能量存储单元或后备能量存储单元的能量为能量消耗单元供电， 还适于控制能量采集单元为主能量存储单元和后备能量存储单元充电。可选的，所述能量检测单元包括包括电压检测单元和电流检测单元；所述电压检测单元使适于用电阻将待检测单元电压分压调节到模数转换单元适合转换的输入电压范围内，再根据测量电压和实际电压对应关系计算得到待测单元的实际电压；所述电流检测单元适于在待检测单元的输入和输出端串联采样电阻，将采样电阻两端获取的电流信号送入电流转换放大单元中转化放大为电压信号，再根据测量电压和实际电流的对应关系计算得到待测单元的实际电流。可选的，所述能量选择控制单元包括双路模拟开关芯片；所述能量控制单元包括D⑶C升降压电源管理单元以及处理单元；所述双路模拟开关芯片的一个输入端连接主能量存储单元输出端，另一个输入端连接后备能量存储单元输出端，双路模拟开关芯片的输出端连接能量消耗单元的输入端，双路模拟开关芯片的控制端与处理单元中的处理器的控制接口单元相连；所述能量采集单元的输出电压和输出电流控制是处理器通过控制接口单元设置比较器的参考电压值完成，比较器的输入端正极接太阳能电池板的电压，输入端的负极接参考电压，比较器的输出端控制DCDC升降压电源管理单元的开关接口，使能量采集单元的电压输出稳定在设置预设置的电压值上。可选的，所述主能量存储单元相较于所述后备能量存储单元适于支持更频繁的充放电操作，所述后备能量存储单元相较于所述主能量存储单元适于具有更大的储能能力且具有更小的漏电流。根据本发明又一个方面，还提供一种传感器网络节点能量自供给方法，包括步骤一、检测所述主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态；步骤二、判断主能量存储单元是否满足节点能量供给条件；步骤三、如果主能量存储单元满足节点能量供给条件，由主能量存储单元为节点提供能量；步骤四、如果主能量存储单元不能满足节点能量供给条件， 判断后备能量存储单元是否满足节点能量供给条件；和步骤五、如果主能量存储单元不能满足节点能量供给条件但是后备能量存储单元满足节点能量供给条件，由后备能量存储单元为节点提供能量。可选的，上述方法还包括如果后备能量存储单元的能量状态达到充电条件，由主能量存储单元对后备能量存储单元充电。可选的，上述方法还包括寻找能量采集单元最大输出功率工作点，然后将能量采集单元的工作状态设置在其最大输出功率工作点，即能量采集单元以最大功率输出采集能量环境并对主能量存储单元充电。可选的，所述主能量存储单元相较于所述后备能量存储单元适于支持更频繁的充放电操作，所述后备能量存储单元相较于所述主能量存储单元适于具有更大的储能能力且具有更小的漏电流。与现有技术相比，本发明的优点在于大幅度提高传感器网络节点工作时间，即节点使用寿命。
图1是本发明一个实施例中提供的传感器网络节点能量自供给装置的结构框图；图2是本发明另一个实施例中提供的传感器网络节点能量自供给装置的结构框图；图3是本发明另一个实施例中提供的能量检测单元的结构框图；图4是图3中电压检测单元10111中各单元的优选的实施方式示意图；图5是图3中电流检测单元10112中各单元的优选的实施方式示意图；图6是本发明又一个实施例中提供的能量控制单元结构框图；图7是本发明另一个实施例中提供的能量控制单元实施方式示意图；图8是本发明一个实施例中提供的传感器网络节点能量自供给方法的流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。发明人在研究中发现，由于太阳能易受气候和昼夜的影响，并且太阳能电池一般是限压电流源，因此一般不允许太阳能电池板单独直接为节点供电，而需要以能量存储单元为中介，使太阳能电池板为能量消耗单元间接供电。其他类型的环境能量也存在类似的缺陷，需要能量存储单元作为中介。同时，为了更多的获取环境能量，需要使太阳能电池板以最大功率输出的方式工作，因此我们需要控制太阳能电池板工作在最大功率输出点。能量存储单元主要作用是存储能量采集单元采集的能量，并直接为能量消耗单元提供能量。 