CN108521837B - 基于微能量采集的电源管理方法、装置及微能量供电器 - Google Patents

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Abstract

一种基于微能量采集的电源管理方法、装置及微能量供电器，该方法基于SOC执行，包括：根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集；设置通信阈值和负载阈值；按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信；定时判断当前电源电量是否大于负载阈值，在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电。基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。

Description

基于微能量采集的电源管理方法、装置及微能量供电器
技术领域
本发明属于电子领域，尤其涉及一种基于微能量采集的电源管理方法、装置及微能量供电器。
背景技术
目前，新型清洁能源，例如太阳能、风能、流体能量等，相对于传统能源展现出了越来越多的优势，从而得到了越来越多的关注。
在能量采集系统中，必然需要通过对已经存储的电能进行管理，从而优化采集控制、通信传输以及输出供电，然而目前的电源管理方式均通过MCU来实现，然而一颗MCU的工作电流都是几十毫安，这个耗电量对于大级别的普通能量采集没有问题，但是对于微能量的采集，每次采集的能量转换后仅有微安级电流，根本无法保证MCU的供电需求，从而使很多产生微弱能量的环境中无法进行能量采集和应用，限制了诸多技术的应用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于微能量采集的电源管理方法，旨在解决现有电源管理技术功耗过大，无法适用于微能量采集，导致负载应用被环境限制的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于微能量采集的电源管理方法，所述方法通过在MCU上建立的SOC执行，所述方法包括下述步骤：
根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集，所述采集模式至少包括低功耗采集模式和高效率采集模式；
设置通信阈值和负载阈值，所述通信阈值小于所述负载阈值；
按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信；
定时判断当前电源电量是否大于负载阈值，在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电。
本发明实施例的另一目的在于，提供一种基于微能量采集的电源管理装置，所述装置建立在SOC上，所述装置包括：
采集单元，用于根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集，所述采集模式至少包括低功耗采集模式和高效率采集模式；
阈值设置单元，用于设置通信阈值和负载阈值，所述通信阈值小于所述负载阈值；
第一判断单元，用于按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，并定时判断当前电源电量是否大于负载阈值；
通信单元，用于在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信。
供电单元，用于在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电。
本发明实施例的另一目的在于，提供一种包括上述基于微能量采集的电源管理装置的微能量供电器。
本发明实施例基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于微能量采集的电源管理方法的流程结构图；
图2为本发明实施例提供的基于微能量采集的电源管理方法中步骤S101的流程结构图；
图3为本发明实施例提供的基于微能量采集的电源管理装置的结构图；
图4为本发明优选实施例提供的基于微能量采集的电源管理装置的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。
图1示出了本发明实施例提供的基于微能量采集的电源管理方法的流程结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例，本方法可以应用在光能、风能、流体能量以及压力动能的采集上，尤其适用于采集电量较小的微安级的微能量采集的管理，并可以结合物联网或者运营商进行数据统计和远程控制。
该基于微能量采集的电源管理方法通过在MCU上建立的SOC执行，包括下述步骤：
在步骤S101中，根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集，采集模式至少包括低功耗采集模式和高效率采集模式；
在本发明实施例中，可以在MCU上建立SOC来采集微弱电能量，值得说明的是，此处的SOC包括通用的MCU、在MCU上建立起来的系统以及芯片必要的外部器件，该SOC通过在通用的MCU上建立系统，使通用的MCU具有特定的功能，并且优化功能更加容易，开发周期更短。
