CN108337722A - 一种可充电式无线传感器网络节点 - Google Patents

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Abstract

一种可充电式无线传感器网络节点，包含天线、调制器、解调器、能量获取模块、电源管理模块、可充电电源和控制器。所述网络节点通过天线从空间获取能量，并提供给能量获取模块；能量获取模块为电源管理模块提供直流电压；电源管理模块为控制器提供工作电压及为可充电电源提供充电电压。本发明采用能量获取模块和可充电电池共同为无线传感器网络节点提供能量，相比于现有的采用电池供电的无线传感器网络节点，具有更长的使用寿命；相比于现有的无源无线传感器网络节点，具有更长的工作距离和更强的抗噪声性能。

Description

一种可充电式无线传感器网络节点
技术领域
本发明涉及一种可充电式无线传感器网络节点，属电子无线通信技术领域。
背景技术
无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络技术是物联网技术的主要构成部分，其中无线传感器节点设计是无线传感器网络设计技术的核心技术。
现有的无线传感器网络节点大多采用内置电池供电，有利于获得更长的传输距离和更强的信号处理能力，但受限于电池寿命，这种无线传感器网络节点的工作寿命一般为1-3年。在很多无线传感网络应用领域，比如混凝土健康监测、土壤环境监测、智能电网杆塔监测等，这些领域布置的无线传感器网络节点不易更换电池或更换电池所需成本甚高，因此适合长期监测的无线传感器网络节点设计技术是未来无线传感器技术研究的重点。无源无线传感器网络节点尤其适合长期监测，但这种无线传感器的工作能量完全依赖于获取外界无线信号能量，工作距离短，且抗噪声性能差。
发明内容
本发明的目的是，为了解决现有无线传感器网络节点在长期性和工作距离等方面存在的瓶颈问题，提出一种可充电式无线传感器网络节点。
本发明实现的技术方案如下，一种可充电式无线传感器网络节点，包括天线、调制器、解调器、能量获取模块、电源管理模块、可充电电源和控制器。所述天线的输入端接调制器的输出端，天线的一个输出端接能量获取模块的输入端，天线的另一输出端接解调器的输入端；解调器的输出端接控制器的一个输入端；调制器的输入端接控制器的一个输出端；能量获取模块的输出端接电源管理模块的输入端；电源管理模块的一输入端接控制器一输出端；电源管理模块的另一输入端接可充电电源输出端；电源管理模块的一输出端接控制器一输入端，另一输出端接可充电电源的输入端。
所述网络节点通过天线从空间获取能量，并提供给能量获取模块；能量获取模块为电源管理模块提供直流电压；电源管理模块为控制器提供工作电压及为可充电电源提供充电电压。
所述天线，用于完成无线传感器网络节点的调制器和解调器的通信，并为能量获取模块提供输入能量。
所述调制器，用于将控制器的输出数字信号转换为无线通信所需的射频调制信号。
所述解调器，用于将天线接收射频信号转换为无线通信所需的解调基带信号。
所述能量获取模块，用于为电源管理模块提供直流电压。
所述可充电电源，用于存储充电电能及为电源管理模块提供放电电压。
所述控制器，用于控制无线传感器网络节点工作符合相应通信协议及控制电源管理模块完成相应内部电源分配。
所述电源管理模块具有充电通信模式、混合供电通信模式和充电模式三种工作状态。
所述电源管理模块处于充电通信模式时，当能量管理模块输出电压大于或等于预设高电平时，无线传感器网络节点处于通信状态，且可充电电源处于充电状态。
所述电源管理模块处于混合供电通信模式时，当能量管理模块输出电压小于预设高电平且大于或等于预设低电平时，无线传感器网络节点处于通信状态，且可充电电源处于放电状态。
所述电源管理模块处于充电模式时，当能量管理输出电压小于预设低电平时，无线传感器网络节点关闭通信功能，且可充电电源处于充电状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明采用能量获取模块和可充电电池共同为无线传感器网络节点提供能量，相比于现有的采用电池供电的无线传感器网络节点，具有更长的使用寿命；相比于现有的无源无线传感器网络节点，具有更长的工作距离和更强的抗噪声性能。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；图2是本发明的电源管理工作原理图；
图3是本发明的具体实施例图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图3所示。
如图3所示，本实施例一种可充电式无线传感器网络节点包含天线、匹配网络、倍压整流电路、电源开关、基准电压源、稳压电路、超级电容、幅移键控（ASK）调制器、ASK解调器和微控制单元（MCU）构成。
与本发明系统结构图1相对应，调制器为ASK调制器，解调器为ASK解调器，控制器为MCU，可充电电源为超级电容，能量获取模块包含匹配网络和倍压整流电路，电源管理模块包含基准电压源、电源开关和稳压电路。
所述天线，用于完成无线传感器网络节点的ASK调制器和解调器的通信，并为匹配网络提供输入射频信号。
所述匹配网络用于完成天线与其它模块间的功率匹配，从而完成射频信号的最佳功率接收。
所述倍压整流电路用于将匹配网络接收的射频信号增压并转换成后续电路工作所需的直流电压VR。
所述基准电压源用于产生电源管理模块所需的高电平VH（2V）和低电平VL（1V），如图2所示。
所述稳压电路用于将电源管理模块输出电压VS转换为MCU工作所需的稳定直流电压VDD（2V）。
所述超级电容用于存储充电电压VC和释放放电电压VD。相比于传统充电电池和电容，超级电容器具有储能容量大、充放电次数达数万次、充放电迅速等优点。
所述ASK调制器用于将MCU输出的数字信号转换为无线传感器网络节点所需传输的射频调制信号；采用反向散射调制，直接将天线接收信号反射产生调制信号，具有结构简单、低功耗的优点。
所述ASK解调器用于将匹配网络接收的 射频信号转换成MCU控制所需的基带信号；采用非相干解调（包络检波法），其优点在于不需要提取载波信息，电路简单，可以较少地考虑信道估计甚至略去，处理复杂度降低，实现较为简单。
所述MCU用于控制无线传感器网络节点工作符合相应通信协议ISO18000-6C及控制电源开关完成不同电压的选择和组合。ISO18000-6C协议标准可以同时读取多个传感器节点，其特点在于速度快，数据速率可达40kbps～640kbps，功能强，具有多种写保护方式，安全性强。
所述电源开关受MCU输出VS控制，用于完成不同电压的选择和组合。当满足VR≥VH条件时，产生电压VS和充电电压VC，无线传感器节点完成通信和超级电容充电功能；当满足VH>VR≥VL条件时，产生电压VS和放电电压VD，无线传感器节点完成通信和超级电容放电功能；当满足VL>VR条件时，产生充电电压VC，无线传感器节点关闭通信功能和超级电容完成充电功能。