一般可利用的能量存储单元包括电容和可充电电池，可充电电池一般具有高能量密度、低漏电流等特点，但是其具有有限的充放电次数，会导致节点电池充放电次数过多无法充电而影响节点无法工作；电容虽然具有可无限次充放电的能力，但是其能量密度低，并且漏电流大，造成能量利用率不高。如果能够结合具有无限充放电次数的电容和高能量密度、低漏电流的电池组成高效的两级能量存储模块，可以实现大幅度延长传感器网络节点使用寿命的目的，解决现有系统中存在能量存储单元形式单一，环境能量采集、利用率不高，能量管理方法低效等不足。根据上述发现，本发明提供一种采用两级存储结构的能量存储单元，包括主能量存储单元和后备能量存储单元。其中，主能量存储单元可以是具有以下特性的可充电器件 第一，从能量采集单元获取能量，同时为能量消耗单元提供能量；第二，需要支持频繁的充放电操作；当主能量存储单元的能量耗尽，则需要使用后备能量存储单元为节点供电。后备能量存储单元可以是具有以下特性的可充电器件第一，在主能量存储单元能量耗尽的情况下能够为节点长时间的供电；第二，需要有较强储能能力，要求其漏电流尽可能小。主能量存储模块(例如电容)的充电要求不高，一般使用能量采集模块为其充电。而后备能量存储模块(例如可充电电池)的充电要求比较高，以系统使用的锂电池为例，一般充电过程包括恒压充电和恒流充电，因此不能使用限压电流源的太阳能电池板为其直接在充电，而使用电压和电流比较稳定的电容为其充电。
利用上述能量存储单元，本发明一个实施例中提供一种传感器网络节点能量自供给装置。如图1所示，所述装置100包括能量管理单元101和能量存储单元102。能量管理单元101分别与能量消耗单元200、能量采集单元300和能量存储单元102连接，并与能量存储单元102信号连接。其中，能量管理单元101适于管理来自能量采集单元300所采集的能量，检测能量存储单元102中的主能量存储单元1021和后备能量存储单元1022的能量状态，根据主能量存储单元1021和后备能量存储单元1022的状态，选择其中一个为能量消耗模块供电。能量管理单元101还适于根据所述能量状态，选择性的接收来自主能量存储单元1021或后备能量存储单元1022的能量为能量消耗单元200供电。图中箭头001、002、003表示能量流； 箭头004表示信号流。能量状态是通过对各个单元的电压和电流信息进行检测，然后通过简单的计算得出来的，一般包括该单元提供、存储和消耗的能量值。其中，所述主能量存储单元1021为电容，后备能量存储单元1022为可充电电池， 优选的，通过主能量存储单元1021为后备能量存储单元1022充电。优选的，所述主能量存储单元1021选用超级电容(super capacitor)。超级电容又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容的优点主要包括在很小的体积下达到法拉级的电容量、无须特别的充电电路和控制放电电路、和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响、从环保的角度考虑，它是一种绿色能源等。因此将其用于主能量存储单元有着特别的优点。根据本发明的另一个实施例，提供一种传感器网络节点能量自供给装置。如图2 所示，所述装置100包括能量管理单元101、能量存储单元102和能量采集单元103。其中，能量存储单元 102包括主能量存储单元1021和后备能量存储单元1022 ；能量管理单元101包括能量检测单元1011、能量控制单元1012、电路保护单元1013、能量选择控制单元1034和环境监测单元1035。其中，能量采集单元103的能量输出端与能量存储单元102的输入端相连，能量存储单元102的能量输出端通过能量选择控制单元1014与能量消耗单元200的能量输入端相连，能量管理单元103与能量采集单元101、能量存储单元102、和能量消耗单元200通过相应的控制接口相连。图中，粗箭头代表能量流，细箭头代表信号流。能量采集单元103适于收集获取周围环境的能量，将采集到的能量存储在能量存储单元102中，所述的能量采集单元103是采用将各种形式的环境能量转换为电能的单元， 包括，振动能，风能，太阳能等形式的环境能量。在本实例中，采用太阳能电池作为能量采集单元进行说明。能量存储单元102适于存储能量采集单元103获取的能量。