由于采集到的电量比较微弱，需要启动对应的采集模式进行微能量采集。例如在当前采集电量比较低，且当前电源电量也不充裕时，采用功耗更低的低功耗采集模式进行采集，而在当前采集电量较大时，可以选择采集效率更高的高效率采集方式，以更快地进行电量积累。
低功耗采集模式以MCU睡眠的工作方式进行工作，通过控制采集的升压脉冲次数和宽度，来设置唤醒的频率；
高效率采集模式可以采用MPPT控制采集，通过MPPT选取最优参数和最佳功耗平衡电压点，根据最优参数和最佳功耗平衡电压点采集所述微弱电能量。
作为本发明一优选实施例，在步骤S101中，当前电源电量可以通过检测当前电源电压确定，当前采集电量可以通过检测输入电流、输入电压或输入电荷确定。
例如，可以根据当前电能存储单元中的电压来查表确定当前的采集模式，若当前电量低，则可以降低检测频率，即不频繁更换采集模式，从而降低功耗；
若当前电量高，则可以增加检测频率，即不断更换更加适合当前环境的采集模式，从而增加采集效率。
在步骤S102中，设置通信阈值和负载阈值；
在步骤S103中，按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信；
在本发明实施例中，可以按照时间戳定时判断当前电源电量，也可以通过预设频度定时判断当前电源电量，在当前电量满足通信条件时与服务器通信，进行数据交互，该数据交互包括向服务器上传采集数据、识别服务器上的更新指令、向服务器发送更新请求以及从服务器下载更新数据，以便根据获取的更新数据重新配置采集标准。
当然，对于时间戳在双方约定之前，例如首次通信时可以通过预设的缺省时间戳进行通信。
在步骤S104中，定时判断当前电源电量是否大于负载阈值，在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电。
在本发明实施例中，供电优先级依次为：采集、通信、负载供电。在当前电量能够负担采集任务的功耗时，对通信供电，在当前电量也能满足通信的功耗需求时才对负载输出供电。在当前电量不足以满足当前通信的功耗需求时，可以通过延长时间戳来延迟通信，或减少通信的频度。
优选地，步骤S103中，与服务器进行通信时，进一步判断当前电源电量是否低于预设的通信下限阈值，该通信下限阈值低于通信阈值；
若是，则中断通信，并记录断点数据，以供再次进行通信时根据断点数据继续数据传递；
若否，则保持通信。
在本发明实施例中，若在通信时电源电量突然下降到预设值以下，无法保证当前通信需求时，则中断通信，并保存断电数据，在电量恢复到预设值以上时，根据断点数据继续完成数据交互。
本发明实施例基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。
图2示出了本发明实施例提供的基于微能量采集的电源管理方法中步骤S101的流程结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
步骤S101中根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集的具体步骤如下：
在步骤S201中，判断当前采集电量是否大于第一采集阈值；
若是，则执行步骤S202选择高效率采集模式；
若否，则执行步骤S203判断当前电量是否大于第二采集阈值；
若是，则返回执行步骤S202选择高效率采集模式；
若否，则执行步骤S204选择低功耗采集模式。
其中，第一采集阈值和第二采集阈值可以根据实际需求设定，例如将第一采集阈值设定为采集50毫安对应转换的电流值或电压值，将第二采集阈值设置为电池电量20％对应的电源电压值或电流值。
在本发明实施例中，优先判断当前的采集电量，若当前采集能力较弱，但电池中还储存了较多的电量时，可以依然采用高效率采集，若当前电池中存储的电量也不多时，转换为低功耗采集。
作为本发明一优选实施例，在步骤S203之后，但不限定于步骤S204之前，还可以进一步包括下述步骤：
在步骤S205中，判断当前电源电量是否在预设时间段内或多个时间间隔点持续超过第二采集阈值；
若否，则执行步骤S206进入休眠状态，仅保留低功耗采集模式；
若是，则执行步骤S207切换到唤醒状态，选择高效率采集模式。
在本发明实施例中，在当前电量处于不稳定的临界值(第二采集阈值)上下浮动时，如果频繁切换采集状态会消耗更多的功率，因此此时可以暂时进入休眠状态，保持低功耗采集模式继续进行微能量采集，直到电源电量有较大增长，不再处于临界值附近浮动，再唤醒系统进入高效率采集模式，由于此时的电量较多，因此可以转换到采集效率更高的模式采集。
本发明实施例基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。
图3示出了本发明实施例提供的基于微能量采集的电源管理装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例，该基于微能量采集的电源管理装置建立在SOC上，包括：
采集单元11，用于根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集，该采集模式至少包括低功耗采集模式和高效率采集模式；
