基于变电站电场能的无线传感网络供能系统的制作方法

本实用新型属于空间电场能自供能技术领域，具体涉及一种基于变电站电场能的无线传感网络供能系统。

背景技术：

随着我国经济的迅速发展，国家对于电力的需求和依赖性越来越大，久而久之，对变电站及电网的安全性和稳定性也提出了更为严格的要求。对变电站设备进行在线监测在我国已经有了较长一段时间的发展，基于无线传感网络的变电站实时监测系统对及时发现设备损坏、保证设备安全运行起到了良好作用，但是实际投入运行的监控系统的运行效果并不理想，而且存在诸多问题，没有得到预期的经济效益和社会效益。一方面是在线监测和停电试验的等效问题、抗干扰问题、大气环境对监测的影响、监测系统对来自于系统冲击的耐受能力问题等等。另一方面是各个层节点供电问题，传统的供电只是采用电池供电，持续时间最多也就两三年，这些问题都或多或少的限制了该项技术的迅速发展。对于变电站这一特殊的应用场合，具有丰富的电场能，不加以利用，只能造成能量的白白浪费，因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，通过可控的储能装置，改变两个电极板的电荷量或电压值，实现变电站电场能到电能的转换，同时将收集的微弱的信号转换为稳定的电源，回收资源，节能减排。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其设计新颖合理，可实现变电站电场能到电能的转换，并且能对微弱的电流信号进行稳定转换， 回收资源，节能减排，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：包括储能装置和将储能装置收集的间断电流转换为稳定电源并给变电站无线传感网络供电的电源保护模块，以及用于调控储能装置和所述电源保护模块工作的控制装置，储能装置包括真空箱体和设置在真空箱体内用于收集变电站电场能的电能收集装置，所述电能收集装置包括两个分别上下相向安装的电能收集组件，所述电能收集组件的结构均相同，所述电能收集组件包括电极板和固定安装在电极板上的导电触膜，导电触膜上固定连接有与万向球头相配合的球头座，万向球头上固定连接有转动轴，所述电源保护模块包括依次连接的充电管理电路、开关电路、蓄电池和电平转换电路，充电管理电路通过电能导线与储能装置连接，所述控制装置包括微控制器和与微控制器连接的存储器，微控制器的输入端接有电流采样电路，直流电机控制机构的输入端和开关电路的输入端均与微控制器的输出端相接，转动轴与直流电机控制机构中直流电机的输出轴传动连接，电流采样电路的信号输入端与蓄电池的输出端相接。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述球头座上设置有三轴陀螺仪，三轴陀螺仪的信号输出端与微控制器的输入端相接。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述电能导线的数量为两根，两根电能导线分别设置在两个所述电能收集组件中的转动轴内，转动轴为中空转动轴。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述导电触膜为中空半球形导电触膜，所述中空半球形导电触膜为薄铜触膜。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述充电管理电路包括充电管理芯片BQ2057、两端接口P1和三极管Q1，所 述充电管理芯片BQ2057的CC管脚经电阻R2与三极管Q1的基极相接，三极管Q1的发射极经电阻R1与发光二极管D1的阴极相接，发光二极管D1的阴极与两端接口P1的第1管脚相接，两端接口P1的第2管脚接地，三极管Q1的发射极和电阻R1的连接端与充电管理芯片BQ2057的SNS管脚相接，充电管理芯片BQ2057的BAT管脚与三极管Q1的集电极相接，两端接口P1的第1管脚与一根电能导线连接，两端接口P1的第2管脚与另一根电能导线连接。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述开关电路包括MOSFET管Q2，所述MOSFET管Q2的源极与充电管理芯片BQ2057的BAT管脚和三极管Q1的集电极的连接端相接，所述MOSFET管Q2的栅极与微控制器相接。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述蓄电池包括可充电电池BT1，所述可充电电池BT1的正极与所述MOSFET管Q2的漏极相接，所述可充电电池BT1的负极分三路，一路接地，另一路经可变电阻RT与充电管理芯片BQ2057的TS管脚相接，第三路经电容C1与所述MOSFET管Q2的源极相接。

上述的基于变电站电场能的无线传感网络供能系统，其特征在于：所述微控制器为DSP微控制器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置真空箱体，保持两个电极板之间的绝缘环境，避免了电磁干扰和短路现象，为无线传感网络的供能提供了良好的基础装置，便于推广使用。

2、本实用新型采用两个直流电机控制机构，可独立控制两个万向球头的转动范围以及两个转动轴的伸缩范围，有效的调整两个电极板之间的有效面积或有效间距，从而引起两个电极板之间的电压或电荷的变化，电能转换效率高，使用效果好。

3、本实用新型设置充电管理电路对储能装置收集的电能进行稳定，同 时设置开关电路保护蓄电池不处于过冲状态，延长蓄电池的使用寿命，控制简单。

4、本实用新型设计新颖合理，体积小，成本低，回收资源，节能减排，实用性强，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，结构简单，可实现变电站电场能到电能的转换，并且能对微弱的电流信号进行稳定转换，回收资源，节能减排，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型储能装置的结构示意图。

图3为本实用新型充电管理电路、开关电路和蓄电池的电路连接关系示意图。

附图标记说明:

