CN203933138U - 一种用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，包括太阳能供电电路、锂电池供电电路、锂电池充电电路。本装置提供两种方式向传感器节点供电，一是太阳能供电电路，由太阳能电池板经过稳压后的电路供电，二是锂电池供电电路，由锂电池经过升压电路供电。两种供电方式的切换根据光照强度自动实现。另外还包括锂电池充电电路，能利用太阳能电池，将多余的电能储备于锂电池中,同时，为延长锂电池寿命，设计使得只有在锂电池电压低于一定值(3.6V)时才会对其充电。本实用新型能够保证无线传感器网络节点24小时不断电。本实用新型结构简单、安装容易、基本属于免维护，减轻巡查负担，系统运行可靠。

Description

一种用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型太阳能双模供电装置，特别是用于无线传感器网络(WirelessSensor Networks)节点的供电装置。

背景技术

太阳能发电、风力发电、潮汐能发电等可再生能源发电，为解决人类社会日益紧张的能源危机和环境污染问题，提供了一条可供选择的解决思路和办法。以太能光伏发电为例，随着近年来全世界装机规模的日益扩大，正成为可再生能源利用的重要技术手段,而且能减少污染。

由于无线传感网在国际上被认为是继互联网之后的第二大网络，2003年美国《技术评论》杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。但是他的供电问题一直是一个热门研究话题。

目前，锂电池已经广泛应用于电动车辆、笔记本及手机等众多领域。现有的WSNs传感器节点的供电设备都是干电池，电量一旦使用下降到一定数值，这个传感器节点就不能工作了，使用干电池不但造成环境污染，而且无法长期保持无线传感器的寿命，而太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，清洁、方便，不会造成污染和公害。因此在无线传感器节点供电时，节约能源，保护环境延长无线传感器节点的使用寿命，是一个急需解决的问题。

实用新型内容

为解决现有技术中无线传感器节点充电带来的能源浪费、环境污染，干电池寿命有限，导致无线传感器使用时间限制的问题，本实用新型提供了一种用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，充分利用太阳能、有利于环境保护，适用于户外安装方便，节约成本。

实用新型的技术解决方案如下：

一种用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，包括太阳能供电电路、锂电池供电电路、锂电池充电电路；

所述太阳能供电电路包括太阳能电池板、第一二极管、稳压模块、第二开关和第一比较器；所述太阳能电池板依次通过第一二极管、稳压模块、第二开关与装置输出端口连接；第一比较器的一个输入端接太阳能电池板的分压端、另一输入端接5V电压，第一比较器的输出端接第二开关的控制端；

所述锂电池供电电路包括锂电池、第四开关、过放保护电路、第三开关和升压模块；所述锂电池依次通过第四开关、过放保护电路、第三开关和升压模块与装置输出端口连接；第三开关的控制端接第一比较器的输出端；

所述锂电池充电电路包括第一开关、锂电池充电控制器、第二比较器、RS触发器；所述第一开关一端连接第一二极管的负极，另一端连接锂电池充电控制器的输入端，锂电池充电控制器的输出端经第四开关连接锂电池；第二比较器的一个输入端接锂电池充电控制器的输出端、另一输入端接3.6V电压，第二比较器的输出端和锂电池充电控制器的一个状态引脚分别与RS触发器的两个输入端连接，RS触发器的输出端连接第一开关的控制端。

上述用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，优先使用太阳能供电支路对外部供电；

上述用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，充电电路只有在锂电池电压低于3.6V(该值可根据实际需要调整)时，才会对锂电池进行充电；

上述第一开关、第二开关和第三开关为电子开关，第四开关为机械开关。

上述第一开关、第二开关和第三开关为MOSFET场效应管，第四开关为单刀单掷开关。

上述太阳能电池板采用常规的太阳能光伏极板。

上述稳压模块包括稳压芯片LM2575。

上述锂电池充电控制器包括智能充电芯片CN3063。

上述升压模块包括升压芯片GS1661。

上述锂电池充电控制器输入端通过第二二极管连接有一个MiniUSB接口。

上述装置输出端口为标准USB接口。

有益效果

本实用新型的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，根据传感器节点设于户外的特点，利用太阳能电池直接向传感器节点供电，并将多余的电能储备于锂电池中，在夜晚或太阳光不足时也能向传感器节点持续供电，能够保证传感器节点24小时不断电。本实用新型结构简单、安装容易、基本属于免维护，减轻巡查负担，系统运行可靠。

附图说明

图1是本实用新型太阳能双模供电装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明：

如图一所示，本实用新型装置包括太阳能供电电路、锂电池供电电路、锂电池充电电路；

太阳能供电电路包括太阳能电池板、第一二极管、稳压模块、第二开关和第一比较器；所述太阳能电池板依次通过第一二极管、稳压模块、第二开关与装置输出端口连接；第一比较器的一个输入端接太阳能电池板的分压端、另一输入端接5V电压，第一比较器的输出端接第二开关的控制端；

锂电池供电电路包括锂电池、第四开关、过放保护电路、第三开关和升压模块；所述锂电池输出端依次通过第四开关过放保护电路、第三开关、升压模块与装置输出端口连接；第三开关的控制端接第一比较器的输出端；

