CN211063791U - 一种自驱动无线传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统，该系统包括：能量收集单元，电能储存单元，无线传感单元；所述能量收集单元，用于收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；所述电能储存单元，用于将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；所述无线传感单元，用于探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备，本实用新型通过能量收集单元完成机械能的收集、电能的转化，通过电能储存单元完成电能的储存与稳压，达到无线传感单元的能量要求，通过无线传感单元完成诸如蓝牙通信下的温湿度检测，Sub‑1G下的一氧化碳浓度检测等，实现整个系统的自驱动，解决了供电困难等应用场景的传感问题。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及传感设备技术领域，具体涉及一种自驱动无线传感系统。
背景技术
已有的无线蓝牙传感技术基于蓝牙通信协议实现传输距离100米以内的数据交互，在此过程中需要电池或者直流电源为整个无线传感系统实现恒定的能量供给，不利于应用于电池电量低以及供电不便的应用场景。
已有的Sub-1G无线传感技术基于高频波实现传输距离1km以内的数据通信，电能更是系统极为需要的，但在人为更换电池困难、无法供电的旷野以及桥梁等应用场景，其局限性表现的也尤为明显。
因此，研究新型能源收集装置，实现无线传感系统的自驱动有巨大的价值和意义。
实用新型内容
为此，本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统，解决传感系统在供电不便或电力不足等场景无法使用的问题。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统，包括：能量收集单元，电能储存单元，无线传感单元；
所述能量收集单元，用于收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；
所述电能储存单元，用于将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；
所述无线传感单元，用于探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备。
优选地，所述能量收集单元，包括：阵列的N个风力摩擦纳米发电机、以及与N个所述风力摩擦纳米发电机连接的整流电路；其中N为正整数；
N个所述风力摩擦纳米发电机，用于收集周围的风能并转化为交流电能；
所述整流电路，用于将所述交流电能整流呈直流电能并传递到所述电能储存单元。
优选地，所述风力摩擦纳米发电机，包括：上壳体、下壳体、前壳体、后壳体使用造价便宜、化学性能稳定的亚克力粘接完成，中间中空形成风洞，前后外壳的右侧开孔粘接亚克力薄板，两块亚克力薄板粘接介电薄膜的两侧，并压紧胶固在一起，粘接在发电机前后外壳的内部；上下壳体的内表面贴平整的金属膜作为发电机的输出电极，当风吹进风洞中引起介电薄膜的振动，拍打上下表面的金属电极，介电薄膜于上下表面的铝电极不断接触分离产生交流信号。
优选地，所述风力摩擦纳米发电机的尺寸结构大小：长度典型值 110-140mm，宽度典型值40-60m，高度典型值30-40mm，长宽之比≥2:1，长高之比≥3:1；所述风洞尺寸：长度典型值100-120mm，宽度典型值40-60mm，高度典型值25-35mm，长宽之比≥2:1，长高之比≥4:1；所述亚克力薄板尺寸：长度典型值42-62且长于发电机宽度，宽度典型值3-5mm且越小越好，厚度典型值1mm；所述FEP薄膜的厚度选用30-200μm，所述薄膜长度典型值10cm 略小于摩擦纳米发电机长度。
优选地，所述无线传感单元，包括：传感器、无线通信模块；
所述传感器，用于探测外界环境中的感应信息；
所述无线通信模块，用于将所述感应信息发送到外界设备。
优选地，所述传感器，包括：温度传感器、湿度传感器、CO传感器的至少一种的组合。
优选地，所述传感器，包括：温度传感器、湿度传感器、CO传感器或其他低功耗且可以与msp430、stm32等微处理器进行数据采集、数据交互的传感器
优选地，所述无线通信模块，包括：蓝牙模块和/或Sub-1G通信模块。
优选地，所述无线通信模块，包括：2.4GHz蓝牙模块、Sub-1G、LoRa、 NB-IoT、ZETA、通信模块以及允许的其他无线波段通信模块。
优选地，所述无线传感单元，还包括：信号放大器，用于将所述传感器探测到外界环境中的感应信息放大，以便所述无线通信模块将所述感应信息发送到外界设备。
优选地，所述电能储存单元，包括：储能电路、稳压管；
所述储能电路为储能电容，用于储存所述无线传感单元所需电能；
所述稳压管用于将所述储能电路的电压稳定于所述无线传感单元需要的电压值。
本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统，包括：能量收集单元，电能储存单元，无线传感单元；所述能量收集单元，用于收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；所述电能储存单元，用于将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；所述无线传感单元，用于探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备，本实用新型通过能量收集单元完成机械能的收集、电能的转化，通过电能储存单元完成电能的储存与稳压，达到无线传感单元的能量要求，通过无线传感单元完成诸如蓝牙通信下的温湿度检测，Sub-1G下的一氧化碳浓度检测等，实现整个系统的自驱动，解决了供电困难等应用场景的传感问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的组成示意图；
图2为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的组成示意图风力摩擦纳米发电机剖视图；
图3为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的组成示意图风力摩擦纳米发电机左视图；
图4为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的蓝牙温湿度传感单元组成示意图；