在本发明实施例中，可以在MCU上建立SOC来采集微弱电能量，由于采集到的电量比较微弱，需要启动对应的采集模式进行微能量采集。例如在当前采集电量比较低，且当前电源电量也不充裕时，采用功耗更低的低功耗采集模式进行采集，而在当前采集电量较大时，可以选择采集效率更高的高效率采集方式，以更快地进行电量积累。
低功耗采集模式以MCU睡眠的工作方式进行工作，通过控制采集的升压脉冲次数和宽度，来设置唤醒的频率；
高效率采集模式可以采用MPPT控制采集，通过MPPT选取最优参数和最佳功耗平衡电压点，根据最优参数和最佳功耗平衡电压点采集所述微弱电能量。
阈值设置单元12，用于设置通信阈值和负载阈值，通信阈值小于负载阈值；
第一判断单元13，用于按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，并定时判断当前电源电量是否大于负载阈值；
通信单元14，用于在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信。
在本发明实施例中，可以按照时间戳定时判断当前电源电量，也可以通过预设频度定时判断当前电源电量，在当前电量满足通信条件时与服务器通信，进行数据交互，该数据交互包括向服务器上传采集数据、识别服务器上的更新指令、向服务器发送更新请求以及从服务器下载更新数据，以便根据获取的更新数据重新配置采集标准。
供电单元15，用于在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电。
在本发明实施例中，供电优先级依次为：采集、通信、负载供电。在当前电量能够负担采集任务的功耗时，对通信供电，在当前电量也能满足通信的功耗需求时才对负载输出供电。在当前电量不足以满足当前通信的功耗需求时，可以通过延长时间戳来延迟通信，或减少通信的频度。
本发明实施例基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。
图4示出了本发明优选实施例提供的基于微能量采集的电源管理装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例，该采集单元11中包括一检测单元111，用于通过检测当前电源电压确定当前电源电量，通过检测输入电流、输入电压或输入电荷确定当前采集电量。
例如，可以根据当前电能存储单元中的电压来查表确定当前的采集模式，若当前电量低，则可以降低检测频率，即不频繁更换采集模式，从而降低功耗；
若当前电量高，则可以增加检测频率，即不断更换更加适合当前环境的采集模式，从而增加采集效率。
作为本发明一优选实施例，该采集单元11还可以包括：
第二判断单元112，用于判断当前采集电量是否大于第一采集阈值，以及判断当前电量是否大于第二采集阈值；
采集模式选择单元113，用于在当前采集电量大于第一采集阈值或当前电量大于第二采集阈值时，选择高效率采集模式；在当前采集电量不大于第一采集阈值且当前电量不大于第二采集阈值时，选择低功耗采集模式。
其中，第一采集阈值和第二采集阈值可以根据实际需求设定，例如将第一采集阈值设定为采集50毫安对应转换的电流值或电压值，将第二采集阈值设置为电池电量20％对应的电源电压值或电流值。
在本发明实施例中，优先判断当前的采集电量，若当前采集能力较弱，但电池中还储存了较多的电量时，可以依然采用高效率采集，若当前电池中存储的电量也不多时，转换为低功耗采集。
该采集单元11还可以进一步包括：
第三判断单元114，用于判断当前电源电量是否在预设时间段内或多个时间间隔点持续超过第二采集阈值；
采集模式选择单元在当前电源电量于预设时间段内或多个时间间隔点未持续超过第二采集阈值时，进入休眠状态，仅保留低功耗采集模式；在当前电源电量于预设时间段内或多个时间间隔点持续超过第二采集阈值时，切换到唤醒状态，选择高效率采集模式。
在本发明实施例中，在当前电量处于不稳定的临界值(第二采集阈值)上下浮动时，如果频繁切换采集状态会消耗更多的功率，因此此时可以暂时进入休眠状态，保持低功耗采集模式继续进行微能量采集，直到电源电量有较大增长，不再处于临界值附近浮动，再唤醒系统进入高效率采集模式，由于此时的电量较多，因此可以转换到采集效率更高的模式采集。
作为本发明一优选实施例，该基于微能量采集的电源管理装置还可以包括：
第四判断单元16，用于与服务器进行通信时，判断当前电源电量是否低于预设的通信下限阈值，通信下限阈值低于通信阈值；
通信单元14在当前电源电量低于预设的通信下限阈值时，中断通信，并记录断点数据，以供再次进行通信时根据断点数据继续数据传递；在当前电源电量不低于预设的通信下限阈值时，保持通信。
在本发明实施例中，若在通信时电源电量突然下降到预设值以下，无法保证当前通信需求时，则中断通信，并保存断电数据，在电量恢复到预设值以上时，根据断点数据继续完成数据交互。
应当理解地，上述第一判断单元13、第二判断单元112、第三判断单元114、第四判断单元16仅仅作为模块划分，实际中是可以复用在一个判断处理模块中的。
本发明实施例的另一目的在于，提供一种包括上述微能量采集装置的微能量供电器。
