一种自供电的物联网识别装置的制作方法

本实用新型涉及物联网技术领域，尤其涉及一种自供电的物联网识别装置。

背景技术：

物联网(IOT)要想能永续运作，就必须实现自供电，无需更换电池；因此为了能够从远程位置撷取数据，专门为物联网(IOT)开发了传感器节点，必须在每次电池充电后尽可能运作最长时间。在理想情况下，最好能完全不需要更换电池，因为更换电池会大幅增加系统管理的复杂性，不能向交通不便或拆装不易的地方运送或更换电池，避免产生高昂的维护费用。

不需要更换电池的方法最好能让系统从其所处环境取得能源，时刻对内建电池充电，透过光电、无线射频能源、压力、热能以及空气或流体运动取得。

在环境能源回收发电领域中，主要有四种技术：光能、热能、震动能、无线电波，其中又以光能最适合于室内使用。IDTechEx一份报告中明确指出光伏技术与热电技术可提供最高的能量，但热能技术必须要有明显的温差变化才能发电，并不符合室内环境使用。

德州仪器公司的报告中也提到，室内光能最高可提供100μW/cm²的能量，此能量也可提供室内无线感测装置所需电量，相对其他环境能源捕获技术，此技术只需将传感器布建在室内有光的地方即可提供传感器足够的电力来源。

但事实上，电子传感器系统的能效太低，导致无法完全依赖环境取得能源。不过，如果能够以最大程度运用环境能源，则仍然有可能长续航力电池的电力，只是这样做会增加系统设计的复杂度。

其中一个关键问题就是电能难以采集，因为电能有可能为极低电压，或高电压但具有困难的相位问题。因此，必须借助专业技术来处理输入，包括升压转换器以处理许多采集系统提供给系统的低电压、高阻抗能源。此外，升压转换器等电路还会引起高频噪声，干扰无线电通讯。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型旨在于提供一种自供电的物联网识别装置，用以实现百分之百自供电。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种自供电的物联网识别装置，包括依次连接的染料敏化光电池、电池管理电路、第一充电电池以及通讯模组，所述通讯模组内含有微控制器；

所述染料敏化光电池撷取光能后，经过所述电池管理电路对所述第一充电电池充电，所述第一充电电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力。

上述的自供电物联网识别装置采用染料敏化光电池采集室内光线能源，并透过适当搭配电能处理电路实现即便在室内光源下，感测器也可达到100％的自供电。

进一步地，所述自供电的物联网识别装置还包括第二充电电池、第一开关以及第二开关，所述第一开关与所述第一充电电池连接，所述第二开关与所述第二充电电池连接，所述第一开关闭合，第二开关断开时，由第一充电电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力；所述第一开关断开，所述第二开关闭合时，由第二充电电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力。

进一步地，所述自供电的物联网识别装置还包括第二充电电池及开关，所述第二充电电池与所述开关连接，所述开关还与第一充电电池及通讯模组连接，所述开关用于切换是由第一充电电池还是第二充电电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力。

进一步地，所述电池管理电路为TI BQ25504、或ADI ADP5090/ADP5310、或Maxim Integrated MAX17710、或Linear Technology LTC3105、LTC3331、或Cymbet CBC915/CBC050、或Cypress S6AE101A的电池管理升压集成电路。

进一步地，所述电池管理电路所采用的电路板为软性电路板。

上述的电路板为软性电路板，可以有效的贴附在玻璃上。

进一步地，所述通讯模组为低功耗蓝牙、ZIGBEE、LPWAN或是WIFI中的任一种或几种。

进一步地，所述第一充电电池为薄型可挠电池。

进一步地，所述自供电的物联网识别装置的外部还设置有充电模块。

上述的充电模块用于备份使用，考虑到防水的设计，必要时可使用充电模块对通讯模组及微控制器进行充电。

进一步地，所述自供电的物联网识别装置还包括传感器模块，所述传感器模块与所述通讯模组连接。

进一步地，所述传感器模块为加速度计、温湿度计、CO2传感器、PIR传感器、照度计或CO传感器、PM2.5传感器、噪音传感器、运动传感器中的一种或几种。

进一步地，所述自供电的物联网识别装置采用名片型的封装方式，易于贴附于物品表面，使所述染料敏化光电池容易进行光源采集。

进一步地，所述微控制器搭配所述第一充电电池的电量侦测，根据电池电量以及充电速度决定所述通讯模组的广播频率，进一步根据加速度判断移动，决定广播的频率。

本实用新型采用具有发电门槛低、可挠轻量化、环保及低成本的染料敏化光电池进行光源采集，通过搭配电能处理电路实现自主供电的功能。

附图说明

图1为本实用新型自供电物联网识别装置的电路结构示意图；

图2本实用新型图1的实物结构示意图；

图3为本实用新型自供电物联网识别装置的另一种电路结构示意图；

图4为本实用新型自供电物联网识别装置的另一种电路结构示意图；

图5为本实用新型自供电物联网识别装置的另一种电路结构示意图；

图6为本实用新型图5的实物结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

实施例1

如图1所示，一种自供电的物联网识别装置，其较佳实施方式包括依次连接的染料敏化光电池(DSC)、电池管理电路、第一充电电池以及通讯模组，通讯模组内含有微控制器，第一充电电池为可充电的副电池或超级电容；