1—储能装置； 1-1—真空箱体； 1-2—电极板；

1-3-1—导电触膜； 1-3-2—球头座； 1-3-3—万向球头；

1-3-4—转动轴； 1-3-5—三轴陀螺仪； 1-4—电能导线；

2—充电管理电路； 3—开关电路； 4—蓄电池；

5—电平转换电路； 6—存储器； 7—微控制器；

8—电流采样电路； 9—直流电机控制机构。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括储能装置1和将储能装置1收集的间断电流转换为稳定电源并给变电站无线传感网络供电的电源保护模块，以及用于调控储能装置1和所述电源保护模块工作的控制装置，储能装置 1包括真空箱体1-1和设置在真空箱体1-1内用于收集变电站电场能的电能收集装置，所述电能收集装置包括两个分别上下相向安装的电能收集组件，所述电能收集组件的结构均相同，所述电能收集组件包括电极板1-2和固定安装在电极板1-2上的导电触膜1-3-1，导电触膜1-3-1上固定连接有与万向球头1-3-3相配合的球头座1-3-2，万向球头1-3-3上固定连接有转动轴1-3-4，所述电源保护模块包括依次连接的充电管理电路2、开关电路3、蓄电池4和电平转换电路5，充电管理电路2通过电能导线1-4与储能装置1连接，所述控制装置包括微控制器7和与微控制器7连接的存储器6，微控制器7的输入端接有电流采样电路8，直流电机控制机构9的输入端和开关电路3的输入端均与微控制器7的输出端相接，转动轴1-3-4与直流电机控制机构9中直流电机的输出轴传动连接，电流采样电路8的信号输入端与蓄电池4的输出端相接。

需要说明的是，实际使用中，两个所述电能收集组件的中心分别沿同一竖直线相对安装在真空箱体1-1内，便于调节两个电极板1-2的相对位置，保持平行，控制简单。

如图2所示，本实施例中，所述球头座1-3-2上设置有三轴陀螺仪1-3-5，三轴陀螺仪1-3-5的信号输出端与微控制器7的输入端相接。

本实施例中，所述电能导线1-4的数量为两根，两根电能导线1-4分别设置在两个所述电能收集组件中的转动轴1-3-4内，转动轴1-3-4为中空转动轴。

本实施例中，所述导电触膜1-3-1为中空半球形导电触膜，所述中空半球形导电触膜为薄铜触膜。

如图3所示，本实施例中，所述充电管理电路2包括充电管理芯片BQ2057、两端接口P1和三极管Q1，所述充电管理芯片BQ2057的CC管脚经电阻R2与三极管Q1的基极相接，三极管Q1的发射极经电阻R1与发光二极管D1的阴极相接，发光二极管D1的阴极与两端接口P1的第1管脚相接，两端接口P1的第2管脚接地，三极管Q1的发射极和电阻R1的连 接端与充电管理芯片BQ2057的SNS管脚相接，充电管理芯片BQ2057的BAT管脚与三极管Q1的集电极相接，两端接口P1的第1管脚与一根电能导线1-4连接，两端接口P1的第2管脚与另一根电能导线1-4连接。

如图3所示，本实施例中，所述开关电路3包括MOSFET管Q2，所述MOSFET管Q2的源极与充电管理芯片BQ2057的BAT管脚和三极管Q1的集电极的连接端相接，所述MOSFET管Q2的栅极与微控制器7相接。

如图3所示，本实施例中，所述蓄电池4包括可充电电池BT1，所述可充电电池BT1的正极与所述MOSFET管Q2的漏极相接，所述可充电电池BT1的负极分三路，一路接地，另一路经可变电阻RT与充电管理芯片BQ2057的TS管脚相接，第三路经电容C1与所述MOSFET管Q2的源极相接。

本实施例中，所述微控制器7为DSP微控制器。

本实用新型使用时，一个三轴陀螺仪1-3-5安装在一个所述电能收集组件中的球头座1-3-2上，用于检测一个电极板1-2的转动参数；另一个三轴陀螺仪1-3-5安装在另一个所述电能收集组件中的球头座1-3-2上，用于检测另一个电极板1-2的转动参数；两个三轴陀螺仪1-3-5采集的数据均存储在存储器6中，进行数据比较，为两个电极板1-2的平行调节提供了依据；一个直流电机控制机构9中直流电机的输出轴连接在安装在一个所述电能收集组件中的转动轴1-3-4上，用于调节一个电极板1-2转动或伸缩距离；另一个直流电机控制机构9中直流电机的输出轴连接在安装在另一个所述电能收集组件中的转动轴1-3-4上，用于调节另一个电极板1-2转动或伸缩距离；两个直流电机控制机构9由微控制器7独立控制，避免由于意外振荡导致的两个电极板1-2中的一个倾斜而同时调节两个电极板1-2，两个电极板1-2采集的电荷量移动形成微弱的电流信号经两个电能导线1-4连接至充电管理电路2中进行蓄电池4的充电管理，通过电平转换电路5输出无线传感网络需要的电压值，电流采样电路8可在反馈端采集蓄电池4的电流信号，避免储能装置1源源不断的向蓄电池4充电，造成过冲导致蓄电池4损坏，微控制器7通过控制开关电路3开通或关断， 使用效果好，控制简单。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以

及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。