图5为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的Sub-1G一氧化碳传感单元组成示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种自驱动无线传感系统控制方法的流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1、图2、图3，图1为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的组成示意图；图2为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的组成示意图风力摩擦纳米发电机剖视图；图3为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的组成示意图风力摩擦纳米发电机左视图。
本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统，包括：能量收集单元，电能储存单元，无线传感单元；所述能量收集单元，用于收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；所述电能储存单元，用于将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；所述无线传感单元，用于探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备。
进一步地，可以将该能量收集单元设置为包括：阵列的N个风力摩擦纳米发电机、以及与N个所述风力摩擦纳米发电机连接的整流电路；其中N为正整数；N个所述风力摩擦纳米发电机，用于收集周围的风能并转化为交流电能；所述整流电路，用于将所述交流电能整流呈直流电能并传递到所述电能储存单元。
更进一步地，该风力摩擦纳米发电机，具体包括：上壳体、下壳体、前壳体、后壳体使用造价便宜、化学性能稳定的亚克力粘接完成，中间中空形成风洞，前后外壳的右侧开孔粘接亚克力薄板，两块亚克力薄板粘接介电薄膜的两侧，并压紧胶固在一起，粘接在发电机前后外壳的内部；上下壳体的内表面贴平整的金属膜作为发电机的输出电极，当风吹进风洞中引起介电薄膜的振动，拍打上下表面的金属电极，介电薄膜于上下表面的铝电极不断接触分离产生交流信号。
具体地，所述风力摩擦纳米发电机的尺寸结构大小：长度典型值 110-140mm，宽度典型值40-60m，高度典型值30-40mm，长宽之比≥2:1，长高之比≥3:1；所述风洞尺寸：长度典型值100-120mm，宽度典型值40-60mm，高度典型值25-35mm，长宽之比≥2:1，长高之比≥4:1；所述亚克力薄板尺寸：长度典型值42-62且长于发电机宽度，宽度典型值3-5mm，厚度典型值1mm；所述介电薄膜的厚度为30-200μm，所述薄膜长度典型值10cm小于摩擦纳米发电机长度。
例如，在一种实施例中，可以将该风力摩擦纳米发电机的尺寸结构大小设置为120×50×35mm；所述风洞尺寸为120×50×30mm；所述亚克力薄板尺寸55×7×2mm；所述FEP薄膜的厚度选用50μm，所述薄膜长度10cm。
另外，该无线传感单元可以具体包括：传感器、无线通信模块；所述传感器，用于探测外界环境中的感应信息；所述无线通信模块，用于将所述感应信息发送到外界设备。该传感器，可以包括：温度传感器、湿度传感器、CO传感器的至少一种的组合，当然，也可以是其他的传感器。该无线通信模块，包括：蓝牙模块和/或Sub-1G通信模块，当然，也可以是其他的现有技术或未来可能被发现的无线通信模块，例如2.4GHz蓝牙模块、Sub-1G、LoRa、NB-IoT、 ZETA通信模块以及允许的其他无线波段通信模块。
当然，在实践中，为了方便信号的传输，可以在信号放大后再进行传输具体地，还可以在无线传感单元设置信号放大器，用于将所述传感器探测到外界环境中的感应信息放大，以便所述无线通信模块将所述感应信息发送到外界设备。
值得指出的时，为了实现电能的储存，可以将电能储存单元设置为包括：储能电路、稳压管；所述储能电路为储能电容，用于储存所述无线传感单元所需电能；所述稳压管用于将所述储能电路的电压稳定于所述无线传感单元需要的电压值。
例如，在实践中，电能储存单元由储能电容与稳压管构成，储能电容用于储存后端无线传感电路所需电能。针对蓝牙温湿度传感单元，电容的典型值为2.2mF，稳压管稳定电压3.3V，典型充电时间25min；针对Sub-1G一氧化碳传感单元，电容的典型值为5.6mF，稳压管稳定电压3.3V，典型充电时间45min。
当所述能量收集单元采用阵列的N个风力摩擦纳米发电机时，自然界的环境风能分别通过能量收集单元完成风能到电能的转化，电能经过整流滤波处理后进入储能单元进行电能的储存与稳压，能量积累到额定需求，提供给蓝牙温湿度传感单元或Sub-1G一氧化碳传感单元，连接蓝牙或Sub-1G客户端，实现温湿度或CO检测数据的发送。
请参考图4，图5，图4为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的蓝牙温湿度传感单元组成示意图；图5为本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统的Sub-1G一氧化碳传感单元组成示意图。
附图4是蓝牙温湿度无线传感单元示意图。选用CC2640R2f低功耗蓝牙芯片，基于蓝牙5.0通信协议，向下兼容蓝牙4.2协议。选用hdc2010低功耗温湿度芯片，检测电流在nA量级。蓝牙芯片与客户端连接之后，自动发送温湿度检测数据，连接时间典型值为1s。
附图5是Sub-1G一氧化碳传感单元示意图。选用CC1310低功耗Sub-1G 芯片；选用tlv3691微功耗放大器芯片，静态电压典型值为150nA。选用 TGS5042一氧化碳传感器，基于电化学反应的检测原理，功耗为0。接收机同样使用CC1310芯片进行通信，接收机持续搜索CC1310广播信号，当与 CC1310发射芯片建立连接，发射芯片主动发送检测数据给接收机。
本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统，包括：能量收集单元，电能储存单元，无线传感单元；所述能量收集单元，用于收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；所述电能储存单元，用于将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；所述无线传感单元，用于探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备，本实用新型通过能量收集单元完成机械能的收集、电能的转化，通过电能储存单元完成电能的储存与稳压，达到无线传感单元的能量要求，通过无线传感单元完成诸如蓝牙通信下的温湿度检测，Sub-1G下的一氧化碳浓度检测等，实现整个系统的自驱动，解决了供电困难等应用场景的传感问题。