本发明实施例基于现有IC在SOC上建立电源管理系统，并通过设置供电优先级进一步降低功耗，以适用于微能量采集的供电限制，实现了微安级功耗的电源管理，增加能量采集的适用范围，突破了能量采集的环境限制，扩展了清洁能源的应用领域。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于微能量采集的电源管理方法，其特征在于，所述方法通过在MCU上建立的SOC执行，所述方法包括下述步骤：
根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集，所述采集模式至少包括低功耗采集模式和高效率采集模式，所述低功耗采集模式以MCU睡眠的工作方式进行工作，通过控制采集的升压脉冲次数和宽度，来设置唤醒的频率，所述高效率采集模式采用MPPT控制采集，通过MPPT选取最优参数和最佳功耗平衡电压点，根据最优参数和最佳功耗平衡电压点采集所述微能量；
设置通信阈值和负载阈值；
按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信；
定时判断当前电源电量是否大于负载阈值，在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电；
所述根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集的步骤具体为：
判断当前采集电量是否大于第一采集阈值；
若是，则选择高效率采集模式；
若否，则判断当前电源电量是否大于第二采集阈值；
若是，则选择高效率采集模式；
若否，则选择低功耗采集模式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前电源电量通过检测当前电源电压确定，所述当前采集电量通过检测输入电流、输入电压或输入电荷确定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断当前电源电量是否大于第二采集阈值的步骤之后还包括：
判断所述当前电源电量是否在预设时间段内或多个时间间隔点持续超过所述第二采集阈值；
若否，则进入休眠状态，仅保留低功耗采集模式；
若是，则切换到唤醒状态，选择高效率采集模式。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与服务器进行通信时，判断当前电源电量是否低于预设的通信下限阈值，所述通信下限阈值低于所述通信阈值；
若是，则中断通信，并记录断点数据，以供再次进行通信时根据所述断点数据继续数据传递；
若否，则保持通信。
5.一种基于微能量采集的电源管理装置，其特征在于，所述装置建立在SOC上，所述装置包括：
采集单元，用于根据当前电源电量和当前采集电量选择采集模式进行微能量采集，所述采集模式至少包括低功耗采集模式和高效率采集模式，所述低功耗采集模式以MCU睡眠的工作方式进行工作，通过控制采集的升压脉冲次数和宽度，来设置唤醒的频率，所述高效率采集模式采用MPPT控制采集，通过MPPT选取最优参数和最佳功耗平衡电压点，根据最优参数和最佳功耗平衡电压点采集所述微能量；
阈值设置单元，用于设置通信阈值和负载阈值；
第一判断单元，用于按照时间戳定时判断当前电源电量是否大于通信阈值，并定时判断当前电源电量是否大于负载阈值；
通信单元，用于在当前电源电量大于通信阈值时与服务器进行通信；
供电单元，用于在当前电源电量大于负载阈值时对负载供电；
所述采集单元包括：
第二判断单元，用于判断当前采集电量是否大于第一采集阈值，以及判断当前电源电量是否大于第二采集阈值；
采集模式选择单元，用于在当前采集电量大于第一采集阈值或当前电源电量大于第二采集阈值时，选择高效率采集模式；在当前采集电量不大于第一采集阈值且当前电源电量不大于第二采集阈值时，选择低功耗采集模式。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述采集单元中包括一检测单元，用于通过检测当前电源电压确定当前电源电量，通过检测输入电流、输入电压或输入电荷确定当前采集电量。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述采集单元还包括：
第三判断单元，用于判断所述当前电源电量是否在预设时间段内或多个时间间隔点持续超过所述第二采集阈值；
所述采集模式选择单元在当前电源电量于预设时间段内或多个时间间隔点未持续超过所述第二采集阈值时，进入休眠状态，仅保留低功耗采集模式；在当前电源电量于预设时间段内或多个时间间隔点持续超过所述第二采集阈值时，切换到唤醒状态，选择高效率采集模式。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第四判断单元，用于与服务器进行通信时，判断当前电源电量是否低于预设的通信下限阈值，所述通信下限阈值低于所述通信阈值；
所述通信单元在当前电源电量低于预设的通信下限阈值时，中断通信，并记录断点数据，以供再次进行通信时根据所述断点数据继续数据传递；在当前电源电量不低于预设的通信下限阈值时，保持通信。
9.一种微能量供电器，其特征在于，所述微能量供电器包括如权利要求5-8任一项所述的电源管理装置。
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