具体的，能量存储单元102采用两级存储结构，分别是主能量存储单元1021和后备能量存储单元1022。主能量存储单元1021从能量采集单元103获取能量并且为能量消耗单元200提供能量，同时还可以为后备能量存储单元1022提供能量。由于需要支持有很频繁的充放电操作，而电容不受充电次数限制，因此在本发明实例中，采用电容作为主能量存储单元进行说明。当主能量存储单元1021的能量耗尽，则需要使用后备能量存储单元1022为节点供电。后备能量存储单元1022需要具有以下功能要求第一，在主能量存储单元1021能量耗尽的情况下能够为节点长时间地供电；第二，需要有较强储能能力，要求其漏电流尽可能小；第三，需要尽可能多的充放电次数，达到延长节点寿命。可充电电池基本上都满足上述要求，因此，在本发明实例中，采用可充电电池作为后备能量存储单元。能量管理单元101适于对各个单元的能量进行管理能量管理单元101控制能量存储单元102中的主能量存储单元1021和后备能量存储单元1022为能量消耗单元200 供电；能量管理单元101控制能量采集单元103为能量存储单元102中的主能量存储单元 1021和后备能量存储单元1022补充能量；能量管理单元101监控能量采集单元103、能量存储单元102和能量消耗单元200的能量状态。具体的，能量管理单元101包括能量检测单元1011，能量控制单元1012，电路保护单元1013，能量选择控制单元1014和环境监测单元1015。其中，能量检测单元1011检测能量采集单元103，能量存储单元102和能量消耗单元200的能量状态，检测信息包括电流和电压等信息。能量控制单元1012控制能量采集单元103，能量存储单元102和能量消耗单元 200完成上述方法中描述的控制能量存储单元供能和储能的过程。电路保护单元1013是在电路中对各单元进行保护的。其中，能量采集单元103的电路保护包括防反接和短路保护，主能量存储单元1021和后备能量存储单元1022的电路保护包括充放电限压限流保护和防短路保护；能量消耗单元200的电路保护包括限压限流和防短路保护。能量选择控制单元1014根据各个单元的能量状态为节点选择合适的能量源。环境监测单元1015作用是实时测量和提供环境信息。在本实例中，环境监测单元 1015包括空气温湿度传感器和光照传感器，可以提供空气温度、湿度和光照度信息。根据本发明又一个实施例，如图3所示，能量检测单元1011包括电压检测单元 10111和电流检测单元10112。电压检测单元10111又包括太阳能电池板电压检测单元，电容电压检测单元，电池电压检测单元和节点电压检测单元(即能量消耗单元检测单元)，主要分别与太阳能电池板、电容、电池和节点的电压测量接口连接，检测其电压信息。电流检测单元10112又包括太阳能电池板输出电流检测单元，电容输入输出电流检测单元，电池输入输出电流检测单元和节点输入电流检测单元，分别与太阳能电池板，电容，电池和节点的电流测量接口连接，并检测其电流信息。在这里输入和输出电流是不一样的，一般输入电流是指其充电时的电流值，而输出电流是指其作为电源为别的设备提供的电流值。所以主能量存储单元和后备能量存储单元就有输入和输出电流这两种电流。而能量供给单元就只有输出电流，能量消耗单元就只有输入电流。如图4所示，为电压检测单元10111中各单元的优选的实施方式，使用高精度电阻 301将各单元电压分压调节到模数转换单元302适合转换的输入电压范围内。之后处理器再根据电压对应关系计算得到待测单元的实际电压。如图5所示，为电流检测单元10112中各单元的优选的实施方式，在各单元的输入和输出端串联采样电阻401，再将采样电阻401两端获取的电流信号送入电流转换放大单元402中转化放大为电压信号，再将转换后的电压信号通过模数转换单元403送入处理器进行处理。处理器根据测量电压和实际电流的对应关系计算得到待测单元的实际电流。根据本发明的另一个实施例，如图6所示，能量控制单元1102包括电压控制单元 501和电流控制单元502。电压控制单元501又包括太阳能电池板电压控制单元5011、电容电压控制单元5012、电池电压控制单元5013和节点电压控制单元5014，分别与太阳能电池板、电容、电池和节点的电压控制接口连接，控制其电压的输出。