CN101986507A - 一种延长无线传感器电池供电时间的方法和专用电路 - Google Patents

一种延长无线传感器电池供电时间的方法和专用电路 Download PDF

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杜永强
尤肖虎
傅学群
黄鹤
赵春明
蒋良成
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Abstract

本发明公开了一种延长无线传感器电池供电时间的方法及其专用电路。该方法基于电池放电电压缓降的特性，利用DC-DC将电池电压降低到适合无线传感器电路的供电电压进行供电。该专用电路包括模拟前端、无线收发模块、DC-DC模块和电池；本发明基于电池放电电压缓降的特性，利用DC-DC模块将电池电压降低到无线传感器电路的最低供电电压，然后以最低供电电压对无线传感器进行供电，从而充分利用电池能量，提高了无线传感器的供电效率，延长了电池的使用时间。相比不采用本发明的直接电池供电方式，延长了无线传感器的电池供电时间可达1.47倍。

Description

一种延长无线传感器电池供电时间的方法和专用电路
技术领域
本发明涉及物联网中的无线传感器，具体涉及一种延长无线传感器电池供电时间的方法和专用电路。
背景技术
物联网将各种信息传感设备与互联网结合，实现了人、设备与系统间的智能互连，借助各种通信网络技术，人们就可以和物体“对话”，而物体和物体之间也能“交流”。这在业界被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。
数据采集是物联网必不可少的一个重要环节，而传感器是数据采集和数据感知最重要的关键技术。无线、、微型的传感器更是具有不受地域条件限制的独特优势。
电池供电的无线传感器的持续工作时间由电池容量决定，由于传感器对体积、重量的严格限制，电池能够提供的能量通常非常有限，如何延长传感器的持续工作时间成为制约无线传感器应用推广的一个瓶颈。通常延长电池供电时间的做法是尽可能降低无线传感器电路部分的功耗。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种延长无线传感器电池供电时间的方法，在有限的电池能量供给条件下，延长无线传感器的连续工作时间，满足传感器实时、连续、长时间的监测的需要。本发明的另一目的是提供一种上述方法的专用电路。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种延长无线传感器电池供电时间的方法，基于电池放电电压缓降的特性，利用DC-DC将电池电压降低到适合无线传感器电路的供电电压进行供电。
一种延长无线传感器电池供电时间的方法的专用电路，包括模拟前端、无线收发模块、DC-DC模块和电池；所述的模拟前端，用于拾取需要感知的微弱信号；所述的无线收发模块，用于将信号预处理器后的信息，通过无线方式传送到远端；所述的DC-DC模块，用于将电池电压转换到最适合传感器电路工作的最低电压；所述的电池，用于为无线传感器提供工作所需的能源。
所述的电池为容量为180mAh锂离子充电电池CIR2477。
所述的DC-DC模块为MAX1920。
所述的模拟前端的具体电路采用ADS1298，其工作电压为2.7～3.9V，工作电流为2.1mA，输出数据率为16kbps。
所述的无线收发器的具体电路采用CC2530，其工作电压为2.0～3.9V。
所述的无线收发器采用间歇传输模式工作。
本发明针对电池的放电特性，给出了一种新的无线传感器供电方法，可以减小传感器电路对电池电流的消耗，以达到延长无线传感器电池供电时间的目的。无线传感器的电路尽可能采用低的供电电压，基于电池放电电压缓降的特性，利用DC-DC将电池电压降低到适合无线传感器电路的供电电压进行供电。
有益效果：本发明延长无线传感器电池供电时间的电路，基于电池放电电压缓降的特性，利用DC-DC模块将电池电压降低后为无线传感器供电，从而充分利用电池能量，达到延长电池使用时间的目的。相比不采用本发明的直接电池供电方式，延长了无线传感器的电池供电时间可达1.47倍。
附图说明
图1为本发明延长无线传感器电池供电时间电路的原理框图。
图2为锂离子充电电池CIR2477的放电电压累积时间分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的解释。
图1为实现本发明可采用的原理框图，其信号流程为：电池1通过DC-DC模块2为模拟前端3和无线收发器4提供正常工作的能量。模拟前端3拾取需要感知的微弱信号，该信号非常微弱，需要信号预处理进行滤波、量化等预处理，经过于处理后的数据通过无线收发器4以最、无线的方式发送出去，实现对信号的感知和采集。
本发明实施例如图1所示，这里电池1采用容量为180mAh锂离子充电电池CIR2477，其放电电压累积时间分布如图2所示。其平均放电电压为3.75V。DC-DC模块2采用MAX1920，其工作效率为90%。模拟前端3的具体电路采用ADS1298，其工作电压为2.7～3.9V，工作电流为2.1mA，输出数据率为16kbps。无线收发器4的具体电路采用CC2530，其工作电压为2.0～3.9V，数据传输速率250kbps时消耗电流为36.3mA。由于模拟前端3输出的数据率仅为16kbps，无线收发器4可以采用间歇传输模式，考虑其休眠、唤醒及无线传输协议的开销，无线收发器4的工作系数为8%，消耗的平均电流为2.9mA。
因此，电池直接供电在，模拟前端3和无线收发器4消耗的总电流为5mA，采用容量为180mAh锂离子充电电池CIR2477可持续供电36小时。
采用本发明的延长无线传感器电池供电时间电路及方法，DC-DC模块2的工作效率为90%，模拟前端3的供电电压由平均3.75V降低到2.7V，取自电池的电流由2.1mA降低到1.68mA。无线收发器4的供电电压由平均3.75V降低到2.0V，取自电池的电流由2.9mA降低到1.72mA。模拟前端3和无线收发器4消耗的总电流为3.4mA，采用容量为180mAh锂离子充电电池CIR2477可持续供电52.94小时。相比不采用本发明的直接电池供电方式，延长了无线传感器的电池供电时间1.47倍。

Claims (7)

1.一种延长无线传感器电池供电时间的方法，其特征在于：该方法基于电池放电电压缓降的特性，利用DC-DC将电池电压降低到适合无线传感器电路的供电电压进行供电。
2.权利要求1所述的延长无线传感器电池供电时间的的方法的专用电路，其特征在于：包括模拟前端、无线收发模块、DC-DC模块和电池；所述的模拟前端，用于拾取需要感知的微弱信号；所述的无线收发模块，用于将信号预处理器后的信息，通过无线方式传送到远端；所述的DC-DC模块，用于将电池电压转换到最适合传感器电路工作的最低电压；所述的电池，用于为无线传感器提供工作所需的能源。
3.根据权利要求2所述的延长无线传感器电池供电时间的方法的专用电路，其特征在于：所述的电池为容量为180mAh锂离子充电电池CIR2477。
4.根据权利要求2所述的延长无线传感器电池供电时间的方法的专用电路，其特征在于：所述的DC-DC模块为MAX1920。
5.根据权利要求2所述的延长无线传感器电池供电时间的方法的专用电路，其特征在于：所述的模拟前端的具体电路采用ADS1298，其工作电压为2.7～3.9V，工作电流为2.1mA，输出数据率为16kbps。
6.根据权利要求2所述的延长无线传感器电池供电时间的方法的专用电路，其特征在于：所述的无线收发器的具体电路采用CC2530，其工作电压为2.0～3.9V。
7.根据权利要求2所述的延长无线传感器电池供电时间的方法的专用电路，其特征在于：所述的无线收发器采用间歇传输模式工作。
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