Claims (5)

1.一种可充电式无线传感器网络节点，包含天线、调制器、解调器、能量获取模块、电源管理模块、可充电电源和控制器，其特征在于，所述天线的输入端接所述调制器的输出端，所述天线的一个输出端接所述能量获取模块的输入端，所述天线的另一输出端接所述解调器的输入端；所述解调器的输出端接所述控制器的一个输入端；所述调制器的输入端接所述控制器的一个输出端；所述能量获取模块的输出端接所述电源管理模块的输入端；所述电源管理模块的一输入端接所述控制器一输出端；所述电源管理模块的另一输入端接所述可充电电源输出端；所述电源管理模块的一输出端接所述控制器一输入端，另一输出端接所述可充电电源的输入端；所述网络节点通过天线从空间获取能量，并提供给所述能量获取模块；所述能量获取模块为所述电源管理模块提供直流电压；所述电源管理模块为所述控制器提供工作电压及为所述可充电电源提供充电电压。
2.根据权利要求1所述的一种可充电式无线传感器网络节点，其特征在于，所述电源管理模块具有充电通信模式、混合供电通信模式和充电模式三种工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种可充电式无线传感器网络节点，其特征在于，所述电源管理模块处于充电通信模式时，当所述能量管理模块输出电压大于或等于预设高电平时，无线传感器网络节点处于通信状态，且所述可充电电源处于充电状态。
4.根据权利要求2所述的一种可充电式无线传感器网络节点，其特征在于，所述电源管理模块处于混合供电通信模式时，当所述能量管理模块输出电压小于预设高电平且大于或等于预设低电平时，无线传感器网络节点处于通信状态，且所述可充电电源处于放电状态。
5.根据权利要求2所述的一种可充电式无线传感器网络节点，其特征在于，所述电源管理模块处于充电模式时，当能量管理输出电压小于预设低电平时，无线传感器网络节点关闭通信功能，且可充电电源处于充电状态。
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Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116295811A (zh) * 2023-05-18 2023-06-23 华东交通大学 基于自取能rfid传感器的输电线路下方桥梁状态检测装置