电流控制单元502又包括太阳能电池输出电流控制单元5021、电容输入输出电流控制单元5022、电池输入输出电流控制单元5023和节点输入电流控制单元50M，分别与太阳能电池板、电容、电池和节点的电流控制接口连接，控制其电流的输出。根据本发明的又一个实施例，提供一种传感器网络节点能量自供给装置。如图7 为能量控制单元实施方式示意图，其中，能量采集单元为太阳能电池板601，能量存储单元为电容603和可充电电池605，能量控制单元包括D⑶C升降压电源管理单元602、604、606 以及处理单元607。其中，能量管理单元中的能量选择控制单元采用双路模拟开关芯片610实现供电电源的选择功能。双路模拟开关芯片610的一个输入端连接主能量存储单元输出端，另一个输入端连接后备能量存储单元输出端，双路模拟开关芯片610的输出端连接能量消耗单元的输入端，双路模拟开关芯片610的控制端与处理单元607中的处理器6071的控制接口单元6072相连。保证主能量存储单元或后备能量存储单元二者中任一个可提供电源。处理器6071根据能量存储单元的能量状态控制控制接口单元选择合适的能量存储单元为节点供电。能量消耗单元指无线传感器网络节点。其中，太阳能电池板601的输出电压和输出电流控制是处理器6071通过控制接口单元6072设置比较器608的参考电压值，比较器608的输入端正极接太阳能电池板的电压，输入端的负极接参考电压，比较器608的输出端控制DCDC升降压电源管理单元602的开关接口，通过这样的方式就可以控制太阳能电池板的电压输出稳定在设置预设置的电压值上；电容603的电压控制是处理器6071通过控制接口单元6072通过D⑶C升降压电源管理单元602的电压控制接口 6021设置和控制的；电容603的电流是处理器6071通过控制接口单元6072通过DOTC升降压电源管理单元602的电流控制接口 6022设置和控制的；可充电电池605的电压是处理器6071通过控制接口单元6072通过D⑶C升降压电源管理单元604的电压控制接口 6041设置和控制的。电池605的电流是处理器6071通过控制接口单元6072通过D⑶C升降压电源管理单元604的电流控制接口 6042设置和控制的。传感器网络节点607的电压是处理器6071通过控制接口单元6072通过D⑶C升降压电源管理单元606(其另一端应该接能量消耗单元的电源接口)的电压控制接口 6061控制设置的。根据本发明一个实施例，能量采集单元为太阳能电池板，应用上述能量自供给装置给节点供电的过程如下(白天)启动整个系统，系统首先采用后备能量存储单元可充电电池为节点供电；能量管理单元运行寻找太阳能电池板的最大功率输出点工作状态，并控制太阳能电池板工作在其最大功率输出点上；太阳能电池板获取的能量为主能量存储单元电容充电； 能量管理单元通过监控主能量存储单元电容和后备能量存储单元可充电电池的电压和电流等能量状态，当主能量存储单元电容充满能量后，由能量管理单元控制模拟开关选择主能量存储单元为能量供给节点供电，尽量减少后备能量存储装置可充电电池的使用；能量管理单元同时监控后备能量存储单元可充电电池的能量状态，为其补充能量，尽可能其随时保持满能量状态；在夜间无光照的情况下，则使用电容中点电容的能量，选用的电容存储的能量一般足够节点度过夜间；白天有光照后，继续利用能量采集装置收集环境能量，为主能量存储单元和后备能量存储单元补充能量。一般一天收集的环境能量能够足够节点使用和为电容充满电，这样一般不会使用后备能量存储单元可充电电池为节点供电。后备能量存储单元的能量足够节点工作几个月。即使节点因为能量被消耗完而死机，等环境能量丰富后，又可以利用环境能量重新启动。根据本发明的另一个实施例，提供一种传感器网络节点，包括上述传感器网络节点能量自供给装置，以及能量消耗单元。其中，能量消耗单元包括处理模块，射频单元，存储单元等。处理模块和上述处理单元可以通过一个微程序控制器(MCU，Microprogrammed Control Unit)实现，微程序控制器是将CPU、RAM、ROM、定时器、多种1/0接口和模数转化单元集成在一块芯片上，形成芯片级的计算机。