染料敏化光电池撷取光能后，经过电池管理电路对第一充电电池充电，第一充电电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力。电池管理电路为TI的电池管理升压集成电路，采用bp25505的接线图。通讯模组可以选择低功耗蓝牙、ZIGBEE、LPWAN或是WIFI中的任一种或几种。自供电的物联网识别装置的外部还可选择性的设置充电模块，用以备份使用。

图2是以图1的电路为架构，将其包装成名片型的IOT-ID装置，电路组件等使用软性电路板来实现，同时电池也选用薄型可挠电池，并使用挠度高的高分子材料来封装电路组件、电路板以及薄型电池，然后在其外部与软性DSC结合。

如图2所示，包括封装在高分子材料的电路组件：包括上壳7、底壳8、以及内部的电路2、软性电池3，贴附于上壳7的染料敏化光电池(DSC)1，以及外部连接的充电模块4，染料敏化光电池(DSC)1的正端与负端接点则穿过上壳7与电路板的DSC接口焊接而成，底壳8则设置一个启动按钮5以及一对充电模块接口电极6，充电模块4与充电模块接口电极6连接；充电模块4与充电模块接口电极6是可选择性的，不一定需要用到。

本实施例的染料敏化光电池(DSC)1在室内场所只要200lux以上的照明即可对充电电池充电，并提供通讯模组运作，达到自供电免维护的功效；在户外行走，白天有阳光或者阴雨天，只要有200lux以上的照明，或夜晚路灯或隧道照明也可提供充电。正常状况下，以CC2640R2F BLE蓝芽模块为例，工作于standby之下功耗为电流＝1uA，此时可进行DSC的充电。若CC2640 BLE每10秒广播一次，一次广播历时0.5second，则需要20mW x 0.5sec＝10mW sec。而DSC有效面积24cm²在T5@200lux；环境温度25度C下，开路电压约为1.03V，短路电流约为200uA；Pmax＝177uW，能够提供的电能扣除升压电路等功耗约剩为5.0uW/cm²x24cm²(DSC面积)x9sec(充电时间)＝10.8mW sec。所以每10秒广播一次数据，使用DSC提供BLE所需能量是充足的。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，自供电的物联网识别装置还包括第二充电电池、第一开关以及第二开关，第二充电电池一端与电池管理/升压电路连接，另一端与第二开关连接；第二开关的另一端与无线通讯模组及微控制器相连接；第一开关的一端与第一充电电池连接，另一端与无线通讯模组及微控制器相连接；当第一开关闭合，第二开关断开时，由第一电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力；当第一开关断开，第二开关闭合时，由第二电池供应给所述通讯模组及微控制器所需的电力。上述的第一充电电池为副电池/超级电容，第二充电电池为主电池。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例2的区别在于，将图3的第一开关与第二开关缩减成单一开关；来切换是由主电池还是副电池供应无线通讯模组所需的电力；

实施例4

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，自供电的物联网识别装置还包括传感器模块，所述传感器模块与所述通讯模组连接。

如图6所示，底壳8设置有一个启动按钮5以及两对传感器模块接口电极，传感器模块9与传感器模块接口电极连接。

上述传感器可以为加速度计、温湿度计、CO2传感器、PIR传感器、照度计或CO传感器、PM2.5传感器、噪音传感器、运动传感器中的一种或几种。由于传感器可以依照应用场景的需求，选择所需的传感器模块组合，可以多合一，传感器模块与基本IOT-ID的接口可选择UART、SPI、或I2C，同时需要提供电源接点，供应传感器模块所需的电力。

上述的各个实施例中的自供电的物联网识别装置可以应用到各种产品中，例如：电子车牌、识别证、电子标签、智慧书包及资源管理等；根据不同产品的不同需求做适应性调整。

本实用新型采用具有发电门槛低、可挠轻量化、环保及低成本的染料敏化光电池进行光源采集，通过搭配电能处理电路实现自主供电的功能。较佳的方式为一种名片型的封装方式，容易变成电子车牌、识别证、名牌等，贴附于各种物品的外表，使染料敏化光电池容易进行光源采集。MCU搭配电池的电量侦测，根据电池目前电量，以及充电的速度决定无线通信模块广播的频率，进一步根据加速度计判断移动，决定广播的频率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；对于本技术领域的普通技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的保护范围。