可扩展型无线充电传感器网络节点的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种可扩展型无线充电传感器网络节点，包括无线充电接收模块、电池模块、传感器模块、射频收发模块、WIFI模块以及USB转串口模块。本实用新型各模块均采用低功耗器件，处理模块可以添加模拟传感器、数字传感器，通过WIFI模块给上位机上传电池电量、传感器采集信息，各模块均留有扩展空间和开发空间，为扩展其他模块提供硬件支持，解决了无线传感器网络节点设计过程中的能量问题和功能单一问题。
【专利说明】
可扩展型无线充电传感器网络节点
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种可扩展型无线充电传感器网络节点。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络主要是由传感器节点组成，而传感器节点一般由常规电池、传感器、微处理器、无线射频模块组成。一般节点仅为特定传感器而设计，需要更换电池，而且节点必须借助于协调器与上位机进行通讯，节点功能单一，不可扩展。
【实用新型内容】
[0003]为了更好的解决无线传感器网络节点设计过程中的能量问题和功能单一问题，本实用新型提供了一种可扩展型无线充电传感器网络节点，为实现上述目的本实用新型的具体方案如下:
[0004]—种可扩展型无线充电传感器网络节点，包括:
[0005]无线充电接收模块，用于将从无线充电器接收到的电能储存在电池模块中；
[0006]电池模块，包括充电电池、低压降稳压模块、电量检测模块以及升压模块;所述无线充电接收模块与所述充电电池电连接;所述充电电池通过所述低压降稳压模块与处理模块电连接，向所述处理模块供电;所述充电电池还与所述电量检测模块电连接，所述电量检测模块与所述处理模块电连接，通过所述电量检测模块检测所述充电电池的电量，由所述处理模块根据所述充电电池的电量对所述无线充电接收模块进行控制；
[0007]传感器模块，包括数字传感器及/或模拟传感器，所述充电电池通过所述升压模块与所述传感器模块电连接，向所述传感器模块供电，所述传感器模块与所述处理模块电连接，对环境参数进行检测并向所述处理模块发送检测信号；
[0008]射频收发模块，用于将所述处理模块处理过的检测信号发送到协调器；
[0009]WIFI模块，用于将所述处理模块处理过的检测信号发送到上位机；
[0010]USB转串口模块，用于实现所述处理模块与上位机的有线通信。
[0011]优选的，所述处理模块采用提供射频收发单元及ADC转换器的TICC2530芯片。
[0012]优选的，所述无线充电接收模块采用BQ51050b无线电源接收器。
[0013]优选的，所述低压降稳压模块采用TLV70033DDCR可关断电源芯片。
[0014]优选的，所述电量检测模块采用DS2786芯片。
[0015]优选的，所述升压模块采用PS7516可关断电源芯片。
[0016]优选的，所述传感器模块采用SHTlO温湿度传感器芯片。
[0017]优选的，所述WIFI模块采用USR-WIFI232-T低功耗小尺寸WIFI模组。
[0018]优选的，所述USB转串口模块采用CP2102转换芯片。
[0019]优选的，所述充电电池设有有线充电接口。
[0020]本实用新型提供的可扩展型无线充电传感器网络节点的有益效果是:
[0021]I)、任何符合QI标准的无线充电器都能作为本节点的无线充电发射模块使用，适用性强，同时支持USB有线充电。
[0022]2)充电电池电量检测模块对充电电池起保护作用，能将充电电池电量通过CC2530组成的处理模块监控自身的电量应用情况启用和关闭无线充电接收器模块，安全可靠。
[0023]3)使用WIFI模块可与上位机无线通讯，这样节点即可当协调又可当普通节点，WIFI模块可工作在AP+STA模式，利于扩展开发。
[0024]4)使用USB转串口模块，可以与上位机有线通信，也可扩展其他模块，解决串口问题，方便开发者对芯片进行编程。
[0025]5)有两种稳压电路可让传感器、扩展其他模块的供电选择。
[0026]综上所述，本实用新型各模块均采用低功耗器件，处理模块可以添加模拟传感器、数字传感器，通过WIFI模块给上位机上传电池电量、传感器采集信息，各模块均留有扩展空间和开发空间，为扩展其他模块提供硬件支持。
【附图说明】
[0027]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中:
[0028]图1为本实用新型实施例整体结构框图；
[0029]图2为本实用新型实施例无线充电接收器模块电路原理图；
[0030]图3为本实用新型实施例USB转串口模块电路原理图；
[0031 ]图4为本实用新型实施例低压降稳压模块电路原理图；
[0032]图5为本实用新型实施例升压模块电路原理图；
[0033]图6为本实用新型实施例传感器模块电路原理图；
[0034]图7为本实用新型实施例电量检测模块电路原理图；
[0035]图8为本实用新型实施例处理模块电路原理图；
[0036]图9为本实用新型实施例WIFI模块电路原理图。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0038]实施例