根据本发明的一个实施例，提供一种传感器网络节点能量自供给方法。如图8所示，该方法包括Sl 启动传感器网络能量自供给节点系统，转向S2 ；S2 判断环境采集单元能量是否充足，如果满足条件，转向S3。如果不满足条件， 则转向S4;S3 启动能量采集单元为主能量存储单元充电，转向S4 ；S4 判断主能量存储单元是否满足节点能量供给条件，如果满足条件，转向S5，如果不满足条件，转向S6;S5 启动主能量存储单元为节点提供能量，转向S9 ；S6 判断后备能量存储单元是否满足节点能量供给条件，如果满足条件，转向S7, 如果不满足条件，转向S8;S7 启动后备能量存储单元为节点提供能量，转向S9 ；S8 能量自供给装置进入死机状态，转向S2 ；S9 检测主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态，转向SlO ；SlO 判断后备能量存储单元的能量状态达到充电条件，如果满足条件，转向Sll ； 如果不满足条件，转向S2;Sll 对后备能量存储单元实施能量补充，转向S12 ；S12 判断后备能量存储单元的能量状态达到满充条件，如果满足条件，转向S13 ； 如果不满足条件，转向S2;S13 停止对后备能量存储单元实施能量补充，转向S2。其中，节点的主能量存储单元为电容，后备能量存储单元为可充电电池。可充电电池的充电要求比较高，其充电过程需要恒压充电和恒流充电，而能量采集单元电源一般为限压电流源，电压不稳，很难满足可充电电池的充电要求，同时主能量存储单元电容对充电要求不高，并且电压比较稳定；因此，本实施例中采用的充电方式为由能量采集单元为主能量存储单元充电，主能量存储单元再为后备能量存储单元充电。步骤S4中，判断主能量存储单元能否满足供给包括判断主能量存储单元的电压是否达到节点能量消耗单元所需电压。步骤S5、S7中，为节点提供能量包括为节点的能量消耗单元供电。步骤S9检测主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态为周期性检测，周期一般为15分钟并可以根据需要进行配置。步骤SlO中，因为后备能量存储单元一般具有有限的充放电次数，所以通过判断后备能量存储单元是否达到充电条件以节省充放电次数，判断条件包括第一，是否达到需要充电的电压值；第二，主能量存储单元时候有足够的能量为后备能量存储单元充电。步骤 SlO判断后备能量存储单元的能量状态达到充电条件为周期性判断，周期一般为15分钟并可以根据需要进行配置。步骤S12判断后备能量存储单元的能量状态达到满充条件为周期性判断，周期一般为15分钟并可以根据需要进行配置。进一步的，为了充分利用太阳能或其他环境能源，最大化的获取环境能量，还可以将能量采集单元的工作状态设置在其最大输出功率工作点上。根据本发明一个实施例，提供一种传感器网络节点能量自供给方法，与上述方法的其别在于，步骤S3包括S301 寻找能量采集单元最大输出功率工作点，然后将能量采集单元的工作状态设置在其最大输出功率工作点；S302 能量采集单元以最大功率输出采集能量环境，对主能量存储单元充电。在本实施例中针对太阳能的最大功率输出控制，但其他形式的环境能量一般也有最大功率输出点控制方法，进行最大功率点的控制主要是能够最大化的获取环境能量。应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
权利要求
1.一种传感器网络节点能量自供给装置，包括能量存储单元；所述能量存储单元包括主能量存储单元和后备能量存储单元；和能量管理单元，适于检测主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态，并根据所述状态选择其中一个为能量消耗单元供电，当所述主能量存储单元的能量状态满足能量消耗单元的工作电压时，选择主能量存储单元为能量消耗单元供电，当所述主能量存储单元的电压不满足能量消耗单元的工作电压而所述后备能量存储单元的能量状态满足能量消耗单元的工作电压时，选择后备能量存储单元为能量消耗单元供电。
2.根据权利要求1所述的传感器网络节点能量自供给装置，所述能量状态包括该单元提供、存储和消耗的能量值。