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100068567A (ko) * 2008-12-15 2010-06-24 주식회사 옥타컴 자동 충전 기능을 갖는 무선 전원 제어 장치 및 그 시스템
KR20110008374A (ko) * 2009-07-20 2011-01-27 김포대학산학협력단 Ｒｆ 에너지 하베스팅 장치
US20110148349A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Of Daejeon Apparatus and method for charging internal battery in wireless sensor network
KR20110078905A (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 국민대학교산학협력단 무전원 기동 센서 노드
WO2011129515A1 (ko) * 2010-04-14 2011-10-20 전자부품연구원 환경 에너지 획득 기반 센서네트워크를 위한 저전력 mac 통신 방법
US20120256492A1 (en) * 2006-03-31 2012-10-11 Siemens Corporate Research, Inc. Passive RF Energy Harvesting Scheme For Wireless Sensor
KR20130001853A (ko) * 2011-06-28 2013-01-07 충북대학교 산학협력단 무선 센서노드용 고속충전형 전원장치
CN103139936A (zh) * 2013-01-18 2013-06-05 西北农林科技大学 能量自供给的无线传感器网络节点
CN104717728A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 四川银海天怡信息技术有限公司 一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统
CN104935477A (zh) * 2015-06-11 2015-09-23 浙江大学 可充电无线传感网络的能量采集与消耗性能测试系统
CN105006894A (zh) * 2015-06-11 2015-10-28 重庆大学 一种无线传感器网络的无线充电系统
CN205864758U (zh) * 2016-06-14 2017-01-04 王翔 一种可远程无线充电的无线传感器网络
CN206658064U (zh) * 2017-03-27 2017-11-21 河南师范大学 一种无线传感器网络节点的无线充电系统
CN107509255A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 王翔 一种可远程无线充电的无线传感器网络
CN107566014A (zh) * 2017-09-12 2018-01-09 电子科技大学 无线能量收集式无线传感网络节点
CN107623389A (zh) * 2016-07-15 2018-01-23 芜湖优必慧新能源科技有限公司 一种基于射频能量收集的无线充电传感器网络节点硬件系统
CN207869408U (zh) * 2018-02-28 2018-09-14 华东交通大学 一种可充电式无线传感器网络节点

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120256492A1 (en) * 2006-03-31 2012-10-11 Siemens Corporate Research, Inc. Passive RF Energy Harvesting Scheme For Wireless Sensor
KR20100068567A (ko) * 2008-12-15 2010-06-24 주식회사 옥타컴 자동 충전 기능을 갖는 무선 전원 제어 장치 및 그 시스템
KR20110008374A (ko) * 2009-07-20 2011-01-27 김포대학산학협력단 Ｒｆ 에너지 하베스팅 장치
US20110148349A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Of Daejeon Apparatus and method for charging internal battery in wireless sensor network
KR20110078905A (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 국민대학교산학협력단 무전원 기동 센서 노드
WO2011129515A1 (ko) * 2010-04-14 2011-10-20 전자부품연구원 환경 에너지 획득 기반 센서네트워크를 위한 저전력 mac 통신 방법
KR20130001853A (ko) * 2011-06-28 2013-01-07 충북대학교 산학협력단 무선 센서노드용 고속충전형 전원장치
CN103139936A (zh) * 2013-01-18 2013-06-05 西北农林科技大学 能量自供给的无线传感器网络节点
CN104717728A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 四川银海天怡信息技术有限公司 一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统
CN104935477A (zh) * 2015-06-11 2015-09-23 浙江大学 可充电无线传感网络的能量采集与消耗性能测试系统
CN105006894A (zh) * 2015-06-11 2015-10-28 重庆大学 一种无线传感器网络的无线充电系统
CN205864758U (zh) * 2016-06-14 2017-01-04 王翔 一种可远程无线充电的无线传感器网络
CN107509255A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 王翔 一种可远程无线充电的无线传感器网络
CN107623389A (zh) * 2016-07-15 2018-01-23 芜湖优必慧新能源科技有限公司 一种基于射频能量收集的无线充电传感器网络节点硬件系统
CN206658064U (zh) * 2017-03-27 2017-11-21 河南师范大学 一种无线传感器网络节点的无线充电系统
CN107566014A (zh) * 2017-09-12 2018-01-09 电子科技大学 无线能量收集式无线传感网络节点
CN207869408U (zh) * 2018-02-28 2018-09-14 华东交通大学 一种可充电式无线传感器网络节点

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
涂巧玲;: "一种可执行功耗管理的无线传感器网络节点电源", 测控技术, no. 10 *
胡韬;龙青;孟航;: "利用环境电磁波为无线传感器节点供电新方案", 电子科技, no. 06, 15 June 2011 (2011-06-15) *
项新建;: "具有能量获取能力的低功耗ZigBee无线传感器网络节点设计", 现代科学仪器, no. 02, 15 April 2010 (2010-04-15) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116295811A (zh) * 2023-05-18 2023-06-23 华东交通大学 基于自取能rfid传感器的输电线路下方桥梁状态检测装置

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