锂电池充电电路包括第一开关、锂电池充电控制器、第二比较器、RS触发器；所述第一开关一端连接第一二极管的负极，另一端连接锂电池充电控制器输入端，锂电池充电控制器输出端连接锂电池的输入端；第二比较器的一个输入端接锂电池、另一输入端接3.6V电压，由5V电源分压而来，第二比较器的输出端与锂电池充电控制器的一个状态引脚通过RS触发器连接第一开关的控制端。

本装置的输入端为太阳能电池板太阳能，电板电压输出范围在7.0V到40.0V，输出功率为5W左右均可。稳压部分可采用5V稳压芯片。本装置双模的实现是由两路输出组成，一路是由太阳能电池板经过稳压后的电路提供，另一路是由锂电池经过升压电路提供，这一电路还具有锂电池过放保护功能，保护锂电池不发生过放现象。输出的切换功能是由第一比较器、第二开关和第三开关来实现。切换取决于光照的强度，在一定程度上，光强越强，太阳能电池板输出电压越高。电压第一比较器比较太阳能电池板输出的分压电压与参考电压5V的大小，电压高时，说明光照较强，第二开关闭合，直接把来自太阳能电池板稳压出来的5V电压接到输出端口；电压低时，说明光照较弱，第三开关闭合，把锂电池输出接入到升压模块为外界提供5V电压。第二开关默认闭合，即使用太阳能供电，当太阳能电池板的输出电压低于某值时，第三开关闭合。

本装置的锂电池充电电路中，充电控制模块采用CN3063芯片电路。第一开关的状态默认为断开，电压第二比较器，检测锂电池电压，当锂电池电压低于一定值(3.6V)时，开始启动第一开关使其闭合，并有RS触发器使第一开关保持闭合状态，以免在锂电池充电过程中，当锂电池电压刚高于3.6V时就断开。当锂电池充满到4.2V时，CN3063芯片的DONE管脚输出低电平，会把第一开关断开，停止为锂电池充电，同理，为避免过充，RS触发器能够保持这一断开状态，避免充满后的锂电池电压稍微降低，第一开关又被接通而导致来回充放电而降低锂电池的寿命。

第一开关、第二开关和第三开关为电子开关，可用MOSFET场效应管实现，第四开关为机械开关，控制锂电池输出。第四开关使用单刀单掷机械开关，它可以在运输或存储的情况下断开，使锂电池开路，避免其过放。

上述装置中锂电池容量根据用电安全系数、设备平均耗电量、最长连续阴雨天数和锂电池放电深度等因素确定。

上述装置中锂电池充电控制器输入端还有一个MiniUSB接口，本装置的输出端口为标准USB接口。

本实用新型装置的太阳能板在使用时要放置于不遮阳光的地方，并尽量使太阳能板的感光面朝太阳辐射能量最大的一面。

Claims (10)

1.一种用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，包括太阳能供电电路、锂电池供电电路和锂电池充电电路；

所述太阳能供电电路包括太阳能电池板、第一二极管、稳压模块、第二开关和第一比较器；

所述太阳能电池板依次通过第一二极管、稳压模块、第二开关与装置输出端口连接；第一比较器的一个输入端接太阳能电池板的分压端、另一输入端接5V电压，第一比较器的输出端接第二开关的控制端；

所述锂电池供电电路包括锂电池、第四开关、过放保护电路、第三开关和升压模块；所述锂电池依次通过第四开关、过放保护电路、第三开关和升压模块与装置输出端口连接；第三开关的控制端接第一比较器的输出端；

所述锂电池充电电路包括第一开关、锂电池充电控制器、第二比较器、RS触发器；所述第一开关一端连接第一二极管的负极，另一端连接锂电池充电控制器的输入端，锂电池充电控制器的输出端经第四开关连接锂电池；第二比较器的一个输入端接锂电池充电控制器的输出端、另一输入端接3.6V电压，第二比较器的输出端和锂电池充电控制器的一个状态引脚分别与RS触发器的两个输入端连接，RS触发器的输出端连接第一开关的控制端。

2.根据权利要求1所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述第一开关、第二开关和第三开关为电子开关，第四开关为机械开关。

3.根据权利要求1所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述第一开关、第二开关和第三开关为MOSFET场效应管，第四开关为单刀单掷开关。

4.根据权利要求1所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述太阳能电池板采用常规的太阳能光伏极板。

5.根据权利要求1所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述稳压模块包括稳压芯片LM2575。

6.根据权利要求1所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述锂电池充电控制器为智能充电芯片CN3063。

7.根据权利要求1所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述升压模块包括升压芯片GS1661。

8.根据权利要求1—7中任一项所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置， 其特征在于，所述锂电池充电控制器输入端通过第二二极管连接有一个MiniUSB接口。

9.根据权利要求1—7中任一项所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述装置输出端口为标准USB接口。

10.根据权利要求8所述的用于WSNs传感器节点的新型太阳能双模供电装置，其特征在于，所述装置输出端口为标准USB接口。