3.根据权利要求1所述的传感器网络节点能量自供给装置，其中，通过主能量存储单元为后备能量存储单元充电。
4.根据权利要求1所述的传感器网络节点能量自供给装置，还包括能量采集单元，与能量存储单元连接，适于收集获取周围环境的能量并将收集到的能量传输给所述能量存储单元；所述能量管理单元还适于控制能量采集单元为主能量存储单元和后备能量存储单元充电。
5.根据权利要求4所述的传感器网络节点能量自供给装置，所述能量管理单元包括能量检测单元，适于检测能量采集单元、能量存储单元和能量消耗单元的能量状态；和能量控制单元和能量选择控制单元，适于根据所述状态选择性的接收来自主能量存储单元或后备能量存储单元的能量为能量消耗单元供电，还适于控制能量采集单元为主能量存储单元和后备能量存储单元充电。
6.根据权利要求5所述的传感器网络节点能量自供给装置，所述能量检测单元包括 包括电压检测单元和电流检测单元；所述电压检测单元使适于用电阻将待检测单元电压分压调节到模数转换单元适合转换的输入电压范围内，再根据测量电压和实际电压对应关系计算得到待测单元的实际电压；所述电流检测单元适于在待检测单元的输入和输出端串联采样电阻，将采样电阻两端获取的电流信号送入电流转换放大单元中转化放大为电压信号，再根据测量电压和实际电流的对应关系计算得到待测单元的实际电流。
7.根据权利要求5所述的传感器网络节点能量自供给装置，所述能量选择控制单元包括双路模拟开关芯片；所述能量控制单元包括D⑶C升降压电源管理单元以及处理单元；所述双路模拟开关芯片的一个输入端连接主能量存储单元输出端，另一个输入端连接后备能量存储单元输出端，双路模拟开关芯片的输出端连接能量消耗单元的输入端，双路模拟开关芯片的控制端与处理单元中的处理器的控制接口单元相连；所述能量采集单元的输出电压和输出电流控制是处理器通过控制接口单元设置比较器的参考电压值完成，比较器的输入端正极接太阳能电池板的电压，输入端的负极接参考电压，比较器的输出端控制DCDC升降压电源管理单元的开关接口，使能量采集单元的电压输出稳定在设置预设置的电压值上。
8.—种传感器网络节点能量自供给方法，包括步骤一、检测所述主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态； 步骤二、判断主能量存储单元是否满足节点能量供给条件；步骤三、如果主能量存储单元满足节点能量供给条件，由主能量存储单元为节点提供能量；步骤四、如果主能量存储单元不能满足节点能量供给条件，判断后备能量存储单元是否满足节点能量供给条件；和步骤五、如果主能量存储单元不能满足节点能量供给条件但是后备能量存储单元满足节点能量供给条件，由后备能量存储单元为节点提供能量。
9.根据权利要求1所述的传感器网络节点能量自供给方法，还包括如果后备能量存储单元的能量状态达到充电条件，由主能量存储单元对后备能量存储单元充电。
10.根据权利要求1所述的传感器网络节点能量自供给方法，还包括寻找能量采集单元最大输出功率工作点，然后将能量采集单元的工作状态设置在其最大输出功率工作点，即能量采集单元以最大功率输出采集能量环境并对主能量存储单元充电。
全文摘要
本发明提供一种传感器网络节点能量自供给装置，包括能量存储单元；所述能量存储单元包括主能量存储单元和后备能量存储单元；和能量管理单元，适于检测主能量存储单元和后备能量存储单元的能量状态，并根据所述状态选择其中一个为能量消耗单元供电，当所述主能量存储单元的能量状态满足能量消耗单元的工作电压时，选择主能量存储单元为能量消耗单元供电，当所述主能量存储单元的电压不满足能量消耗单元的工作电压而所述后备能量存储单元的能量状态满足能量消耗单元的工作电压时，选择后备能量存储单元为能量消耗单元供电。还提供一种传感器网络节点能量自供给方法。使用上述装置和方法大幅度提高传感器网络节点工作时间，延长节点使用寿命。
文档编号H02J9/06GK102306949SQ201110269248
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者崔莉, 张静静, 赵泽, 陈海明 申请人:中国科学院计算技术研究所