[0039]如图1所示，一种可扩展型无线充电传感器网络节点，包括:
[0040]无线充电接收模块，用于将从无线充电接收模块将从符合QI标准的无线充电器接收到的电能储存在充电电池中；
[0041]电池模块，包括充电电池、低压降稳压模块、电量检测模块以及升压模块;所述无线充电接收模块与所述充电电池电连接，向充电电池充电，同时所述充电电池还可设有有线充电接口，支持通过如USB口等进行有线充电;所述充电电池通过所述低压降稳压模块与处理模块电连接，向所述处理模块供电;所述充电电池还与所述电量检测模块电连接，所述电量检测模块与所述处理模块电连接，通过所述电量检测模块检测所述充电电池的电量，由所述处理模块根据所述充电电池的电量对所述无线充电接收模块进行控制，根据电量应用情况启用和关闭无线充电接收模块；
[0042]传感器模块，包括数字传感器及/或模拟传感器，所述充电电池通过所述升压模块与所述传感器模块电连接，由充电电池向所述传感器模块供电，所述传感器模块与所述处理模块电连接，对环境参数进行检测并向所述处理模块发送检测信号；
[0043]射频收发模块，用于将所述处理模块处理过的检测信号发送到协调器；
[0044]WIFI模块，用于将所述处理模块处理过的检测信号发送到上位机；
[0045]USB转串口模块，用于实现所述处理模块与上位机的有线通信。
[0046]如图2所示，所述无线充电接收模块采用BQ51050b无线电源接收器，此接收器符合Qi vl.1通信协议，具有针对便携式应用的锂离子、锂聚合物电池充电控制器。采用近场电感电源传输，接收器线圈能够接收到任何符合QI标准的无线充电器中发送器线圈所发出的电源，然后来自接收器线圈的AC信号被整流和调节以将电源直接应用于充电锂电池中。
[0047]该接收器主要由BQ51050b芯片、电容Cl?C18，电阻Rl?R5，P沟道增强型MOS管Q1、充电状态指示灯Dl、接收器线圈组成。BQ51050b芯片的第9脚与Min1-USB接口、TI CC2530芯片的第34脚相连，当该管脚输入高电平时将关闭无线充电功能，此时第8脚为低电平允许进行有线充电。第10、11、1、20脚接地，第12脚与Rl、R2串联接电，第13脚接R3再接地，第18脚与第14脚分别串联电容C15?C17、电容C18接地。第7脚控制充电状态，第4脚为无线充电模块的输出脚连接充电锂电池第I脚。
[0048]如图3所示，所述USB转串口模块，该模块主要采用CP2102转换芯片，电容C19、C20，电阻R6、R7，Min1-USB接口、开关SI组成。CP2102转换芯片第3、0脚接地，第6脚串联电容C20接地和串联电阻R6接第9脚，第11脚串联电阻R7接地。第5脚接USB 口的D-，第4脚接USB 口的D+，第7、8脚接USB口 VBUS，开关SI控制是否为模块提供5V电压。第1、2、23?28脚供其他模块扩展通讯，解决串口问题，方便开发者对芯片进行编程。
[0049]如图4所示，所述低压降稳压模块，此模块采用TLV70033DDCR可关断电源芯片，输出3.3V电压。采用TLV70033DDCR可关断电源芯片的第I脚为电源输入脚连接充电电池第I脚，串联电容C21接地，第2、4脚接地，第3脚控制芯片启用和关闭，第5脚为电源输出脚，串联C22电容接地。
[0050]如图5所示，所述升压模块采用PS7516可关断电源芯片，输出5V电压。该模块由PS7516芯片，电容C23?C26，电阻R8，R9，电感LI，开关S3组成。第6脚为电源输入脚连接充电锂电池第I脚，第2脚接地，第4脚控制芯片启用和关闭，第I脚串联电感LI接第6脚，第5脚为电源输出脚，第三脚串联R9接地。
[0051]如图6所示，所述传感器模块采用SHTlO温湿度传感器芯片，采用SHTlO温湿度传感器芯片二线接口数字串行与TI CC2530芯片进行通讯，然而采用SHTlO温湿度传感器芯片通讯协议与通用I2C总线不兼容，软件设计中，需要用微处理器I/O接口仿真通讯协议。第I脚接地，第4脚接5V工作电压，串接电容C40接地，此时SCK频率最高可达1MHz，第2脚与TICC2530芯片第38脚相连并外接1K上拉电阻R23，第3脚与TI CC2530芯片第37脚相连。
[0052]如图7所示，所述电量检测模块采用DS2786芯片，可获取锂电池放电电流和锂电池包两端电压。由DS2786芯片，电阻RlO?R16，电容C27，开关S4组成。DS2786芯片第8脚串联电阻RlO后为第I脚辅助输入电压测量分压器提供电源，第I脚串联电阻Rll连接充电锂电池第2脚测量充电锂电池中的热敏电阻。第10脚为电源电池输入，串联电阻R12连接充电锂电池第I脚，串联电容C27接第6脚。第6脚串联R14接地。第9脚为电池电压输入，电池包的电压通过该引脚进行测量，串联电阻R13连接充电锂电池第2脚。第11、5脚接地。第7脚连接TI(:〇2530芯片第11脚，第4脚与11 CC2530芯片第8脚相连并外接上拉电阻R15，第3脚与TICC2530芯片第7脚相连并外接上拉电阻1?15。032786芯片采用I2C接口与TI CC2530芯片通信，TI CC2530芯片通过读取DS2786芯片中的寄存器即可获取充电锂电池放电电流和锂电池包两端电压。当TI CC2530芯片检测到充电锂电池电压低于2.6V时，通过控制芯片的第34脚输出低电平开启无线充电模块。