请参考图6，图6为本实用新型实施例提供的一种自驱动无线传感系统控制方法的流程图。
本实用新型实施例提供一种自驱动无线传感系统控制方法，应用于如上述任一种实施例所述一种自驱动无线传感系统，包括：
步骤S11：能量收集单元收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；
步骤S12：电能储存单元将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；
步骤S13：无线传感单元探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备。
在上述关于一种自驱动无线传感系统的实施例中已经对本方法有所阐述，这里不再赘述。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种自驱动无线传感系统，其特征在于，包括：能量收集单元，电能储存单元，无线传感单元；
所述能量收集单元，用于收集外界环境中的机械能，并将机械能转化为电能；
所述电能储存单元，用于将所述能量收集单元转化的电能储存起来，以便对所述无线传感单元供电；
所述无线传感单元，用于探测外界环境中的感应信息，并将所述感应信息发送到外界设备。
2.根据权利要求1所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述能量收集单元，包括：阵列的N个风力摩擦纳米发电机、以及与N个所述风力摩擦纳米发电机连接的整流电路；其中N为正整数；
N个所述风力摩擦纳米发电机，用于收集周围的风能并转化为交流电能；
所述整流电路，用于将所述交流电能整流呈直流电能并传递到所述电能储存单元。
3.根据权利要求2所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述风力摩擦纳米发电机，包括：上壳体、下壳体、前壳体、后壳体使用亚克力粘接完成，中间中空形成风洞，前后外壳的右侧开孔粘接亚克力薄板，两块亚克力薄板粘接介电薄膜的两侧，并压紧胶固在一起，粘接在发电机前后外壳的内部；上下壳体的内表面贴平整的金属膜作为发电机的输出电极，当风吹进风洞中引起介电薄膜的振动，拍打上下表面的金属电极，介电薄膜于上下表面的铝电极不断接触分离产生交流信号。
4.根据权利要求3所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述风力摩擦纳米发电机的尺寸结构大小：长度值110-140mm，宽度值40-60m，高度值30-40mm，长宽之比≥2:1，长高之比≥3:1；所述风洞尺寸：长度值100-120mm，宽度值40-60mm，高度值25-35mm，长宽之比≥2:1，长高之比≥4:1；所述亚克力薄板尺寸：长度值42-62且长于发电机宽度，宽度值3-5mm，厚度值1mm；所述介电薄膜的厚度为30-200μm，所述薄膜长度值10cm小于摩擦纳米发电机长度。
5.根据权利要求1所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述无线传感单元，包括：传感器、无线通信模块；
所述传感器，用于探测外界环境中的感应信息；
所述无线通信模块，用于将所述感应信息发送到外界设备。
6.根据权利要求5所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述传感器，包括：温度传感器、湿度传感器、CO传感器或低功耗且可以与msp430、stm32微处理器进行数据采集、数据交互的传感器。
7.根据权利要求5所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述无线通信模块，包括：蓝牙模块、Sub-1G、LoRa、NB-IoT、ZETA通信模块。
8.根据权利要求5所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，所述无线传感单元，还包括：信号放大器，用于将所述传感器探测到外界环境中的感应信息放大，以便所述无线通信模块将所述感应信息发送到外界设备。
9.根据权利要求1至8任一项所述的自驱动无线传感系统，其特征在于，
所述电能储存单元，包括：储能电路、稳压管；
所述储能电路为储能电容，用于储存所述无线传感单元所需电能；
所述稳压管用于将所述储能电路的电压稳定于所述无线传感单元需要的电压值。
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|---|---|---|---|
| CN201922054559.3U CN211063791U (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 一种自驱动无线传感系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112181121A (zh) * | 2020-08-20 | 2021-01-05 | 嘉兴启林科技有限公司 | 一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法 |
| CN113097588A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种电池 |
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2019
- 2019-11-25 CN CN201922054559.3U patent/CN211063791U/zh active Active
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| CN112181121A (zh) * | 2020-08-20 | 2021-01-05 | 嘉兴启林科技有限公司 | 一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法 |
| CN113097588A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种电池 |
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