[0053]如图8所示，所述处理模块采用提供射频收发单元及ADC转换器的TICC2530芯片。该模块主要由TI CC2530芯片，电容C30?C39，电阻R22，电感L2，电感L3，32-MHz晶体振荡器，32.768kHz晶体振荡器，50 Ω Antenna天线组成。该模块可将模拟信号通过片内ADC模/数转换，对数字信号处理后，通过CC2530射频收发单元发送到协调器或者通过WIFI模块发送至上位机或者通过USB转串口模块与上位机进行有线通信。TI CC2530芯片上有两个串行通信接口，其中本节点留有其中一个串行通信接口 USARTO，该接口既可工作于异步通信模式，也可以工作于同步通信模式，TI CC2530芯片可以添加模拟传感器、数字传感器，通过WIFI模块给上位机上传电池电量、传感器采集信息，为扩展其他模块提供硬件支持。
[0054]如图9所示，所述WIFI模块为USR-WIFI232-T低功耗小尺寸WIFI模组。该模块由USR-WIFI232-T模组、电阻R15?19，电容C28、电容C29，开关S5，状态指示灯D2和D3组成。该模组第4脚与TI CC2530芯片第9脚相连，输入低电平时模组复位。第5脚与TI CC2530芯片第5脚相连，第6脚与TI CC2530芯片第6脚相连，采用异步通信的模式与TI CC2530芯片通信。该模组支持STA+AP共存模式，模块的STA接口可以与路由器相连，并通过TCP连接与网络中的服务器相，同时模块上的AP接口也可用，手机、PAD等都可以连接到这个AP接口上，控制串口设备或对模块进行设置，如控制充电关断，利于扩展开发。
[0055]以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在【具体实施方式】以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【主权项】
1.一种可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于包括: 无线充电接收模块，用于将从无线充电器接收到的电能储存在电池模块中； 电池模块，包括充电电池、低压降稳压模块、电量检测模块以及升压模块;所述无线充电接收模块与所述充电电池电连接;所述充电电池通过所述低压降稳压模块与处理模块电连接，向所述处理模块供电;所述充电电池还与所述电量检测模块电连接，所述电量检测模块与所述处理模块电连接，通过所述电量检测模块检测所述充电电池的电量，由所述处理模块根据所述充电电池的电量对所述无线充电接收模块进行控制； 传感器模块，包括数字传感器及/或模拟传感器，所述充电电池通过所述升压模块与所述传感器模块电连接，向所述传感器模块供电，所述传感器模块与所述处理模块电连接，对环境参数进行检测并向所述处理模块发送检测信号； 射频收发模块，用于将所述处理模块处理过的检测信号发送到协调器； WIFI模块，用于将所述处理模块处理过的检测信号发送到上位机； USB转串口模块，用于实现所述处理模块与上位机的有线通信。2.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述处理模块采用提供射频收发单元及ADC转换器的TI CC2530芯片。3.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述无线充电接收模块采用BQ51050b无线电源接收器。4.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述低压降稳压模块采用TLV70033DDCR可关断电源芯片。5.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述电量检测模块采用DS2786芯片。6.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述升压模块采用PS7516可关断电源芯片。7.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述传感器模块采用SHTlO温湿度传感器芯片。8.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述WIFI模块采用USR-WIFI232-T低功耗小尺寸WIFI模组。9.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于: 所述USB转串口模块采用CP2102转换芯片。10.如权利要求1所述的可扩展型无线充电传感器网络节点，其特征在于:所述充电电池设有有线充电接口。
【文档编号】H04W88/02GK205726445SQ201620578516
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】刘贵云, 黎家俊, 李致富, 林伟冬, 王佳庆, 唐冬
【申请人】广州大学